液壓控制技術(shù)在旋回破碎機(jī)中的應(yīng)用

陳志輝，權(quán) 毅，金會(huì)濤

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

隨著科技的快速發(fā)展，對(duì)各種礦產(chǎn)資源的需求越來(lái)越大，礦業(yè)開(kāi)發(fā)得到快速發(fā)展。破碎設(shè)備是礦業(yè)開(kāi)發(fā)的重要設(shè)備，在破碎工藝流程中，旋回破碎機(jī)用于原礦的初級(jí)破碎作業(yè)[1]。其作業(yè)工況極為惡劣，由于經(jīng)常帶載啟動(dòng)，且所處理的礦石大小、性質(zhì)各異，所以負(fù)載極不穩(wěn)定，運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)頻繁過(guò)載現(xiàn)象[2]，這就要求設(shè)備本身應(yīng)具有良好的自我保護(hù)系統(tǒng)[3]，以使設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，連續(xù)工作。液壓控制技術(shù)具有響應(yīng)速度快、容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等特點(diǎn)[4]，在破碎機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1 主軸液壓升降技術(shù)

旋回破碎機(jī)主要為底部單缸液壓旋回破碎機(jī)[5]，工作時(shí)，通過(guò)對(duì)液壓缸的升降控制實(shí)現(xiàn)主軸上下位置調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)破碎機(jī)排料口大小。破碎機(jī)主液壓缸的升降控制十分重要，要求調(diào)節(jié)時(shí)液壓缸升降靈敏，調(diào)整到位后主液壓缸位置能夠保持穩(wěn)定，從而保持排料口恒定。目前，國(guó)內(nèi)外破碎機(jī)主軸的升降一般采用液壓閥控制和液壓泵控制 2 種方式。

1.1 液壓閥控制

液壓閥控制回路如圖 1 所示。其控制原理為：液壓泵啟動(dòng)，電磁換向閥 A 端電磁鐵帶電，液壓油經(jīng)泵輸送到液壓缸，控制液壓缸活塞向上動(dòng)作，主軸上升；當(dāng)需要降低主軸時(shí)，液壓泵啟動(dòng)，電磁換向閥 B端電磁鐵帶電，液壓油經(jīng)液壓泵輸送到液控單向閥，控制油口打開(kāi)液控單向閥，液壓油靠主軸、液壓缸活塞自重從液壓缸返回油箱，控制主軸降低。

圖1 液壓閥控制回路Fig.1 Hydraulic valve controlled circuit

1.2 液壓泵控制

液壓泵控制回路如圖 2 所示。其控制原理為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液壓油經(jīng)球閥、單向閥 4.2、液壓泵、液控單向閥輸送到液壓缸，控制液壓缸活塞上升；當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，油箱中的液壓油經(jīng)球閥、單向閥 4.1、液壓泵輸送到液控單向閥，控制油口打開(kāi)液控單向閥，液壓缸中的液壓油經(jīng)液控單向閥、液壓泵、溢流閥、過(guò)濾器返回油箱，主軸降低，液壓泵控制與液壓閥控制相比，無(wú)節(jié)流損失，節(jié)能明顯，結(jié)構(gòu)更加緊湊。其不僅保留正向升起準(zhǔn)確的特點(diǎn)，而且反向落下時(shí)沖擊?。徊捎寐菁y插裝閥，嵌入式閥塊設(shè)計(jì)技術(shù)，體積更小，質(zhì)量更輕，對(duì)油液不敏感，保壓效果好，能更好適應(yīng)破碎機(jī)粉塵大的工況。

圖2 液壓泵控制回路Fig.2 Hydraulic pump controlled circuit

2 平衡缸動(dòng)錐跳躍保護(hù)技術(shù)

大型旋回破碎機(jī)工作過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)錐跳躍砸壞位于主軸下部的摩擦盤(pán)。在液壓系統(tǒng)中采用平衡缸，有效避免了該現(xiàn)象的發(fā)生。平衡缸結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要由上端蓋、下端蓋、缸體、柱塞、充氣閥、排氣閥等組成，與活塞式蓄能器類(lèi)似。

圖4 平衡缸結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of balancing cylinder

平衡缸外觀如圖 5 所示。正常工作時(shí)缸內(nèi)油液側(cè)充滿(mǎn)一定壓力的液壓油，氣體側(cè)預(yù)充一定壓力的氮?dú)?，?dāng)液壓油側(cè)由于主軸跳動(dòng)瞬間失壓時(shí)，氮?dú)鈮毫ν苿?dòng)活塞將缸內(nèi)液壓油快速排出到主液壓缸，使主液壓缸柱塞向外伸出，防止主軸與液壓缸柱塞支撐部脫離，并在油壓的作用下緩慢落下，避免主軸上竄后回程下落過(guò)快而損壞破碎機(jī)部件。與活塞式蓄能器不同的是：平衡缸采用中空活塞設(shè)計(jì)，為缸內(nèi)氮?dú)庑纬梢粋€(gè)固定容積的腔室。工作過(guò)程中，氮?dú)鈮毫Ρ３趾愣?，不?huì)因物料波動(dòng)而波動(dòng)，從而不會(huì)影響到主軸的位置和排料口的大小。

圖5 平衡缸外觀Fig.5 Appearance of balancing cylinder

3 瞬時(shí)過(guò)鐵保護(hù)技術(shù)

旋回破碎機(jī)目前過(guò)載保護(hù)采用液壓式過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)有不可破碎物通過(guò)破碎腔時(shí) (即發(fā)生過(guò)鐵)，加載液壓缸的壓力升高，控制系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)油壓并判斷破碎機(jī)是否過(guò)載，一旦過(guò)載，液壓系統(tǒng)泄壓，加載液壓缸退讓。而當(dāng)硬質(zhì)物料排出，過(guò)載消失后，加載液壓缸又能迅速通過(guò)液壓系統(tǒng)恢復(fù)到原位置，保證正常的破碎作業(yè)。液壓過(guò)載保護(hù)原理如圖 6所示。

圖6 液壓過(guò)載保護(hù)原理Fig.6 Principle of hydraulic overload protection

當(dāng)有不可破碎物通過(guò)破碎腔即發(fā)生過(guò)鐵時(shí)，負(fù)載變大，加載液壓缸油壓升高。壓力傳感器檢測(cè)油壓高于壓力保護(hù)設(shè)定值時(shí)，電磁換向閥通電換向。此時(shí)插裝閥主閥芯的上腔 C 口經(jīng)過(guò)電磁換向閥的 P 口、A 口并通過(guò)固定節(jié)流塞后與油箱相通，插裝閥主閥芯上腔C 口壓力油流回油箱，插裝閥主閥芯在 A 口壓力油作用下迅速抬起，A 口與 B 口連通，加載液壓缸壓力油通過(guò) A 口、B 口流向油箱，實(shí)現(xiàn)退讓。

圖7 液壓過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)Fig.7 System of hydraulic overload protection

當(dāng)來(lái)料中的硬質(zhì)物得到釋放后，負(fù)載變小，加載液壓缸中的油壓隨之減小。壓力傳感器檢測(cè)油壓低于壓力設(shè)定值時(shí)，電控發(fā)出信號(hào)使電磁換向閥失電復(fù)位，同時(shí)啟動(dòng)液壓泵開(kāi)始供油。外部液壓油一方面通過(guò) X 口，經(jīng)固定節(jié)流塞Ⅰ、電磁換向閥的 B 口、P 口進(jìn)入插裝閥主閥芯的上腔 C 口，和復(fù)位彈簧 2 一起作用，使插裝閥主閥芯迅速關(guān)閉；另一方面進(jìn)入加載液壓缸使其從退讓位置復(fù)位。當(dāng)加載液壓缸完全復(fù)位，系統(tǒng)壓力恢復(fù)工作狀態(tài)的設(shè)定值，液壓泵停止運(yùn)行，加載液壓缸處于保壓工況，設(shè)備恢復(fù)到正常的擠壓破碎狀態(tài)。

溢流閥的作用與電磁換向閥的作用類(lèi)似，屬于機(jī)械保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)過(guò)載，油壓升高，達(dá)到溢流閥的壓力設(shè)定值，溢流閥打開(kāi)，插裝閥主閥芯上腔 C 口壓力油通過(guò)溢流閥流回油箱，閥芯在 E 口壓力油作用下迅速抬起，實(shí)現(xiàn)卸荷保護(hù)。

該過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)能在設(shè)備遇到過(guò)鐵時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)迅速打開(kāi)、迅速關(guān)閉，在瞬間過(guò)載時(shí)能迅速做出反應(yīng)，最大限度保護(hù)設(shè)備，同時(shí)液壓缸能夠迅速?gòu)?fù)位，使破碎機(jī)快速恢復(fù)到初始破碎狀態(tài)，保證了設(shè)備運(yùn)行效率。

4 分流調(diào)節(jié)技術(shù)

為保證旋回破碎機(jī)的正常運(yùn)行，其偏心套內(nèi)外潤(rùn)滑點(diǎn)需得到充分、良好的潤(rùn)滑。破碎機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各個(gè)摩擦副的設(shè)計(jì)間隙各不相同，流經(jīng)偏心套內(nèi)外的潤(rùn)滑油的壓力損失不僅相差很大，而且各個(gè)支路的壓力損失隨溫度、黏度變化而變化。

傳統(tǒng)的潤(rùn)滑系統(tǒng)一般通過(guò)設(shè)置節(jié)流閥來(lái)進(jìn)行偏心套內(nèi)外供油流量的分配與調(diào)節(jié)。節(jié)流閥的調(diào)節(jié)精度易受壓差、油溫變化的影響，會(huì)導(dǎo)致流量變化較大。為解決這一問(wèn)題，采用壓差調(diào)節(jié)流量的原理，通過(guò)設(shè)置各個(gè)支路的壓力損失從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)先潤(rùn)滑偏心套的目的。壓差調(diào)節(jié)流量原理如圖 8 所示。

圖8 壓差調(diào)節(jié)流量原理Fig.8 Principle of flow control by differential pressure

圖9 壓差調(diào)節(jié)裝置Fig.9 Device of flow control by differential pressure

在各種流量調(diào)節(jié)形式中，“節(jié)流”屬最常見(jiàn)、最有效的一種方案。對(duì)于節(jié)流口來(lái)說(shuō)，其流量

式中：K為節(jié)流系數(shù)，由節(jié)流口形狀、流體流態(tài)、流體性質(zhì)等因素決定；A為節(jié)流口通流面積；ΔP為節(jié)流口前、后壓差；m為由節(jié)流口形狀和結(jié)構(gòu)決定的指數(shù)，0.5≤m≤1。

壓差調(diào)節(jié)裝置采用定差減壓閥+固定節(jié)流塞方案。該方案是將節(jié)流口大小固定，通過(guò)調(diào)節(jié)固定節(jié)流塞進(jìn)出口壓差來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。當(dāng)節(jié)流口通流面積一定時(shí)，流量隨 ΔP值的變化而變化。調(diào)節(jié)中通過(guò)觀察 B 路中流量計(jì) 4.2 的數(shù)值，可較為準(zhǔn)確的提供B 路潤(rùn)滑油的流量。實(shí)踐證明：在破碎機(jī)惡劣的工況中，此流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于節(jié)流閥調(diào)節(jié)，不僅確保了偏心套內(nèi)支路得到優(yōu)先潤(rùn)滑，而且偏心套內(nèi)外 2 條支路均可得到合理的流量分配，達(dá)到充分潤(rùn)滑的目的，使得破碎機(jī)整體運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性均有較大提高。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著礦山資源整合、企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)能力的提高，旋回破碎機(jī)逐漸向大型化發(fā)展，要求設(shè)備的自動(dòng)化、智能化程度越來(lái)越高。液壓控制技術(shù)在控制方式上的靈活性和便捷性，在旋回破碎機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著技術(shù)的深入發(fā)展，液壓控制技術(shù)可以和智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，有效推動(dòng)旋回破碎機(jī)的機(jī)電液一體化和智能化的技術(shù)進(jìn)步。