加料机回转平台液压调速及油温控制系统设计.pdf

第3 2卷 第 4 5期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 1 年 1 0 月 ‘ 加料机回转平台液压调速及油温控制系统设计 杨善来 ， 陈强 2 ， 施雷红 2 ， 蔡光曙 2 1 ． 铜陵有色控股铜冠矿冶设备有限公司， 安徽铜陵2 4 4 0 2 1 ； 2 ． 江西理工大学电气工程与 自动化学院， 江西赣州 3 4 1 0 0 0 [ 摘 要] 地面加料机回转平台驱动马达没有转速调节功能， 操作时极 易失控， 采用液压比例阀调节液压 马 达 的流 量 实现 了对 回 转 台的 平稳 控 制 针 对设 备 工作 环 境 恶劣 ， 液压 油温 经 常过 高 的 问题， 采 用 高温 油冷 却机对高温工作环境 下的加料机液压油进行强制冷却， 有效地解决 了这一 问题。 增强 了设备对恶劣工作环境 的适 应能 力 [ 关键词] 地 面加料机 ； 回转平 台； 转速调节 ； 油温控制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识 码 B 文章编号 1 0 0 4 4 3 4 5 2 0 1 1 0 4 0 1 8 5 0 3 De s i g n o f Hy dr au l i c S pe e d Re g ul at i on a nd Oi l Te m pe r a t ur e Co nt r o l S ys t e m o f F e e d i n g M a c h i n e ， s Ro t a r y Pl a t f o r m Y A NG S h a n - l a i ， C H E N Q i a n g 2 ， S H I L e i h o n g 2 ， C A I G u a n g - s h u 1 ．T o n g g u a n Mi n i n g a n d Me t a l l u r g y Eq u i p me n t C o ． ， L t d ． o f T o n g l i n g No n f e r r o u s Me t a l s Gr o u p C o ．， L t d ． ， T o n g l i n g , An h u i 2 4 4 0 21 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e r i n g a n d A u t o ma t i o n ， J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， G a n z h o u ， J i a n g x i 3 4 1 0 0 0 ， C h i n a Abs t r ac t T he r o t a r y p l a t f o r m d r i v e mo t o r o f g r o u nd f e e d i n g ma c h i n e i s of n o s p e e d r e g u l a t i o n f un c t i o n a n d t hu s e a s y t o b e o ut o f c o n t r o l d u r i n g o p e r a t i o n ． Hy d r a u l i c p r o p o r t i o n a l v a l v e i s u s e d t o r e g u l a t e t h e fl o w r a t e o f h y d r a u l i c mo t o r a n d t h u s r e a l i z e t h e s t e a d y c o n t r o l of r o t a ry p l a tf o rm ． P r o b l e ms l i k e p o o r o p e r a t i n g e n v i r o n me n t a n d o v e r - h i g h h y d r a u l i c o i l t e mp e r a t u r e a r e s o l v e d e f f e c t i v e l y b y u s i n g h i g h t e mp e r a t u r e o i l c o o l i n g ma c h i n e t o c o o l t h e h y d r a u l i c o i l o f f e e d i n g ma c h i n e i n f o r c e u n d e r h 5 g h t e mp e r a t u r e o p e r a t i n g e n v i r o n me n t ．Me a n w h i l e ， t h e e q u i p me n t i s mo r e a d a p t a b l e t o p o o r o p e r a t i n g e n v i r o n me n t Ke y wo r d s g r o u n d f e e d i n g ma c h i n e ； r o t a r y p l a tf o rm ； r o t a t i n g s p e e d c o n t r o l ； o i l t e mp e r a t u r e c o n t r o l 地面加料机是金属冶炼设备中重要的辅助设备 之一． 它可 以通过挑杆 自身轴线的回转运动将块状 的 金属原料输送到炉加料 口。因此加料机能否快速准 确地将原料加入到冶炼炉 中成为冶炼效率高低 的一 个重要因素。 加料机上的大回转台是支承料杆 回转 摆动机构 、 驾驶室 、 液压站和配电柜 的平 台， 它是 由 型号为 I Q J M1 1 0 ． 6 3的液压马达驱动。 能顺时针和 逆时针运转． 但是由于原设计 中没有速度调节系统。 马 达经常以最高速度进行工作’ 难以实现对转台角位移 的准确控制。 在操作过程中极易失去控制。使得加料 机不能够把原料准确无误地放人炉内 给操作带来极 大不便。本文通过在系统 中添加液压 比例调节系统 实现其对转 台在 3 3 5 r ／ m i n范 围内转速 的平滑调 节，提高其稳定性、 可靠性，而且节省了劳动力。地面 加料机存在 的另一个重要技 术问题是设备工作 时。 液压油温经常过高f 严重超 出 5 5℃的正常工作范围 影响设备正常工作 。 导致设备液压油温过高最主要的 原因在于原液压系统中没有合理的液压油散热环节 做 热器1 ， 以及设备工作环境温度偏高。 采用高温油冷 却机对高温工作环境下的加料机液压油进行强制冷 却 可有效解决这一问题『 l 1 。 1 回转台液压调速系统设计 1 ． 1 回转台液压调速方案及 回路 地面加料机技术参数 转速 0 ～ 3 5 r ／ m i n 额定工 作压力 1 0 MP ， 额定输 出扭矩 4 0 0 0 N M0 马达技术参 数 转速 0 - 2 5 0 r ／ m i n ， 型号 为 1 Q J Ml l 一 0 ． 6 3 ， 排量 q m 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 7 2 0 作者简介 杨善来f 1 9 6 4 ， 男， 高级工程师， 主要从事机械加 工技术开发工作 。 1 8 6 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 2卷 0 ． 6 6 4 L ／ r ． 额定压力 1 0 MP ． 转速 范围 4 ～ 2 5 0 r ／ mi n , 额 定输 出扭矩 9 8 3 N M， 最大功率 1 2 ． 4 k W。 此 马达是一 种可双向旋转的定量径 向柱塞径球柱塞液压马达。 地面加料机支承回转机构可在双 向液压马达驱 动下顺 时针或逆时针 回转 要求的转速变化范 围为 0 ～ 3 5 r ／ mi n , 回转台额定输出扭矩为 4 0 0 0 N M。传动 机构大齿轮 9 5齿。 小齿轮 1 7齿 液压马达对转 台的 转速 比为 5 ． 5 9 。液压 马达的转 向由三位六通换 向 阀控制。 在没有调速功能 的情况下， 正反向旋转都是 以最高速工作． 操控困难。为了便于操作人员在驾驶 台随时对转 台转速进行控制。 现增加液压马达无级调 速功能。通过电液 比例流量阀控制液压马达流量 实 现对其转速的无级调节圜 。 在保证设计 l生能指标要求的前提下， 为了提高设 备的整体可靠性和产品质量， 优先考虑采用成熟 的设 计回路 、 工艺 以及成熟 的配套技术和零部件 。 优先选 择制造工艺较为简单 、 成本较低的技术和配套元件 。 基于以上要求设计调速方案如图 1 。 图 1地面加料机液压系统 达 在液压马达 的进 、 出油路加一电液比例流量阀与 四个单向阀组成的液压桥方案。系统中仍沿用一个三 位六路换 向 阀对 回转马达的启／ 停及正反转进行操 控。 在液压马达的进 、 出油路上， 通过 图 1 所示的液压 桥控制进 、 出液压马达液压油流量， 从 而控制马达和 转 台转速。 这一回路结构简单， 稳定性好， 液压桥路保 证 了马达正反向转速完全相 同。 液压马达转速 由液压桥中间的二通 比例流量 阀 控制。流量 阀开度 由电磁线圈中的控制 电流大小控 制， 由一安装在配电柜中的配套比例放大器供电， 比例 放大器输 出电流 由安装于驾驶室的手柄 电位器 f 可 调电阻1 控制 。 1 ． 2 主要元件技术参数计算及选用 1 电液 比例调速阀最大流量。取液压马达实际 工作时需要 的最大流量 。 转 台最 高转速为 3 5 r ／ mi n ． 对应 的液 压 马 达最 高转 速 为 ‰ ～ 5 ． 5 9 x 3 5 1 9 5 ． 7 r ／ m i n ， 马达排量 为 0 ． 6 6 4 I ／ r ， 因此 马达 工作 时 的最大流量为 Q v ～ q ， ￡ ～ 0 ． 6 6 4 x 1 9 5 7 1 3 0 L ／ m i n 。 通常 比例调速阀必要时允许实际流量超过额定流量 的 2 0 ％． 因此调速 阀的额定流量应为 Q V N 1 0 8 I J ／ r T 1 i l 1 2 调速 阀最小稳定流量 。 液压马达最小转速‰ 为 4 r ／ mi n ， 对 应 的调 速 阀最 小 稳 定 流量 为 Q ⋯ q m n 0． 66 4 4 2． 6 6 Umi n 3 1 调速 阀可适用 的油液温度应不小于 7 0 ℃。 4 1 适用工作介质为矿物油。 1 ． 3 器件选型原则 1 1 线性度好 ， 特 别是低速 时的线性度好 。 以扩大 调速范围。 2 1 抗负载 波动能力要强 以保 汪转速特性 的稳 定性。因此选用具有位移反馈功能的电液 比例调速 阀较为合适。 3 1 阀对高温环境的适用性好 能保证系统在较高 环境温度及油温时仍能正常工作。 4 1 产品性价比较高。 1 ． 4 电液 比例调速 阀选用 系统所需庖液 比例流量控制阀可考虑选用进 口 阀 也可考虑选用 国产 阀。 进 口阀质量稳定性较好， 调 节精度高， 适用于调节精度要求较高的场合。 主要有 德 国力 士乐f R E X R O T H 日本油研 f Y U K E N 等 品牌 可供选择， 但价格较高。 近年来 国产电液比例阀等产 品的生产技术有 了很大提高。 很多国际品牌已有 国内 替代产品， 部分产品技术性能指标达到或接近 国际先 进水平 。尽管国产阀整体性能与进 口阀还有一定差 距，但其性价比较高， 配套容易信 后服务也较有保障， 特别是对于调节精度要求不很高的开环系统， 完全能 够满足需要。 由于本系统对调速精度没有特别高的要 求 ． 为合理降低成本， 选用北京华德液压集团与德 国 力士乐公司合资 生产的 2 F R E 1 6 4 0 B ／ 1 2 5 L型二通 比例调速阀。该种型号电液 比例调速 阀为二通结构 带位移反馈的电磁比例调速阀， 采用给定的 0 ～ 9 V 模拟电压控制信号控制比例阀流量保持恒定与 压力 和温度变化无关。 2 油温控制 系统 设计 2 ． 1 方案比较和选择 地面加料机存在 的最主要技术问题之一是设备 工作时， 液压油温经常过高f严重超出 5 5℃的正常工 第 4 5期 加料机同转平台液压调速及油温控制系统设计 l 8 7 作范 围1 ， 影响设备正常工作 。 导致设备液压油温过高 最主要的原因在于原液压系统中没有合理的液压油 散热环节做 热器1 ， 以及设备工作环境温度偏高。 一般 液压 系统在依靠油箱 自然散热无法达到有效控制油 温 目的的情况下。 必须采用专门的散热措施。 在现有技术条件下， 除 自然散热之外， 液压油散 热途径有 3 种 风冷、 水冷和制冷机制冷。由于加料机 使用工作环境温度较高f 最高可达 6 0℃1 ， 加上车间 通风条件较差． 风冷式散热根本无法适用于这样 的恶 劣工作环境 不予考虑 。水冷式换热器是当前国内冶 金行业液压油降温最常用的方案 。 但对于本型加料机 来说，水冷方案存在 以下难以克服的技术难关 1 油 于加料机液压站安装在轨道上运行 的大车和小车之 上． 而水冷系统需水量很大， 移动平台上供应循环冷 却水极为困难。 2 1一般冷却水须经冷却塔冷却后才能 循环使用， 在移动平台上同时安装体积庞大的水箱和 冷却塔在技术上几乎不可能。 因此 ， 水冷是一个实现 起来极为困难 的方案l 3 l。 油冷却机方案是利用制冷机 的制冷效果将液压 油强行冷却到允许范围。 液压油冷却机技术是一项较 新 的技术 其有效地弥补 了风冷和水冷方案的不足。 目前国内已有众多厂家生产液压油冷却机， 产品在国 内大量企业中得到了成功应用。 这一方案具有如下优 点 1 设备简单 紧凑， 只须 1 台油冷却机通过油箱单 独构成一个工作 回路； 2 制冷效果好， 制冷迅速 ， 通过 电控 电路控制制冷机的启停 可 以方便地将液压油 温控制在需要的范围内 3 浦0 冷机 的控制可与主机联 动， 便于实现整个系统的 自动控制 。 2 ． 2 油温控制总体方案 加料机液压油温控系统设计 的核心问题是选择 何种油制冷机的问题。被选用的油制冷机首先必须 满足两个重要 条件 一是有足够的制冷功率。 能在任 何工况下满足系统的降温要求 ； 其次是制冷机必须能 在高达 6 0℃的工作环境下正常工作。 因此选用宁波 惠康集团生产的高温油冷却机。 这是一种专用于金属 冶炼 、焦化等高温作业环境下设备的润滑油或液压 油进行冷却的设备 适用 的环境温度为 5 ～ 6 5℃ 极限 环境温度为 7 5 c 【 适用-的液体温度为 5 ～ 7 5 极限液 体温度为 9 5℃。其工作方式是使用交流电源驱动的 制冷机制冷， 通过热交换器实现工作液体的快速冷却。 使用这种冷却机的加料机油温控制系统如图 2 所示。 系统工作原理如下 系统 由制冷系统 、 油液循环 系统和 自动控制系统三部分组成 。由制冷机 内油泵 将液压油从箱内抽出， 经板式热交换器冷却。 制冷系 统采用 R1 4 2 B或 RI 2制冷剂 。 温控制系统通过温度 传感器测取油温信号广 与 设定信号比较后控制制冷系 统的启停， 从而将油温控制在要求的范周内 。 油 油幂电机 ．卜 温 度 传 感 器吸 油 过 滤 图 2高温油冷却机工作原理 2 ． 3 制冷机选型 加料机液压泵驱动 电机型号为 Y1 6 0 L 一 4 ， 其额 定功率为 1 5 k W。 设液压系统总效率为 4 5 ％ 则系统 总发热功率为 p h P 1 - n 1 5 0 0 0 x 1 - 0 ． 4 5 8 2 5 0 考虑最恶劣的情况， 在环境温度为 6 0 时 油箱 中的液压油温度必须保持在 5 5℃之下， 这时油箱及 管道完全无法散热 全部 热量 由制冷机吸收． 制冷机 需要的制冷功率约为 8 ． 5 ～ 9 k W。 加料机工作环境温度经常达到 6 0 ℃以上时． 选 用 一台 B Y 一 1 0 B S型高温油冷却机 。 其主要技术参数 如下 制 冷量 1 0 k W； 输 入功率 1 3 k W； 液泵 流量 5 0 L ／ rai n ； 适用油为普通矿物油及水乙二醇等 ； 温控 范围 制冷模式 1 5 ～ 7 5 C ／ 差温模式f 室温1 电源 主回 路 3 P ～ 5 0 H Z ～ 3 8 0 V 控带 0 回 1 P ～ 5 0 H Z ～ 2 2 0 V 夕 形 尺寸 长 1 5 0 0 m m， 宽 6 5 0 mm， 高 1 5 2 6 mm； 进出 口 管 R c 1 1 ／ 2 ” 3 结论 本设计通过引入比例流量阀对回转台液压马达 的控制， 实现 了对 回转 台的平稳控制， 使转 台操控更 为便利 、 准确； 采用高温油冷却机对高温工作环境下 的加料机液压油进行强制冷却， 有效解决 了设备高温 条件下液压油温过高 、 难以控制的问题 增强了设备 对恶劣工作环境的适应能力。 参 考 文献 [ 1 】黄 卉， 程 顺． 电液 比例技术发展趋势微探 I J I． 机床与液压， 2 0 0 2 1 3 - 4． 『 2 1吴根茂．实用电液比例技术[ M ] ．杭州 浙江大学出版社， 1 9 9 3 ． [ 3 ]黄富碹 ． 精整线液 压系统 油温过高 问题分析 与处 理I J 1 ． 液压 与气 动． 2 0 0 5 5 1 8 1 8 2 ． 『 4 1徐峰 ， 赵学军， 田庚． 一种简单实用 的液 压油 温控 制系统的牟 设 计 与实现l J 1． 液乐与气动， 2 0 0 4 3 5 8 6 0 ． 统 系 怍 压 液 阀 流