液壓雙動(dòng)力同步分料器設(shè)計(jì)

孔祥臻，臧發(fā)業(yè)，王保平，吳清珍

(山東交通學(xué)院 工程機(jī)械學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357)

現(xiàn)有的物料輸送系統(tǒng)中，常用的分料器為三通翻板分料器，在物料輸送領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在輸送量小、物料粒度小和不需要經(jīng)常改變物料流向的輸送系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。現(xiàn)有的設(shè)備一般通過(guò)翻板將物料分流，翻板的控制是采用單液壓缸控制，設(shè)備容易頻繁出現(xiàn)跑偏卡滯現(xiàn)象。

隨著物料輸送技術(shù)的發(fā)展，特別是在煤炭、礦山、冶金等行業(yè)領(lǐng)域，物料輸送量越來(lái)越大(可達(dá)到5000～10000t/h)，物料粒度范圍變化較大，給料連續(xù)性要求越來(lái)越高。特別是采用大型輸送機(jī)給料，改變物料流向時(shí)，需先停止運(yùn)行輸送機(jī)，或停止物料的輸送，否則會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)斷軸、翻板變形等現(xiàn)象。這樣會(huì)無(wú)形的增大設(shè)備頻繁啟動(dòng)的故障率，降低效率。三通翻板分料器體積較小，現(xiàn)有的大型分料器體積較大，特別是長(zhǎng)度尺寸較大，在已有的空間內(nèi)不能安裝現(xiàn)有的大型分料器。

因此，市場(chǎng)急需一種既能滿足連續(xù)給料、輸送量大、強(qiáng)度大、體積小，分料比例可調(diào)、物料流向調(diào)節(jié)方便，又能夠?qū)崿F(xiàn)雙液壓缸同步控制的新型分料器。

1 新型分料器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題和不足，設(shè)計(jì)了一種適用于帶式輸送機(jī)、料倉(cāng)、配料機(jī)等多種給料方式，不同分料要求和物料粒度、調(diào)節(jié)方便、運(yùn)行可靠的雙動(dòng)力同步分料器。新型分料器分料原理如圖1所示，其分料原理：通過(guò)改變移動(dòng)分料小車的位置，改變物料移動(dòng)方向，達(dá)到按比例分配物料或完全改變物料流動(dòng)方向的目的。

圖1 新型分料器原理圖

新型分料器主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，該雙動(dòng)力同步分料器，主要由固定的支撐裝置和上部活動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)組成。

1—控制機(jī)構(gòu)；2、3—分料小車液壓缸I、II；4—支架；5—框架；6—滾輪；7—三角架；8—導(dǎo)軌；9—導(dǎo)料支撐裝置圖2 新型分料器結(jié)構(gòu)圖

在該分料器中，支撐裝置9是由鋼板和型鋼拼接而成的框架結(jié)構(gòu)，既支撐上部所有設(shè)備，又可以對(duì)物料起導(dǎo)向作用。該裝置中兩出料口位置可根據(jù)具體情況確定，其固定方式可采用螺栓固定或直接焊接在相鄰板梁上。

支撐裝置9上部為導(dǎo)料裝置和行走機(jī)構(gòu)。行走裝置由分料小車液壓缸2、3，支架4，框架5，滾輪6等組成。液壓缸2、3固定在支架4上，長(zhǎng)度尺寸與設(shè)備本體保持一致，結(jié)構(gòu)緊湊；與框架5通過(guò)銷軸連接，框架5兩端分別裝有一根軸，并與導(dǎo)料裝置焊接牢固。動(dòng)作時(shí)，控制機(jī)構(gòu)1控制液壓缸 2、3的同時(shí)動(dòng)作，從而帶動(dòng)行走機(jī)構(gòu)和導(dǎo)料裝置運(yùn)動(dòng)，以改變物料分流方向，實(shí)現(xiàn)行走機(jī)構(gòu)和導(dǎo)料裝置的同步控制，克服了目前的翻板由于單缸控制而出現(xiàn)的跑偏卡滯現(xiàn)象。軸兩端裝有滾輪6，滾輪采用四個(gè)裝有抗沖擊軸承的剛性滾輪，能夠適用于各種密度和粒度物料，特別是密度、硬度和粒度較大的矸石、油頁(yè)巖等物料的沖擊，解決了傳統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)的斷軸等現(xiàn)象。

行走機(jī)構(gòu)和導(dǎo)料裝置如圖3所示，由導(dǎo)料板3、耐磨襯板4、加強(qiáng)角鋼和其兩側(cè)的固定鋼板等組成。 導(dǎo)料板3與其兩側(cè)的鋼板直接焊接，耐磨襯板4通過(guò)螺釘固定在導(dǎo)料板上，導(dǎo)料板3下部焊接有加強(qiáng)角鋼。此結(jié)構(gòu)采用倒梯形，內(nèi)部采用三角形結(jié)構(gòu)分料裝置，配有可拆耐磨襯板，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)，耐磨襯板4便于拆裝和更換。外部的分叉溜槽作為支撐裝置。此結(jié)構(gòu)既起到支撐作用，又可以對(duì)物料起導(dǎo)向作用。

圖3 行走機(jī)構(gòu)和導(dǎo)料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2 新型分料器液壓控制系統(tǒng)

新型分料器的控制機(jī)構(gòu)由電磁換向閥、流量控制閥、節(jié)流閥、行程開(kāi)關(guān)、液壓泵、蓄能器、管路等組成。該分料器液壓控制系統(tǒng)原理如圖4所示。

1、4—定量倉(cāng)的液壓缸；2、3—分料小車液壓缸；5—換向及保壓機(jī)構(gòu)；6—液壓泵；7—調(diào)壓機(jī)構(gòu)圖4 分料器液壓控制系統(tǒng)原理圖

該液壓控制系統(tǒng)的工作原理描述如下。由液壓泵6為系統(tǒng)提供動(dòng)力，經(jīng)過(guò)換向及保壓機(jī)構(gòu)5的調(diào)節(jié)，油液供應(yīng)給定量倉(cāng)的液壓缸1、4，待液壓缸運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí)，液壓缸2、3 的換向閥開(kāi)始動(dòng)作，經(jīng)過(guò)三位四通電磁換向閥的調(diào)節(jié)，控制油液的流量，使兩油缸同時(shí)動(dòng)作，帶動(dòng)行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，改變物料的分流方向，液壓缸運(yùn)動(dòng)到指定的位置后，換向閥斷電，由于中位是Y型結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)由雙向液壓鎖組成的鎖緊功能，可以長(zhǎng)時(shí)間保持液壓缸內(nèi)的壓力不變。

通過(guò)采用雙液壓缸控制，使兩個(gè)液壓缸同步動(dòng)作，有效解決了以前采用單液壓缸控制料斗，設(shè)備頻繁出現(xiàn)的跑偏卡滯現(xiàn)象，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)液壓缸的長(zhǎng)時(shí)間保壓。

3 同步分料器的同步控制效果

為了驗(yàn)證同步分料器的同步控制效果，對(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。閥控液壓缸動(dòng)力機(jī)構(gòu)如圖5所示。

圖5 閥控液壓缸動(dòng)力機(jī)構(gòu)

圖5中，A1，A2分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的有效作用面積；V1，V2分別為液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔的容積；p1，p2分別為液壓缸兩腔的壓力；q1，q2分別為液壓兩腔的流量；ps為系統(tǒng)壓力；xv為閥芯位移；m為負(fù)載質(zhì)量。

推-導(dǎo)液壓閥控雙缸同步系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，得到輸出量Y(s)關(guān)于給定輸入xv(s)的傳遞函數(shù)為：

表1 參數(shù)值統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算得閥控缸1的固有頻率ω1=98rad/s及閥控缸2的固有頻率ω2=110rad/s；液壓阻尼分別為ξ1=0.042和ξ2=0.042。

由式(1)可以得兩個(gè)液壓缸位移Y對(duì)伺服閥輸入電信號(hào)U的傳遞函數(shù)分別為：

液壓缸1：Y/U=(1.7×106)/(s3+11.5s2+9500s)

液壓缸2：Y/U=(2.1×106)/(s3+11.4s2+12113s)

采用PID控制策略，得到如圖6所示的控制效果。

圖6 同步控制正弦響應(yīng)仿真曲線

圖6中表示的曲線，分別為標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線和兩只油缸的跟蹤曲線。由于跟蹤曲線和標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線吻合的比較好，控制系統(tǒng)能夠基本無(wú)偏差地跟蹤輸入信號(hào)，表明兩只油缸的同步控制達(dá)到了較高的精度。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文中設(shè)計(jì)了一種新型液壓雙動(dòng)力同步分料器，該分料器可以滿足連續(xù)給料、輸送量大、強(qiáng)度大、體積小，分料比例可調(diào)、物料流向調(diào)節(jié)方便的要求，同時(shí)采用雙液壓缸同步控制的原理，有效的解決了原先采用單液壓缸控制料斗，設(shè)備頻繁出現(xiàn)的跑偏卡滯現(xiàn)象。仿真結(jié)果顯示，該分料器的同步控制效果良好。