基于微速气缸的倾翻装置设计.pdf

2 0 1 1年 2月 第 3 9卷 第 4期 机床 与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS F e b 2 0I J Vo 1 3 9 No 4 D OI 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 0 4 0 1 2 基于微速气缸的倾翻装置设计 孙 昂 刘德 良 罗薇 1 大连海事大学 辽 宁大连 1 1 6 0 2 6 2 辽宁海事局 辽宁大连 l 1 6 0 0 1 摘要 基于微速气缸 的倾 翻装 置是 专门用于非黏性物质静 止角测定 的新 型工具 整套装 置 由机械 部分 气动 系统和电 控系统组成 由于采用 了微速气缸 它具 有结构 紧凑 简单 控 制 可靠 操 作 方便 等优 点 详 细介绍 此设 备 的机械 部分 组 成 气缸 的选取与布置及气动系统 的原理 与控制 关键 词 倾翻箱 静止角 非黏性物质 微速气缸 中图分类号 T H 1 3 7 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 4 0 4 5 2 De s ig n o f Tipp in g Eq uip m e n t Ba s e d o n S l o w Sp e e d Ga s Cy l inde r S UN An g LI U De l ia n g LU0 W e i 1 Da l ia n Ma r it ime Un iv e r s it y D a l ia n L ia o n in g 1 1 6 0 2 6 C h in a 2 L ia o n in g Ma H t i me S a f e t y A d min is t r a t io n I a l ia n L ia o n in g 1 1 6 0 0 C h in a Abs t r act As a ne w t o o l t h e t ip pin g e qu ip me nt ba s e d o n s l o w s p e e d g a s cy l in de r wa s u s e d t O me a s u r e t he a ng l e o f r e po s e o f fi n e g r a in e d ma t e r ia l s T h e co mp l e t e e q u ip me n t co n s is t e d o f t h r e e p a r t s me ch a n ica l p a r t p n e u ma t ic s y s t e m a n d e l e ct r ic co n t r o l s y s t e rn I t p o s s e s s e d s imp l e co n s t r u ct io n r e l ia b l e co n t r o l a n d co n v e n ie n t o p e r a t io n d u e t o t h e s l o w s p e e d g a s cy l in d e r T h e co mp o s it io n o f me ch a nica l pa r t t h e cho ice a n d t he a r r a ng e me n t o f ga s cy l in d er t h e pr incip l e a n d t h e co nt r o l o f p ne u ma t ic s y s t e m we r e d e t a il e d Ke ywo r ds Til t ing b o x Ang l e o f r e po s e Fin e g r a ine d ma t e r ia l s S l o w s p e e d cy l in de r 国际海运 固体 散装 货物 规则 I M S B C规 则 于 2 0 1 1 年 1月 1日生效 I MS B C规则 规定 了固体散装货物海上运输 的安全要求 包括评定货物 的安全适 运 性 装 载 载 运 和卸 载 的一 般 性 预 防措 施 平舱程序等 我 国是 固体散装货 物海上运输和进 出口大 国 每年有大量矿砂 和煤 等散装货 物通过船舶 运输 由于缺 乏 强制 性 的技术 标 准 和相 应 的管 理措 施 近年来在我 国沿海发生 了多起 载运 固体 散装货物 船舶的沉没事故 造成 了严重 的人员伤亡 财产 损失 和环境污染 因此履行 I M S B C规则 是加 强对 固 体散装货物 海 上运 输安 全 监管 的必 要 措施 根据 调 查 我国 目前没有 任何 机构负责在船舶开航前测定 固 体散 装货 物的含水量和静止角等参数 也没有符合规 则要求 的检 测设备 固体 散货的运输存在严重 的安 全 隐患 由于船舶运动 易 于移 动的干燥 物质即非黏性物 质 在货舱 中 的大量 移 动会 导 致船 舶 失去 稳 性而 沉 没 静止角描述 了非黏性货物 自由流动的程度 静止 角指非黏性 即 自由流动 颗粒 状 物质 的最 大斜坡 角 它是该物质的锥体斜 面与水平 面 的夹 角 I MS B C规则 针对静止角小 于或等 于 3 0 大于 3 0 但小 于 3 5 大于 3 5 的非黏 性散装 货 物分 别提 出 了相应 的平舱要求 以限制此类货物在货舱 中发生过大的流 动 为了进行 固体散货安全性检测 作者设计了用于 测定非黏性细颗粒物质静止角的倾翻试验装置 1 倾翻装置的组成 要求和结构设计 1 1 试验 装置 的组 成和要 求 作 者设计 的试验 装 置 如 图 1 所 示 包 括 以 下组 成 1 试验箱 的尺 寸为 长 6 0 0 m l T l 宽 4 0 0 lT l l n 高 2 0 0 m i l l 为 防止试样在倾斜 时沿箱 底滑动 在填装物质前 将一格板 其尺寸 为 3 0 m m x 3 0 n l m 2 5 n l m 固定 在 箱 底 2 支架 其上 装有 一 开 口试 验箱 试 验箱 与 支架由固定在箱底边和支架上的横轴及轴承铰接起 来 使 试验箱 进行 可控倾斜 倾斜速 度应 为 0 3 s 试验箱 的倾角范 围应为 5 0 3 量角 器 用 以测 定试 验箱 顶边 与水 平线 的夹 角 精度 在 0 5 以内 4 试验 箱 由装在 支架 与箱底 之 间 的液 压 缸驱 动 也可利用其他方法达 到所要求 的倾斜 但在所有 情况下 必须 消除振动 液压 缸加压 可用 液压气动蓄 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 2 3 作者简 介 孙 昂 1 9 7 0 一 女 博 士 副教授 目前 主要从 事气 动零 件 气 压传 动 与控制 及气体 润滑 技术 等研究 E ma il s un a n g d 1 0 77 2 s in a co n l 4 6 机床 与液压 第 3 9卷 能器 其内的空气或其他气体 的压力应为 5 k P a cm 倾翻 箱 量角 器 倾 翻转 轴 支架 驱动器 图 1 倾 翻装置 1 2试验 装置 的气缸 选取 及安放 位置 确定 I MS B C规则 中规定倾箱倾斜速度应为 0 3 s 消除振动 由于气缸移动速度较快 而倾 翻箱 的倾 翻 速度很慢 一般情况下执行机构应采用液压缸 这就 需要一套液压系统 考虑倾翻箱负载较小 液压缸加 压用液压气动蓄能器 这样又需要一套气动系统 这 使得采用液压缸作为驱动机构的系统比较复杂 近些年来 随着特殊密封技术的发展 气缸的运 行速度范围得到极大扩展 目前微速气缸能 以 1 m m s 的速度平稳无爬行地运行 采用这种微 速气缸 可以 使驱动系统简化 实验环境清洁 作者选取 C K D公司的 S S D K F型 气 缸 气 缸 在 l 2 0 0 m m s 之 间平 稳 运 行 最大行程 2 0 0 n l l T l 以 5 0 倾 角为设 计最大倾 翻 角 按 O 3 s速度倾 翻 所需 时间为 1 6 7 8 考虑加 工 和安 装误 差 以行程 为 1 9 0 ra in 计算 气缸 运行 速 度为 1 1 m m 大于气 缸 规定最 小 速度 满足 微速 图2 气缸位置的计算 气缸规定的最小速度要求 根据负载和倾 翻角度确定 气缸具体型号和安放位置 由于倾箱内乘装为硝酸铵 等非黏性货物 取最重的硫酸钾计算气缸的活塞直 径 按倾箱容 积计算 硫 酸钾 质量 1 2 9 k g 箱 体质 量 5 k g 总质量 1 3 4 k g 气缸 内径暂定 6 3 m m 当供 气 压力为 0 5 MP a时 缸杆 出力 1 5 5 0 N 气缸 推力 满 足要求 为便于举 升 气缸两端采用 了铰接形式 根 据气缸型号可定 出气缸连接部件的尺寸 根据样本计 算 气缸 变 角度 部 分 长 度 3 5 9 m m 不 变 角 度长 度 9 0 i n l n 采用 C A D准确绘 图确定 了气缸 的安放位置 如图 2所示 5 O 时变 长度部分为 5 5 2 m m 气缸行程 1 9 3 n l i n 大于 1 9 0 n q lT I 而小于 2 0 0 m m 满足气缸行程 要求 所以气缸距离转轴2 1 0 m lT l 为合适的安放位置 2倾翻装置的液压系统 倾翻箱 的翻转与返 回由气缸驱动完成 其气动系 统原理图如图 3 所示 工作时 电磁阀b侧接通 高 压气体进人气缸下腔 活塞杆上行 推动箱体倾翻 当箱 内货物开始 滑落时 将电磁阎调至 中位 记录箱 子倾角 然后将 电磁阀 a 侧接通 高压气体进入气缸 上 腔 活塞杆下行 推动箱体返 回 要求气动系统能 实现持续上升 保压和持续下降功能 尤其要确保倾 箱平稳缓慢上升 为了实现上述功能 保证系统的平 稳安全 设计 气动系统时进行 了较为全面 的考虑 图 3气 动 原 理 图 2 1 气缸 回路 的确 定 气缸的作 用是推动箱体倾翻与返回 为 了保证气 缸在上升与缩 回过程 中运行平稳 系统采用 了双向节 流 阀限速 可使气缸 的伸出和收缩速度单独调解 互 不干扰 全部采用排气节流 节流阀靠近气缸 调速 特性更加稳定 根据系统的要求 采用 了三位五通 电磁 阀 中位为保压状态 考虑气缸 中位需要保压时 间较短 采用单向阀锁 紧的平衡 回路 2 2进 气 回路 的布 置 为 了保 证进入 气缸 的空气清洁 在进入气缸的管 路上配有过滤器 系统的供气压力由减压 阀确定 为 了保证供气 压力在气缸稳定工作 范围内 加入了压力 继电器 可实现低压报警 3结论 基于微速气缸的倾 翻装置集机械 气动和电控技 术与一体 可以实 现倾箱 的翻转和