木片压缩机液压系统设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／2 0 1 4年 第 1 1 期 d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 1 6 木片压缩机液压 系统设计 阳宝元， 黄志坚 广东工业大学 机电工程学院， 广东 广州 5 1 0 0 0 6 摘要 设计了一种基 P L C控制的木片压缩机液压系统 ， 对关键液压元件进行了选型。该液压系统具有节能、 快速的优点 ， 能有效 地提高木片压缩机的产能， 具有较强的使用性。 关键词 木片压缩机； 液压系统； 节能； 快速 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 1 l 一 0 0 5 4 0 4 Re s e a r c h o f Ch i p s ． c o mp r e s s o r Hy d r a u l i c S y s t e m Y A NGB a o - y u a n , HU A NGZ h i -j i a n S c h o o l o f E l e c t r o me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， G u a n g d o n g Un i v e r s i t y o f T e c l mo l o g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r d e s i g n s o n e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e c h i p s - c o mp r e s s o r b a s e d O i l P L C s y s t e m ，s e l e c t s t h e c r i t i c a l t y p e s o f h y d ra u l i c c o m ． p o n e n t s ． T h i s h y d r a u l i c s y s t e m， wh i c h h a s a h i g h c a p a c i t y wi th a d v a n t a g e s o f e n e r g y s a v i n g a n d f a s t ， c a n b e u s e d wi d e l y ． Ke y wo r d s c h i p s - c o mp r e s s o r ； h y dra u l i c s y s t e m； e n e r g y s a v i n g ； f a s t O 引言 目前国内制浆造纸企业所需纤维原料除小部分能 够由自营林场供应或工厂周边采购外 ， 大部分要经过 国内长途运输或从北美洲、 澳洲、 东南亚等地跨国、 跨 洋运输来获取。由于木片自然堆积密度小， 因此木片 运输就成了一个低效率、 高成本的过程。如何提高木 片运输效率、 降低原料运输成本， 已经成为关乎我国制 浆造纸企业存亡的战略性问题。本文设计了一种节能 高效的木片压缩机液压 系统 ， 该系统可以有效地压缩 造纸木片， 提高木片运输效率。该系统通过 P L C 控制 液压元器件， 利用液压缸提供木片压缩力 ， 确保系统稳 定、 可靠 ， 有很长的使用寿命。 1 木片压缩机液压系统功能需求 木 片压缩是 造纸木材 原料加 工生产线 的核心 部 分， 压缩设备的推板由液压缸驱动， 将木片向主模腔推 进并压缩 ， 直到达到设定的压缩 比。因此 ， 液压系统应 具有 以下功能。 1 下料功能。木片通过传动带进人料仓中， 通过 液压缸下行动作来下料 ， 保证压缩机的推板每次都可 以压缩足够的木片量。 2 压缩功能。压缩木片时要确保压力合适 ， 压力 太小时压缩比无法达到， 压力过大容易破坏木片的纤 维。为了保证压缩质量、 提高压缩效率、 节约能耗， 液 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 0 5 作者简介 阳宝元 1 9 8 7 一 ， 男 ， 湖南安仁人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方向 为电液系统设计。 5 4 压系统采用比例控制、 集成插装和双泵供油技术。 3 横移功能。主模上布置了2 个模腔 ， 通过横移 液压缸 的往返动作实现模腔的更替压缩。 4 推出功能。为了提高效率 ， 采用双模腔的手 段 ， 每次主缸压缩 中间模腔 中的木片的同时将另外一 个模腔 中的成品推出。 5 油温冷却控制功能。为了保证木片压缩机的 产能 ， 压缩机必须可 以长时间稳定地工作 。所 以液压 系统中需要配置高效的油温冷却装置， 降低系统运行 的故障率。 2 木片压缩机液压系统设计 木 片压缩机液压系统 的主要功能是在 木片填人 、 压缩、 推出等工作过程中， 通过P L C 控制相应的液压元 器件， 利用液压缸提供木片压缩力 ， 把木片压缩成一定 体积的长方体 ， 其主要由恒功率泵、 电动机、 控制阀组、 液压缸、 液压管路、 油箱等组成。 木片压缩机运行时 ， 恒功率泵把电动机产生的机 械能转换为液压能来推动液压缸实现木片填料、 压缩 和推出。集成插装 阀组可以迅速提高液压系统的压 力， 比例调节技术能有效控制压力的大小。比例控制 和插装阀技术能方便地和微机控制系统相结合， 有效 地改善系统稳态控制精度和动态品质 ， 充分发挥机、 电、 液各自的优势。木片压缩机液压系统原理图如图1 所示， 动作顺序如图2 所示 ， 电磁铁得电情况如表 1 所 示 。主缸 N 1 和两个辅缸 N 2通过活 动梁连接在一起 ， 主缸快进和快退时油泵 1 、 2 同时供油， 利用2 个辅缸带 动主缸快速运动， 同时采用充液阀来实现液压缸的快 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 4 1 、 2 - 变量泵3 一 叶片泵4 - D N 4 0 普通插装单元组件5 - D N 4 0 压力插装单元组件6 一 主缸 N 1 液压缸7 一 辅缸 二个对称， N 2 液压缸 8 - D N 3 2 普通插装单元组件9 一 填料缸 N 3 液压缸 1 O 一 横移缸 N 4 液压缸 l 1 一 三位四通比例换向阀1 2 一 三位四通电磁换向阀 l 3 一 板式单向阀1 4 一 比例溢流阀1 5 一 充液阀1 6 一 压力表1 7 - 过滤器1 8 - 冷却器1 9 - 油箱 图1 木片压缩机液压系统原理图 表 1 电磁铁得电情况 填料缸下 辅缸快进 主缸慢进 填料缸上 主缸退 模压缸左 模压缸右 0-1 0 v 0 -1 0v O 一1 O v O 一1 O v 0 -1 0 v O 一1 O v 0 -1 0 v 注 符号 表示电机运行或电磁铁得电 速吸油和排油， 采用插装单元组件来满足液压系统大流 量的需求。当主缸没有动作的时候只有油泵2 给液压 系统供油， 降低了能耗。另外， 木片压缩试验时油压需 要不断地调整， 所以采用比例溢流阀来调节系统压力。 图2 木片压缩机的动作顺序图 3 液压系统参数和元件选型 3 ． 1压缩机 系统的主要技术参数 压缩机最大负载力为4 0 0 0 k N ； 动作循环周期要求 1 6 s 以内； 液压缸相关参数见表 2 。 表2 液压缸参数 3 ． 2 液压 系统相关参数 首先定 义液压缸缸径 为 D， 活塞杆直径为 d ， 液压 缸的充液面积为A ， 行程为 ， 动作时间为t 。 最大负载力由N 1 液压缸提供 ， N 1 液压缸缸径D 5 2 2 m m， 活塞杆径d 5 2 0 m m， 安装方式为缸筒固定 ， 活 塞杆移动 ， 水平安装 的形式。则 液 压 气 动 与 密 J ／2 0 1 4年 第 1 1 期 A订d ／ 40 ． 2 1 2 3 7 m 已知压缩机的最大负载力为4 0 0 0 k N ， 根据公式 F 可知 PF／ A1 8 ． 8 3 5MP a一 1 9 MPa N 3 液压缸 下料 D 1 2 5 mm， d 1 0 0 m， L 0 ． 6 4 m， f 2 s ， 安装 方式为缸筒固定 ， 活塞杆移动 ， 垂直安装的形 式。则 A1 T d ／ 40 ． 0 1 2 m VLit 0 ． 3 2 m／ s QV A0 ． 0 0 3 8 4 m ／ s 2 3 0 ． 4 L ／ mi n N 2 液压缸 快进 D 1 2 5 m m， d 8 0 m， L 0 ． 1 5 m， ￡ 1 s ， 安装方式为缸筒固定， 活塞杆移动 ， 水平安装的形 式 ， 左右各一个。则 A d ／4 0 ． 0 1 2 m VL i t 0 ． 1 5 m／ s Q 2 V A0 ． 0 0 1 8 m ／ s 2 1 6 L ／ m i n N1 液压缸 工 进 D 5 2 2 mm， d 5 2 0 m， L 0 ． 2 5 m， ￡ 8 s ， 安装方式为缸筒固定， 活塞杆移动， 水平安装的形 式。则 A1 T d ／4 0 ． 2 1 2 m Lit 0 ． 0 3 1 3 m／ s Q V A0 ． 0 0 6 6 m。 ／ s 3 9 8 ． 1 L ／ m i n N 3 液压缸 退 回 D 1 2 5 mm， d 1 0 0 m， L O ． 6 4 m， ￡ 1 s ， 安装方式为缸筒 固定， 活塞杆移动 ， 垂直安装的形 式。则 A 1 T 一 d ／ 4 0 ． 0 0 4 4 m Li t 0． 6 4 m／ s QV A 0 ． 0 0 2 8 m ／ s 1 6 8 Umi n N1 、N 2液 压 缸 退 回 D 1 2 5 m m， d 1 0 0 m， 0 ． 4 0 m， t l s ， 安装方式为缸筒 固定 ， 活塞杆移动 ， 水平安 装的形式 。则 A 1 T 一 ／4 0 ． 0 0 4 4 m VLit 0 ． 4 0 m／ s Q 2 V A 0 ． 0 0 3 5 2 m ／ s 2 1 1 ． 2 L ／ m i n N 4液压缸 左， 右 D 1 2 5 mm， d 8 0 m， L O ． 5 0 m， ￡ 1 ．8 s ， 安装方式为缸筒固定， 活塞杆移动， 水平安装的形 式。则 A． 叮 T d ／4 0 ． 0 1 2 m A 2 钉 上 d 2 ／ 4 0 ． 0 0 7 2 5 m VLit 0． 27 8 m， s Q 1 V A 1 0 ． 0 0 3 3 3 6 m ／ s 2 0 0 ． 2 L ／ mi n Q 2 V A 2 0 ． 0 0 2 0 1 6 m ／ s 1 2 0 ． 9 L ／ m i n 3 ． 3 液压元件选型 1 液压泵的选择 由上可知选用压力阀和泵的压力P 需大于 1 9 MP a ， 双泵供油流量Q 需大于3 9 8 ． 1 L ／ ra in ， 单泵供油流量Q 需 大于 2 3 0 ． 4 L ／ m i n 。选 用 R e x r o t h的 A1 1 VL O1 9 0 L R D ／ 1 1 额定压力3 5 M P a ， 排量 1 9 0 c m 3／ r ， 流量2 8 5 Id m i n 。 2 电机的选择 由电机功率公式 ， 功率 k W 流量 L ／ m i n 压力 MP a ／ 6 0 系数 ， 确 定单 泵运行 电机 功率 2 3 0 ． 4 L ／ mi n x l 9 MP a ／ 6 0 7 3 k W， 双泵运行 电机总功率 3 9 8 ． 1 L ／ mi n x l 9 MP M6 0 一l 2 6 ． 1 k W 。 选择类型为三相交流异步电动机 ， 型号 1 为西门子 1 L E 0 0 0 1 2 D B 0 3 3 J A 4 ， 额定电压为A C 3 8 0 V ， 额定功率 为 7 5 k W， 转 速 为 1 4 8 0 d m i n 。 型 号 2为 西 门 子 1 L E 0 0 0 1 2 C B 2 3 3 J A 4 ， 额定 电压为 A C 3 8 0 V， 额定功率 为5 5 k W， 转速为 1 4 8 0 r p m。 各液压元器件的具体选型如表 3 所示 。 表 3 木片压缩机关键元件 元件名称 型号 数量 N1 液压缸 6 N 2 液压缸 7 N 3 液压缸 9 N 4 液压缸 1 0 柱塞变量泵 1 、 2 电机 M1 电机 M2 电机 M3 比例换向阀 1 1 比例溢流阀 1 4 D N 4 0 普通插装单元组件4 D N 4 0 压力插装单元组件5 D N 3 2 普通插装单元组件8 电磁换向阀1 2 充液阀1 5 油箱 1 9 缸 筒内径 5 2 2 ， 活塞杆径 5 2 0 l 缸筒内径 1 2 5 ， 活塞杆径 8 O 2 缸筒内径 1 2 5 ， 活塞杆径 1 0 0 1 缸筒内径 1 2 5 ， 活塞杆径 8 O 1 Al 1 VL O1 9 0 LRD／ 1 1 一 NZD1 2 N0 o 2 1 L E0 o O1 2 DBO 3 3 J A4 1 1 L Eo o O1 2CB 2 3 3 J A4 1 1 L E0 O O1 1 CC 0 21 J A4 1 4 WRZ2 5 W6 3 2 5- 7 X 1 DBEM2 O 一5 X／ 3 1 5 YG2 4 K4M 1 BH TL 4 O A1 5 2 0 -0 0 - TM 6 BH TL 4 0 C0 7 2 0 0 0 一 TM l BH TL 3 2 A1 5 2 O一 0 o TM 1 4 WEH2 2 E7 X， 6 HG2 4N9 ETK4 B l O 1 HCF 一2 0 0A1 1 0 1 BYH1 3 01 7 一O 1 一 O 0 一 O 0 1 4 总结 本文设计的木片压缩机液压系统稳定、 可靠， 具有 能耗低、 动作速度快的优点， 可以广泛应用于造纸木材 原料加工生产线 的工艺中。 参考文献 【 1 】 北京晨峰投资控股有限公司， 林产工业规划设计院． 一种压 缩木 片 、 竹片成块 的生产方法 中国专利， 1 0 2 5 3 5 2 1 6 [ P ] ． Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 4 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 1 1 。 0 1 7 盾构液压核心元器件性能测试方法研究 高会中， 王助锋， 冯欢欢 盾构及掘进技术国家重点实验室， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 摘要 在全面分析液压系统核心元器件性能测试技术的基础上 ， 针对传统液压测试方法的不足 ， 依据液压系统元器件性能测试技术 的发展趋势 ， 并结合已有的成熟技术 ， 提出了一种盾构液压系统核心元器件性能测试方法。并以盾构常用比例控制泵和比例阀等为 例 ， 进行了详细说明， 能够为盾构的液压系统核心元器件产品设计、 故障预防及诊断提供指导。 关键词 盾构 ； 液压系统 ； 液压元器件 ； 虚拟仪器 ； 性能测试 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 1 卜0 0 5 7 - 0 4 S t u d y o n t h e Pe r f o r ma nc e M e a s u r i n g M e t h o d s of Co r e Co mpo ne n t s f o r S hi e l d M a c h i n e Hy d r a u l i c S ys t e m G A OHu i - z h o n g， W A NGZ h u -f e n g ， F E NGHu a n h u a n S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S h e i l d Ma c h i n e a n d B o r i n g T e c h n o l o g y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， C h i n a Abs t r a c t Ba s e d o n t h e c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o f the h y dra u l i c c o r e c o mp o n e n t s p e r f o r ma n c e t e s t i n g t e c h n o l o g y ,a n e w t e s t i n g me tho d wa s p r o p o s e d t o o v e r c o me t h e s h o r t a g e o f t r a d i t i o n a l h y dra u l i c t e s t i n g me tho d s ，a c c o r d ing t o t h e d e v e l o p me n t tr e n d o f h y d r a u l i c t e s t i n g t e c hn o l o gy an d c o mb i n e d wi th the e x i s t ing ma t u r e t e c hn o l o g i e s ． T h e t e s t i n g me tho d s f o r p r o p o r t i o n a l c o n tr o l p u mp s an d v a l v e s o f s h i e l d ma c h i n e we r e d e s c r i b e d i n d e t a i l ， h o p i n g p r o v i d e g u i d a n c e for the c o r e c o mp o n e n t s d e s i g n ， f a u l t p r e v e n t i o n an d d i a g n o s i s o f s h i e l d h y dra u l i c s ys t e m ． K e y wo r d s s h i e l d ma c h i n e ； h y dra u l i c s y s t e m ； h y dr a u l i c c o mp o n e n t s ； v i r t u a l i n s t r u m e n t ； p e r f o rm an c e t e s t O 引言 盾构是一种现代化的大型隧道施工专用机械 ， 液 压系统是盾构的动力源和执行机构 ， 起着动力传递和 运动控制的重要作用。盾构液压系统是由众多元器件 组成的， 具有负载多变、 控制精度和可靠性要求高及环 境恶劣等特点n ～ 。一旦液压系统核心元器件出现故障 就会导致盾构停机检修 ， 给施工生产带来重大损失。 因此如何准确获得液压系统核心元器件控制性能 ， 对 基金项 目 国家 9 7 3 计划 2 0 1 2 C B 7 2 4 3 0 8 ； 中铁隧道集团科技创新计划 隧研合 2 0 1 2 ～ 0 5 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 2 6 作者简介 高会中 1 9 8 8 一 ， 男， 河南新乡人 ， 助理工程师 ， 本科， 主要从 事盾构掘进技术研究工作。 于盾构液压控制系统选型设计、 预防或及时排除故障 等都具有重要意义。本文将针对盾构液压系统特点， 对其主要液压元器件的常见故障现象、 静动态特性指 标进行分析， 并设计了一种液压元器件测试系统， 能够 为类似盾构液压元器件的性能测试提供参考。 l 液压元器件性能测试技术 1 ． 1 测试技术现状 目前计算机辅助测试 C A T 技术已经普遍应用于 液压元件眭能测试， 但是传统的液压C A T IJ 试系统存在 着结构复杂、 故障率高、 维护难度大等一系列缺点嘲 。随 着仪器技术与计算机技术的深层次结合 ， 基于虚拟仪 器测试技术成为液压计算机辅助测试技术发展的新方 向。虚拟仪器测试技术的基本思想是通过应用软件将 2 0l 2一O 7一O4． 【 2 ] 王鸿云． 木片打包机设计及木片压缩应力松弛研究[ D 】 ． 哈 尔滨 东北林业大学， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 赵洪刚． 木片打包机的模具及压实理论的研究[ D ] ． 哈尔滨 东北林业大学， 2 0 0 2 ． [ 4 】 于建国， 王鸿云， 赵振伟， 等． 木片压缩 自动打包机的设计与 研究[ J ] ．林业机械与木工设备， 2 0 1 3 ， 6 9 - 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