桥式混匀取料机液压系统的改造.pdf

2 0 1 4年4月 第4 2卷 第 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I C S Ap r ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 7 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 2 1 桥式混匀取料机液压系统的改造 涂福泉，胡良智， 毛阳，刘小双，曾庆斌 ，李贺 武汉科技 大学冶金装备与控制教 育部重点实验 室 ，湖北武汉 4 3 0 0 8 1 摘要为了弥补现有桥式混匀取料机机械式传动系统的缺点，根据现场设备工作的特点和要求 ，提出了改造液压系统 的初步方案，并设计了液压系统的原理图，然后利用 A M E S i m软件对系统进行了仿真分析，证明了系统的合理性与可靠性， 为下一步对系统进行优化和改进提供了参考。 关键词 桥式混匀取料机 ；冲击 ；传动系统；A ME S i m 中图分类号T H1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 7 0 7 9- 4 Re f o r m o f Hyd r a u l i c S y s t e m o f Br i d g e Ba r r e l Bl e nd i ng Re c l a i me r T U F u q u a n ，HU L i a n g z h i ，MA O Y a n g ，L I U X i a o s h u a n g ，Z E N G Q i n g b i n ，L I H e K e y L a b o r a t o r y o f Me t a l l u r g i c a l E q u i p me n t a n d C o n t r o l T e c h n o l o g y ， Mi n i s t ry o f E d u c a t i o n ， Wu h a n 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 ， Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 8 1 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o o v e r c o me t h e e x i s t i n g s h o e 0 mi n g s i n t h e me c h a n i c a l t r a n s mi s s i o n s y s t e m o f a b ri d g e b a r r e l b l e n d i n g r e c l a i me r ，a n i n i t i a l r e f o r m p r o g r a m o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m wa s p r o p o s e d， a c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ris t i c s a n d r e q u i r e me n t s o f t h i s d e v i c e w o r k e d o n s i t e ．Al s o t h e d e s i g n o f t h e h y d r an l i c s y s t e m w a s b u i l t ， t h e n t h e s y s t e m wa s a n a l y z e d w i th s i mu l a t i o n f r o m u s i n g AMES i m s o f t wa r e ．T h e r e l i a b i l i t y a n d r a t i o n ali t y o f t h e s y s t e m are v e rif i e d，w h i c h i s a r e f e r e n c e t o p r o v i d e f o r o p t i mi z a t i o n a n d i mp r o v e me n t t o the s y s t e m f u r t h e r ． Ke y wo r d s B rid g e b a r r e l b l e n d i n g r e c l a i me r ；S h o c k；T r an s mi s s i o n s y s t e m；AMES i m 桥式滚筒混匀取料机是矿物混匀的主要设备之 一 ，广泛应用于冶金、电力 、建材等行业 ，其混匀效 果的好坏直接影响着资源的合理利用u ． 。目前，国内 应用的桥式滚筒混匀取料机 的传 动部分属于机械 式 ，该机械式传动系统属于典型的平面运动机 构 一曲柄连杆机构。虽然该运动机构原理简单易行 ， 满足工作需要，但是在实际生产中机械传动系统相关 零部件所出现的问题远高于整个系统中其他零部件的 损坏率，而且故障难于处理、维修成本高、耗时长。 随着工厂生产力的不断提高，对混匀矿料的质量 要求也越来越高 。而上述故障的长期存在也使得机 械式的混匀取料机 已经无法满足当前需要 ，鉴于现有 设备所存在和出现的问题以及生产需要，下面以某公 司的 Q L G 1 5 0 0 4 0 A型桥式滚筒混匀取料机的传动系 统为研究对象，分析了该机构机械式传动系统的工作 原 理 ，设 计 了 液 压 系 统 的 原 理 图。然 后 ，利 用 A M E S i m软件对该系统进行仿真分析，对其机械传动 系统改造成液压 系统 的可行性进行验证 。 1 混匀取料机机械式传动系统原理及存在的问题 1 ． 1 机械 式系统工作原理 桥式滚筒混匀取料机机械式传动系统的移动车架 嵌入地安装在行走主梁上 ，移动车架上装有料耙，其 简化 图如 图 1 所示 。 1 一 料耙2 一 行 走主 粱， 一行 走 轮 组4 一移 动车 架 图1 移动车架及料耙简图 移动车架 与连杆铰接在一起 ，系统 的原动机为 电 动机 ，电动机通过液力耦合器、减速器带动曲柄做匀 速圆周运动，而曲柄则与连杆铰接 ，连杆又带动料耙 以及移动车架在一定冲程内沿主梁的长度方向来回做 直线的往复运动，而料耙上的耙齿插入料堆斜面，来 回耙动，将矿物原料混匀并使其滚落到滚筒底部，而 滚筒上 的铲 斗将 混匀后 的矿 物原料挖走 ，并通过横穿 滚筒的皮带机运走。故其机械传动部分可以简化为曲 柄连杆机构。 1 ． 2 机械式传动系统主要存在的问题 收稿 日期 2 0 1 3 0 61 7 基金项目高品质液压装备关键组件制造共性技术研究及产业化、省部级产学研项目 2 0 1 0 A 0 9 0 2 0 0 0 4 作者简介涂福泉 1 9 7 O 一 ，男，博士，副教授，从事复杂机电液系统研究。通信作者胡良智，E ma i l h u l i a n g z h i o k 1 6 3 ． c o rno 8 0- 机床与液压 第4 2卷 1 减速器高速轴断裂； 2 系统冲击振动较大； 3 减速器高速传动齿轮失效； 4 减速器端盖螺栓滑落、断裂； 5 料耙移动机架行走轮组啃道； 6 电机烧坏 。 上述故障的长期存在使得武钢港务公司的混匀取 料机构已经无法满足于当前的需要，鉴于现有设备所 存在和出现的问题以及生产的需要，现考虑将现有的 机械传动 系统改造成液压系统 。 2 混匀取料机构传动机构液压 系统设计 2 ． 1 混匀取料机 负载分析 由现有的资料可知，原设备机械式传动系统的主 要性能参数如下 1 机构往复行程 1 7 0 0 m m 2 往复移动次数 7 ． 5次／ m i n 3 驱动 电动机型号 Y 2 8 0 S - 4 W 4 驱动电动机功率 7 5 k w 5 驱动电动机转速 1 4 8 0 r ／ m i n 6 曲柄长度8 5 0 m m 7 连杆长度 5 5 5 6 m m 8 减速机型号H 3 S H1 0 9 减速机减速 比 7 1 分析可知，料耙往返一次，曲柄旋转一周，而料 耙的往返次数为 7 ． 5 O ／ m i n ，也就是说 ，曲柄 的转速 为 n 7 ． 5 r ／ m i n ，这样 曲柄的角速度为 2叮 r n 7 ． 5 r ／ mi n 2 1 T4 7 ．1 r a d ／ mi n 0 ． 7 8 5 r a d ／s 料耙往复的平均速度为 7 ． 5 r ／mi n 1 7 0 0 mm 22 5 5 0 0 mm／mi n 0 ． 4 2 5 m／s ． 在第 1 ． 1 节中已经讨论过机械式传动系统的基本 原理为 曲柄连杆机构 ，实际移动车架并不是 滑动 ，而 是采用六组行走车轮，所以移动车架所受摩擦力为滚 动摩擦力 ，查手册可知 ，钢质 车轮与钢轨之 间的滚 动 摩擦因数为 0 ． 0 5 。由机械图纸可知，移动车架、行 走轮组 以及 料耙 的总质量 为 4 0 0 0 0 k g ，所 以 ，移动 车架所受的滚动摩擦力为 。 f 4 o 0 0 0 k g 9 ． 8 m ／ s 0 ． 0 5 1 9 6 0 0 N 由现场资料可知，料耙在耙料过程中所受的阻力 大约为 1 5 0 k N，所以要拖动料耙所需的合力为 Fg1 5 0 0 0 0 1 6 9 6 0 0 N 2 ． 2计算液压缸的主要结构尺寸 根据现场工况 ，料耙在往返运动中来回速度以及 作用力要求相等，所以决定使用双杆活塞式液压缸， 且两活塞杆直径相同，这样即可满足要求。 根据设备类型以及工况取液压缸的工作压力为 1 6 M P a ，由于液压缸在 回程过程 中不需要 任何 背压 ， 所以回油压力为0 ，那么活塞杆的推力为 F p - 一 P 2 A n p l A T IT D 一 d z 1 式 中 F为液 压缸 的推力 ，N； P 为 进 油压 力 ，P a ； P ， 为 回油 压力 ，P a ；A为液 压 缸 的有 效 工 作 面积 ， m ； 为液压缸的机械效率 ，取 0 ． 9 ；D为活 塞 直径 ，即缸筒直径 ，I n ；d为活塞杆直径 ，I n 。 所以，液压 缸尺寸应满足 D 一d ≥F 2 1 叼 由液压缸机 械效率 7 0 ． 9 ，则 D 一d ≥ F 1 4． 9 9 61 0～m2 l 叼 由于设计之初准备选用韶关液压件厂的液压缸， 所 以从样本 中初步选择 液压缸 的尺寸为 2 0 0 ／ 1 6 0 ，即 D 2 0 0 m m，d1 6 0 m m，行 程 L1 7 0 0 m m，满 足 上式 。 液压缸实际可推动的最大 负载为 F l D 一d 2 叼 “ IT1 61 0 0 ． 2 一 0 ． 1 6 1 8 0 9 5 5 ． 7 4 N F 合 由此可见，满足要求，并且还满足了一定的设计 余量 。 液压缸 的有效工作面积为 A D 一 d 2 子 0 ． 2 0 ． 1 6 0 ． 01 1 3 0 4 mm 1 1 ． 3 0 4 1 0～ m 取液压缸的容积效率为 7 0 ． 9 8 ，液压缸 的输 出平均速度为 与机械 式传动 系统 的平均 速度一 致 ， 液压缸的实际工作所需流量为 QA v1 1 ． 3 0 41 0 一 0 ． 4 2 54 ． 8 m ／ s 2 8 8 L／ mi n 2 ． 3设计 液压 系统原 理 图 1 一油箱2 --蝶阀3 、2 卜 减振喉4 一主泵 电机s 一液压泵6 一泵 溢流单向阀卜 溢流阀8 、1 6 、1 7 一压力表9 一泵出口单向阀 l O 一吸油过滤器1 1 -- 回油过滤器1 2 --蝶阀l 卜电液换向阀 1 4 -- 缓冲阀1 5 一蓄能器用安全阀组1 8 - - - 蓄能器1 9 一高压球 阀 2 O 一 电磁感应行程开关2 l 一液压缸2 2 一蝶阀2 4 一循环泵 电机组 2 5 - _ 循环过滤器2 6 ---球阀2 7 一空调冷却器 图 2 液压系统原理图 第 7期 涂福泉 等桥式混匀取料机液压系统的改造 8 1 元件名称 厂商 元件型号 规格参数 3 混匀取料机液压传动系统仿真研究 3 ． 1 模型搭建 根据 2 ． 4节所拟定 的液压 系统 原理 图在 A ME S i m 中进行模型搭建 ] 。为了便于模型仿真与分析，对系 统中有关元件做了部分简化，比如系统中所用的溢流 阀为电磁溢流阀，这里所用的是直动型的溢流阀，但 是对于系统的功能不受影响 ；系统 中的换 向阀为带有 双路单 向节流 阀的电液换 向阀 ，这里省略 了双路单 向 节流 阀 ，所 以不 能调 节 电液换 向阀 主 阀芯 的切换 时 间，但是对于系统的功能是可以满足的。具体模型如 图3所示，这里采用分段信号源以及力传感器来模拟 现场实 际工况 。 ④ 图3 A ME S i m系统模型 8 2 机床与液压 第4 2卷 3 ． 2 仿 真 结果 分析 1 从 图 4 a 、4 b 和 图 4 c 中可 以看 出，系统工作压力大约维持在 1 5 MP a 左右，而且压 力相对 较为平缓 ，这是 由于 系统所用 的泵为压力控制 型变量泵，所以，泵的出口压力波动并不太大。图4 a 中，液压缸 两腔压力在换 向的瞬 间，即第 4 、8 、 1 2 s 时，冲击比较大，从图4 b 中的局部放大图 中可以看出，最大冲击达到 2 2 ． 5 M P a 。由于液压缸 的行程与料耙的运动行程是一致的，在参数设置中已 经设置了液压缸的行程为 1 ． 7 m，从图 4 d 中可 以看出，在第 4 、8 、1 2 s ，液压缸已经运动到了其最 大行程 ，其死腔内必然会瞬间产生高压，这也是为什 么冲击达到2 2 ． 5 M P a的原因之一。而 由于冲击的产 生 ，料耙 的速度和加速度在换 向的瞬间也会产生一定 的脉 冲 ，从 图 4 e 与图 4 f 中可以看 出。 2 在图4 a 的第 8 s 可以看出，系统压力 与 A腔压力出现了一个急降，从最大冲击降到了3 ． 5 MP a 左右，这个压力并不足以推动带载条件下的料 矗 皇 摘 幽 翅 窿 20 1 0 0 0 ． 8 0． 6 O ． 4 0 ． 2 簧o ．o 艇 ． 0 ． 2 菰 -0 ． 4 ．0 ． 6 ．0 ． 8 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 时间， s a 两腔压力及系统压力变化 曲线 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 时 间， s c 两腔压差变化曲线 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 时 间， s e 料耙速度变化 曲线 耙，而且在第 8 s 属于换向阶段 ，在换 向瞬间，料耙 会出现短暂的停顿，所以这个时候相当于处于空载条 件下，空载条件下拖动料耙的液压缸两腔平均压力为 3 MP a 左右 ，液压缸在走 到规定 行程后 由于死 腔容积 变小导致油液被压缩 ，而在换 向瞬间被压缩 的油液压 力得到释放 ，而换向后的液压油来不及补充 ，所 以在 换向瞬间出现压力急降也是 比较符合事实的。 3 在图4 a 中，在第 4～ 4 ． 5 s 之间，系统 压力与 B腔压力缓慢的开始下降，然后在较小的压 力范围内波动，波动范围大约为 1 4～1 5 M P a ，这是 由于在第4 s 系统产生冲击开始换向之后，液压缸死 腔的压力得到释放，而且在料耙开始耙料 的过程 当 中，料堆的阻力有利于维持系统的压力平稳，所以在 第4 ． 5～ 8 s 之间料耙出现了一定范围内的波动，而 且波动随着时间的加 长越来越小 。 仿真结果证明了系统改造合理性 ，为实际改造提 供了理论基础。该方案正应用于实际生产线中，目前 运行效 果 良好 。 2 2 2 0 曩 1 8 量 1 6 l 4 幽1 2 1 0 8 目 鞋 龚 ● 昌 曩 鞭 橐 4 ． 0 5 ． 0 6 ． 0 7 ． 0 8 ． 0 9 ． 0 1 0 ． 0 时间， s b 两腔压力及系统压力局部放大 曲线 0 2 4 6 8 1 0 1 2 l 4 1 6 时间， s d 料 耙 位移 曲线 0 2 4 6 8 1 0 l 2 1 4 l 6 时 间， s f 料耙加速度变化曲线 图4 曲线仿真 下转第 1 8 3页 2 m 5 0 B d 窆、 R 加 加 o 珊 枷 第 7期 邓江生 等过滤器过滤性能优劣的判定方法 1 8 3- 表 5 被试过滤器综合权重的排序结果 根据综合判定准则，从小到大依次排列优劣顺 序，综合权重最小的为最优、最大为最劣，即8个被 试过滤器从优到劣的判定结果排列顺序如下 若按 4 m评价T 5 ，T 7 ，T 2 ，T 8 ，T 4 ，T 6 ，T 1 ， T 3 。 若按 7 m 评价 T 5 ，T 7 ，T 2 ，T 8 ，T 4 ，T 6 ，T 1 ， 1 r 3 。 若按 1 0 m 评 价 T 5 ，T 8 ，T 7 ，T 2 ，T 4 ，T 6 ， T ，T 3 。 4 结束语 全面地评价过滤器 ，除 了比较过滤性能外 ，根据 过滤器所能提供的保护装备的重要性和污染控制水 平 ，一般还要关注过滤器的机械性能、环境性能等， 特别是考虑价格与售后服务的因素。文中只是介绍了 过滤器过滤性能优劣 的判定方法 ，由于有些观点是作 者多年来从事过滤器设计 的经验性意见 ，因此难免有 不到之处或错误之见 ，敬请同行同事批评指正。 参考文献 【 1 】 G B ／ T 1 8 8 5 3 ． 2 0 0 2 ． 液压传动过滤器 评定滤芯过滤性能 的多次通过方法[ S ] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 2 】 G B ／ T 2 0 0 7 9 ． 2 0 0 6 ． 液压过滤器技术条件[ s ] ． 北京 中国 标准出版社， 2 0 0 6 ． 【 3 】G J B 3 8 0 ． 3 A ． 2 0 0 4 ． 航空工作液污染测试 第 3 部分 自 动颗粒计数器校准[ s ] ． 北京 国防科工委军标出版发 行部 ， 2 0 0 4 ． 【 4 】 J J F 军工 1 7 - 2 0 1 1 ． 油基液体颗粒计数器[ s ] ． 北京 国 家国防科技工业局， 2 0 1 1 ． 【 5 】夏志新． 液压系统污染控制[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 2 ． 上接第 8 2页 4结论 1 改造后 的设备所 出现的诸如冲击较大等问 题都得到明显改善 ，说明设计的液压系统工作性能 良 好 。 2 改造后的设备在满足各种工况条件下，可 以通过调节恒压变量泵的流量和系统的压力来提高输 出功率 ，从而提高了系统的工作性能。 3 改造后的设备具有体积较小、结构较为紧 凑 、质量轻 以及反应快 的特 点 ，可 以实现 系统 的快速 启动以及频繁换向等；也易于实现自动化以及过载保 护，防止系统因过载而发生损坏，采用电液联合控制 以及计算机控制之后能够方便地实现高精度的远程自 动控制 。 4 由于液压系统本身以液压油作为工作介质 ， 因此可 自行润滑 ，而不需要 另外增设 润滑系统 ，可以 节约成本，也使得使用寿命增长。 5 A M E S i m软件很 好地应 用于混 匀取料机 的液 压系统改造的仿真研究，提高了设备改造研究速度 ， 降低了研究成本，为设备改造和优化提供 了一种新思 路。 参考文献 【 1 】王沛庆， 陈尚伦 ， 徐林伟． 原料场混匀系统物流仿真研究 [ J ] ． 钢铁技术 ， 2 0 1 2 2 3 3 3 5 ． 【 2 】于明珠． 鞍钢炼铁总厂新三烧 Q L H 9 0 0 3 4型双斗轮混 匀取料机与 Q L G 1 0 0 0 ． 3 4滚筒混匀取料机设计思想比 较[ c] ． 2 0 0 7年中国钢铁年会 ， 2 0 0 7 ． 【 3 】周金生． 双斗轮双向混匀取料机改造[ J ] ． 山东冶金， 2 0 1 0 ， 3 2 4 8 1 8 2 ． 【 4 】张望兴． 武钢港 口战略发展展望 [ J ] ． 中国港 口， 2 0 1 2 5 2 9 3 0 ． 【 5 】A n o n ． S p e c i a l P r o d u c t s f o r S t a c k i n g ， B l e n d i n g a n d R e c l a i m i n g [ J ] ． B u l k S o l i d s H a n d l i n g ， 2 0 1 0 ， 3 0 5 2 6 9 5 3 9 ． 【 6 】陈德明， 刘全喜， 湛从 昌， 等． 混匀取料机液压系统改造 与完善[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 2 8 1 2 61 2 8 ． 【 7 】 沈雄伟， 邓江洪， 纪海燕， 等． 混匀取料机料耙传动机构 的液压改造[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 2 3 1 1 41 1 6 ． 【 8 】 王春行． 液压控制系统[ M] ． 2 版． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 8 4 0 5 2 ． 【 9 】 I M A G I N E ． A M E S i m R e v l 0 u s e r m a n u al [ M] ． 2 0 1 0 ．