基于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的流盤裝置設(shè)計(jì)

孫昂，馬文琦，羅薇

(1.大連海事大學(xué)，遼寧大連 116026;2.遼寧海事局，遼寧大連 116001)

基于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的流盤裝置設(shè)計(jì)

孫昂1，馬文琦1，羅薇2

(1.大連海事大學(xué)，遼寧大連 116026;2.遼寧海事局，遼寧大連 116001)

基于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的流盤裝置是專門用于散貨適運(yùn)水分極限測(cè)定的新型工具。整套裝置由機(jī)械部分、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。由于采用了馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，輸出功率大，可適用于不同種類的散貨。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、控制可靠、操作方便。詳細(xì)介紹了此設(shè)備的機(jī)械部分組成、設(shè)備的安裝與潤(rùn)滑及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理與控制。

馬達(dá);流盤;適運(yùn)水分極限

《國(guó)際海運(yùn)固體散裝貨物規(guī)則》 (《IMSBC規(guī)則》)于2011年1月1日生效?！禝MSBC規(guī)則》規(guī)定了固體散裝貨物海上運(yùn)輸?shù)陌踩螅ㄔu(píng)定貨物的安全適運(yùn)性，裝載、載運(yùn)和卸載的一般性預(yù)防措施，平艙程序等。我國(guó)是固體散裝貨物海上運(yùn)輸和進(jìn)出口大國(guó)，每年有大量礦砂和煤等散裝貨物通過(guò)船舶運(yùn)輸。由于缺乏強(qiáng)制性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的管理措施，近年來(lái)在我國(guó)沿海發(fā)生了多起載運(yùn)固體散裝貨物船舶的沉沒(méi)事故，造成了嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染。因此履行《IMSBC規(guī)則》，是加強(qiáng)對(duì)固體散裝貨物海上運(yùn)輸安全監(jiān)管的必要措施。遼寧海事局目前開展了測(cè)定固體散裝貨物的含水量和靜止角等參數(shù)測(cè)試儀器的研究，減少固體散貨的運(yùn)輸存在的嚴(yán)重的安全隱患［1］。

《IMSBC規(guī)則》給出了測(cè)試適運(yùn)水分極限的3種通用方法:流盤實(shí)驗(yàn)、插入度實(shí)驗(yàn)和葡氏實(shí)驗(yàn)。為了進(jìn)行固體散貨安全性檢測(cè)，文中設(shè)計(jì)了用于測(cè)定最大粒度為1 mm的精礦和其他顆粒物質(zhì)的適運(yùn)水分極限的流盤試驗(yàn)裝置。

1 流盤裝置的組成、要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 流盤與座架［2］

文中設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置如圖1所示。該裝置包括以下組成:

圖1 流盤裝置結(jié)構(gòu)

(1)流盤由剛性鑄鐵座架、直徑 (25.4± 0.254)cm剛性圓盤、與圓盤相連的豎向軸和螺栓、凸輪等構(gòu)成。豎向軸與螺栓連接形成接觸肩，如圖2所示。豎向軸與座架連接后應(yīng)保證豎向軸在凸輪驅(qū)動(dòng)下垂直升落規(guī)定的高度，允許誤差為0.127 mm。圓盤采用青銅鑄成，無(wú)砂眼，表面無(wú)瑕疵，洛氏硬度不小于HRB25，邊緣厚度7.62 mm，并有6個(gè)徑向加強(qiáng)骨。

圖2 豎向軸的結(jié)構(gòu)及性能要求

(2)凸輪和豎向軸采用中碳鋼制成，相應(yīng)的部位需進(jìn)行硬化處理。豎向軸直徑與座架腔筒內(nèi)徑之差應(yīng)在0.050 8～0.076 2 mm范圍內(nèi)。軸的底端在下落時(shí)不應(yīng)落在凸輪上。豎向軸從下落點(diǎn)到與凸輪接觸點(diǎn)不小于120°。凸輪邊曲線采用了平滑螺線，如圖3所示。流盤下落時(shí)與座架接觸的表面保持水平，360°圓周面上相互完全接觸。

圖3 凸輪的等速螺線曲線

(3)流盤的座架材料為鑄鐵。為了保證座架的剛性，采用了均勻分布的3根加強(qiáng)骨。座架的頂部進(jìn)行了淬火處理，表面進(jìn)行研磨和拋光，使之與腔筒垂直，并與豎向軸的接觸肩有360°的接觸。座架底部的外表面應(yīng)加工，使之與下面的安裝平面完全接觸。

(4)模制試樣的圓模由青銅鑄成。圓模頂邊的外緣設(shè)計(jì)成凸緣，以便于將其提起。所有表面應(yīng)進(jìn)行光面修整。為防止灰漿濺灑在盤頂，圓模與流盤間安裝防護(hù)板。防護(hù)板采用不易與水粘附的聚四氟乙烯制作。

1.2 流盤的安裝

安裝流盤座架時(shí)，首先采用螺栓固定在厚度為25.4 mm，254 mm見方的鋼板上。鋼板表面加工成光滑表面，用螺栓固定在水泥座上。為了使鋼板與水泥座各點(diǎn)完全接觸，水泥座反鑄在鋼板上。水泥座的底部四角嵌入軟木墊進(jìn)行水平調(diào)整。

1.3 流盤的潤(rùn)滑

為了保證流盤的正常使用，流盤的豎向軸應(yīng)保持清潔，以輕質(zhì)油作輕度潤(rùn)滑。凸輪的接觸面涂油可以減輕凸輪的磨損，使運(yùn)行平穩(wěn)。

2 流盤的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

由于流盤裝置需要適合不同密度的散貨作適運(yùn)水分極限實(shí)驗(yàn)，如典型貨物煤的密度1 000 kg/m3，鉛精礦的密度可達(dá)5 000 kg/m3，驅(qū)動(dòng)力變化范圍較大，因此采用輸出功率大的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)首先通過(guò)渦輪減速機(jī)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再通過(guò)彈性柱銷聯(lián)軸器與凸輪軸相連。這種撓性聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，有一定的緩沖減振能力和少量補(bǔ)償能力。

由于凸輪的作用，馬達(dá)轉(zhuǎn)速過(guò)程中所受的負(fù)載不同。頂升時(shí)負(fù)載大，流盤下落時(shí)則為空載。為保證凸輪軸轉(zhuǎn)速恒定100 r/min，采用閉環(huán)控制定量馬達(dá)液壓系統(tǒng)。

圖4為比例變量泵控馬達(dá)系統(tǒng)的組成原理圖。比例變量泵從電機(jī)吸收功率，通過(guò)輸出液壓能，驅(qū)動(dòng)定量馬達(dá)恒轉(zhuǎn)速輸出。由于馬達(dá)為定量馬達(dá)，所以馬達(dá)輸入流量直接對(duì)應(yīng)馬達(dá)輸出速度。補(bǔ)油泵用作液壓系統(tǒng)的冷卻和補(bǔ)充變量泵和液壓馬達(dá)的泄漏。

由于負(fù)載的變化會(huì)引起馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，因此采用閉環(huán)控制，電控單元根據(jù)馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速的變化調(diào)整比例變量泵的控制信號(hào)從而調(diào)節(jié)變量泵斜盤傾斜角度，保持馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速恒定。

圖4 裝置的液壓系統(tǒng)原理圖

3 結(jié)論

基于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的流盤裝置集機(jī)械、液壓和電控技術(shù)于一體，可以實(shí)現(xiàn)流盤的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于散貨適運(yùn)水分極限的檢測(cè)。此設(shè)備由于采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，輸出功率變化范圍較大，因此可以適用于不同密度的散貨。目前此設(shè)備已經(jīng)用于實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。

【1】韓俊松，張曉慧.論我國(guó)履行《國(guó)際海運(yùn)固體散裝貨物規(guī)則》的策略［J］.中國(guó)海事，2009(11):24－27.

【2】國(guó)際海事組織.國(guó)際海運(yùn)固體散裝貨物規(guī)則［M］.

【3】力士樂(lè)公司.力士樂(lè)電子項(xiàng)目概述［M］.

【4】資新運(yùn)，郭峰.電液比例變量泵控定量馬達(dá)調(diào)速特性研究［J］.工程機(jī)械，2007(7):45－48.

Design of Flow Table Driven by Motor

SUN Ang1，MA Wenqi1，LUO Wei2
(1.Dalian Maritime University，Dalian Liaoning 116026，China; 2.Liaoning Maritime Safety Administration of the People's Republic of China，Dalian Liaoning 116001，China)

The flow table driven by motor is especially used to measure the transportable moisture limit of drybulk cargo.The whole equipment consists of three parts:mechanical part，hydraulic system and electric control system.By using motor，the horse power becomes bigger，the equipment can be used for a variety of drybulk cargos.It possesses simple construction，reliable control and convenient operation.The composition of mechanical part，the mounting and the lubrication of equipment，the principle and control of the hydraulic system were illustrated.

Motor;Flow table;Transportable moisture limit

TH137

A

1001－3881(2014)8－075－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.025

2013－03－31

孫昂 (1970—)，女，博士，副教授，目前主要從事氣動(dòng)零件、氣壓傳動(dòng)與控制及氣體潤(rùn)滑技術(shù)等研究。E－mail:sunangdl0772@sina.com。