辊压机液压系统中蓄能器设计与计算

第 44 卷 2016 年第 3 期 编辑 翟小华 破 磨 48 辊压机液压系统中蓄能器 设计与计算 朱建国1 2 肖鹏高1 2 田利红1 2 王晓兵2 3 马一春1 2 1洛阳中重自动化工程有限责任公司 河南洛阳 471039 2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039 3洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039 摘要 辊压机在工作过程中由于辊缝位移发生变化 对液压系统中蓄能器的压力和容积产生影响 针 对蓄能器几种功能进行理论分析和设计计算 解决了主液压缸保压时间短 压力脉动大及液压冲击大 等问题 保证了辊压机安全平稳运行 关键词 辊压机 液压系统 蓄能器 设计与计算 中图分类号 TD453 TH137 8 1 文献标志码 B 文章编号 1001 3954 2016 03 0048 03 Design and calculation of accumulator in hydraulic system of roller press ZHU Jianguo1 2 XIAO Penggao1 2 TIAN Lihong1 2 WANG Xiaobing2 3 MA Yichun1 2 1Luoyang CITICHIC Automation Engineering Co Ltd Luoyang 471039 Henan China 2State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment Luoyang 471039 Henan China 3Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co Ltd Luoyang 471039 Henan China Abstract The variation of the displacement of the roller gap brings about impact on the pressure and volume of the accumulator in the hydraulic system during operation of the roller press In the paper theoretical analysis and design calculation for several functions of the accumulator were conducted so as to solve the problems of the main hydraulic cylinder such as short pressure holding duration large pressure fl uctuation and huge hydraulic impact thus the safe and stable operation of the roller press was guaranteed Key Words roller press hydraulic system accumulator design and calculation 辊 压机是用于挤压粉碎脆性物料的机械 磨辊 挤压物料时 其挤压力大小和辊缝间隙随着物 料的反压力及颗粒大小而变化 所以磨辊挤压力和辊 缝间隙直接影响物料成品的质量和产量 随着液压技 术和电气技术的快速发展 辊压机普遍采用液压系统 控制磨辊挤压力和调整辊缝间隙 由于机械设备和液 压系统在工作过程中有压力冲击现象 所以在辊压机 液压系统中采用蓄能器作为保护装置 当辊压机正常 工作和发生事故时 蓄能器既能吸收系统产生的压力 脉动 又能防止系统出现的压力冲击 同时蓄能器还 可以保护压力仪表 确保辊压机能够长期平稳 安全 可靠运行 1 2 作者简介 朱建国 男 1978 年生 工程师 主要从事矿山设 备的液压和润滑系统设计及新产品的开发与研究工作 笔者对某水泥厂辊压机液压蓄能器的几种功能进 行理论分析与计算 以说明蓄能器在辊压机液压系统 中应用的重要性 1 辊压机液压系统原理 液压系统在辊压机中的作用主要表现在 2 个方 面 一是向磨辊提供工作所需的挤压力 二是在物料 发生变化时 液压系统能保证辊压机在设定的压力 辊缝下运行 辊压机液压系统原理如 1 所示 辊压机 游动辊两侧分别安装 2 个相同的主液压缸 15 在辊压 机主电动机启动时 首先启动液压泵站电动机 2 和液 压泵 3 一部分油液经电磁换向阀 4 和电磁球阀 5 流入蓄能器 6 7 8 9 和压力元件 13 14 另一部 分流入主液压缸 15 通过控制阀 5 和 4 油液的流向来 DOI 10 16816 ki ksjx 2016 03 013 第 44 卷 2016 年第 3 期 破 磨 编辑 翟小华 49 控制磨辊辊缝位移 通过阀 11 和蓄能器的充气压力 设定值来维持液压缸的工作压力 以控制磨辊的挤压 力大小 当系统满足正常工作条件时 电动机 2 与液 压泵 3 停止工作 系统处于保压状态 此时液压部分 允许辊压机主电动机启动 2 蓄能器在液压系统中的设计计算 蓄能器是将油液的液压能转换成势能储存起来 当系统需要时再由势能转化为液压能 因此 蓄能器 可以作为辅助或者应急动力源 用以补充系统的泄 漏 稳定系统的工作压力 以及吸收液压系统压力脉 动和液压冲击等 以 RP170 120 型辊压机液压系统为例 其相关 参数如表 1 所列 左右侧液压缸两端各有 2 个主液压缸 当辊压机 正常给料时 主液压缸位移波动范围 l 5 mm 设 定液压系统正常工作压力 P1 9 MPa 正常工作压力 波动范围 P 2 MPa 当不可挤压物通过时 主液 压缸最大位移波动范围 lmax 20 mm 液压系统最高 压力 Pmax 14 MPa 初选皮囊式蓄能器 a b c d 容量分别为 Va 40 L Vb 25 L Vc 40 L Vd 0 63 L 2 1 液压泵的流量 3 所选液压泵的排量 vB 16 mL r 电动机转速 nD 1 450 r min 则液压泵的流量 q vB nD v 19 72 L min 1 式中 v 为液压泵的容积效率 取 0 83 0 87 2 2 蓄能器充气压力的计算 1 为了保护蓄能器的气囊 延长其使用寿命 蓄能器 a b 的充气压力 2 P0 0 6 0 88 P1 5 4 7 92 MPa 2 2 蓄能器 c 起防止压力冲击的作用 其充气压 力 4 P0 0 9 P1 P 9 9 MPa 3 因此 选择液压系统中蓄能器 a b 的充气压力 P0 6 5 MPa 蓄能器 c 的充气压力 P0 10 MPa 2 3 吸收压力脉动设计 辊压机正常运行时 由于给料不均匀会导致辊缝 变化 造成主液压缸位移及液压系统压力波动 蓄能 器 a b 在系统中起到吸收压力脉动 稳定油压的作 用 在蓄能器工作过程中 气体状态的变化规律符合 理想气体状态方程 1 4 4 1 当辊缝增大 主液压缸压缩到最大距离 l1 5 mm 时 1 油箱 2 电动机 3 液压泵 4 电磁换向阀 5 电磁球阀 6 8 40 L 蓄能器 7 25 L 蓄能器 9 0 63 L 蓄能器 10 单向节流阀 11 溢流阀 12 节流阀 13 压力传感器 14 压力表 15 液压缸 图 1 辊压机液压系统原理 Fig 1 Working principle of hydraulic system of roller press 表 1 辊压机相关参数 Tab 1 Parameters of roller press 参数 液压泵额定压力 MPa 电动机功率 kW 主液压缸数量 个 主液压缸直径 mm 主液压缸最大行程 mm 油液流速 m s 1 液压缸行程 伸出时间 s 缩回时间 s 数值 16 7 5 4 550 70 0 1 30 15 第 44 卷 2016 年第 3 期 编辑 翟小华 破 磨 50 5 6 则 7 式中 P2 为辊缝增大时主液压缸压缩到最大距离时的 系统压力 MPa n 为气体多变指数 快速膨胀时是 绝热的 取 n 1 4 Va Vb V 分别为辊压机辊 缝增大时蓄能器 a b 及总供给系统的油液体积 L k 为主液压缸数量 D 为主液压缸直径 mm 辊缝增大时各参数计算结果如表 2 所列 2 当辊缝减小 主液压缸伸长到最大距离 l 2 5 mm 时 各参数计算结果如表 3 所列 通过以上计算可知 辊压机正常运行时 蓄能器 能够保证系统压力在波动范围 P 内 并满足系统理 论设计要求 2 4 防止压力冲击的设计 辊压机运行过程中 当不可挤压物通过时 会导 致辊缝发生较大变化 造成主液压缸位移发生较大变 化 液压系统压力会突然升高 蓄能器 a b c 起到 防止突然出现的压力冲击的作用 当辊缝增大 主液压缸压缩到最大距离 l max 20 mm 时 在蓄能器的工作过程中 气体状态的变化规 律符合理想气体状态方程 3 4 8 9 10 则 1 1 式中 Vc 为蓄能器 c 供给系统的油液体积 L 辊缝增大时各参数计算结果如表 4 所列 当不可挤压物通过时 主液压缸在 20 mm 的位 移波动下 系统压力满足了最高压力 Pmax 2 5 保护压力仪表 辊压机液压系统的液压冲击和压力脉动现象对仪 表元器件的使用寿命有很大的影响 所以辊压机液压 系统设计时 一般需要配置保护仪表元器件的小蓄能 器 d 0 63 L 和串联一个节流组件 以使系统正常平 稳运行 3 合理配置蓄能器 通过以上对辊压机液压蓄能器各种功能和工况条 件下的设计与计算表明 满足了辊压机液压系统正常 工作的理论设计要求 经查蓄能器手册样本 选用如 下 4 1 大 中蓄能器 NXQ1 2 L40 NXQ1 2 L25 用于吸收压力脉动 2 大蓄能器 NXQ1 2 L40 用于吸收压力冲 击 对辊压机液压系统起保护作用 3 小蓄能器 NXQ1 2 L0 63 对辊压机液压系统 中的压力变送器 耐振压力表等起保护作用 4 结语 通过对蓄能器在辊压机液压系统中的各种功能 分析和设计计算 为辊压机设计及合理配置蓄能器提 供了理论参考 解决了辊压机液压系统压力脉动大 液压冲击大 液压仪表元器件使用寿命短等一系列问 题 避免了系统事故的发生 为辊压机的安全平稳运 行提供了可靠的保障 参 考 文 献 1 宋锦春 陆 颖 武学义 等 辊压碎石机液压系统设计和 动态分析 J 中国有色金属学报 1998 8 S2 634 636 2 方育锋 辊压机液压系统建模与设计 J 矿山机械 1997 7 10 12 3 范贵喜 刘春峰 任国龙 等 气囊式蓄能器选型与计算 J 煤矿机械 2005 7 18 19 4 雷天觉 液压工程手册 下册 M 北京 机械工业出版社 1990 1773 1778 收稿日期 2015 09 25 修订日期 2015 11 26 V a L 1 46 V b L 0 91 V L 2 37 P2 MPa 9 64 P1 MPa 9 表 2 吸收压力脉动时辊缝增大各参数计算结果 Tab 2 Calculation results of all parameters while roller gap widening due to absorption of pressure fl uctuation V a L 1 46 V b L 0 91 V L 2 37 P2 MPa 8 46 P1 MPa 9 表 3 吸收压力脉动时辊缝减小各参数计算结果 Tab 3 Calculation results of all parameters while roller g