大型磨機(jī)靜壓軸承液壓站備用泵在線切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

大型磨機(jī)靜壓軸承液壓站備用泵在線切換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

研磨機(jī)、自磨機(jī)等磨損設(shè)備是研磨過(guò)程中的重要核心設(shè)備。它的正常工作直接決定了整個(gè)生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。大型磨機(jī)主軸承都采用靜壓軸承,靜壓軸承液壓站使千噸級(jí)的中空軸連續(xù)浮起在油膜上,軸承表面處于液體潤(rùn)滑狀態(tài),大大降低了摩擦因數(shù),延長(zhǎng)了軸瓦和中空軸的使用壽命1系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1擴(kuò)大液壓站內(nèi)油液過(guò)濾和冷卻的應(yīng)用靜壓軸承液壓站一般由主軸承高壓供油系統(tǒng)、低壓循環(huán)系統(tǒng)和小齒輪潤(rùn)滑供油系統(tǒng)組成。主軸承高壓供油系統(tǒng)向磨機(jī)兩端的主軸承輸送高壓油,使磨機(jī)的主軸浮起,在主軸與軸瓦之間形成一定厚度的油膜,以起到靜壓支撐、降低摩擦阻力的作用,避免主軸和軸瓦的直接接觸而造成燒瓦事故;低壓循環(huán)系統(tǒng)對(duì)液壓站內(nèi)油液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾和冷卻;小齒輪潤(rùn)滑供油系統(tǒng)向小齒輪軸承提供潤(rùn)滑油,對(duì)小齒輪軸承進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻。液壓站設(shè)有壓力、溫度、液位、流量和濾油器壓差等監(jiān)控及保護(hù)。以某球磨機(jī)靜壓軸承液壓站為例,筆者設(shè)計(jì)的主軸承高壓供油回路中的備用泵在線切換系統(tǒng)原理如圖1所示。其中由2個(gè)工作泵、1個(gè)備用泵、電磁溢流閥、蓄能器和插裝閥等液壓元件構(gòu)成了備用泵的在線切換系統(tǒng)。當(dāng)工作泵發(fā)生故障,系統(tǒng)流量下降時(shí),通過(guò)主油路中插裝閥的開(kāi)啟,可使備用泵接替工作泵工作,蓄能器在切換過(guò)程中起到吸收流量壓力沖擊和緩沖補(bǔ)油的作用,使切換過(guò)程平穩(wěn)過(guò)渡,將磨機(jī)主軸承浮起量的波動(dòng)降至最低,保證靜壓軸承中形成連續(xù)穩(wěn)定的油膜,減緩軸承載荷沖擊,使整條磨機(jī)生產(chǎn)線正常連續(xù)運(yùn)行。1.2ab口插裝閥磨機(jī)靜壓軸承液壓站正常工作時(shí),每個(gè)工作泵的流量為140L/min,靜壓軸承油腔壓力為6MPa,油膜厚度為0.25mm,每個(gè)軸承外載荷為5200kN。本系統(tǒng)選用的插裝閥中,插裝件閥芯面積比為14.3∶1(環(huán)形面積7%,一般用于A→B方向?qū)?B→A方向?qū)〞r(shí)開(kāi)啟壓力為A→B的15倍),控制蓋板為帶集成梭閥的控制蓋板,此種配合可使插裝閥無(wú)論A、B口有否壓力與大小,一般情況下只能A→B單向?qū)āＯ到y(tǒng)選用的囊式蓄能器公稱容積為4L,充氣壓力為4.5MPa。選用了電磁溢流閥替換普通安全閥,可使電機(jī)泵裝置空載啟動(dòng)和停機(jī)泄壓,減小液壓泵啟動(dòng)壓力沖擊,保護(hù)泵內(nèi)密封,且電動(dòng)機(jī)提前啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后,通過(guò)電磁閥的切換可使系統(tǒng)快速建立壓力。2asesim建模2.1等效試驗(yàn)法靜壓軸承油腔的承載能力可用壓力分布為矩形棱錐體的體積表示。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,可用一體積與棱錐體體積相等,且與棱體等高的等效立方體來(lái)計(jì)算承載能力。按此方法,對(duì)于中間無(wú)溢流溝雙腔徑向靜壓軸承的當(dāng)量承載面積,可用圖2中雙點(diǎn)劃線包圍區(qū)(投影面積)表示,承載面積分3部分計(jì)算,然后相加所以當(dāng)量承載面積2.2平板間隙內(nèi)的黏度的測(cè)量靜壓軸承油膜間隙中的液體流動(dòng)規(guī)律,可用平行平板之間流動(dòng)的流量和液阻來(lái)等效計(jì)算。平行平板間隙流動(dòng)如圖3所示。假設(shè)平板的寬度為b,平板長(zhǎng)度為L(zhǎng),平板之間的間隙為h,平板流體流出端的壓力P根據(jù)流體力學(xué)平行平板間隙內(nèi)的黏性流體流動(dòng)理論從式(2)可以看出,流量Q與間隙h的三次方成正比;因此,可以用一開(kāi)度可調(diào)的節(jié)流閥模擬靜壓軸承的液阻,且開(kāi)度變化規(guī)律與軸承間隙h的三次方成正比。2.3靜壓軸承系統(tǒng)的模擬模型根據(jù)新型設(shè)計(jì)方案和原理,靜壓軸承備用泵在線切換系統(tǒng)(其中一端)在AMESim軟件中的仿真模型如圖4所示3模擬分析3.1使備用泵拼接工作泵假設(shè)工作泵的流量逐漸下降20%,當(dāng)檢測(cè)到的流量信號(hào)達(dá)到最低設(shè)定值后,依次啟動(dòng)備用泵、電磁溢流閥和插裝閥等元件,使備用泵接替工作泵工作。將此種新型含有蓄能器的切換方案和無(wú)蓄能器且油泵電動(dòng)機(jī)直接帶載啟動(dòng)的方案進(jìn)行對(duì)比,主軸承油膜厚度的波動(dòng)如圖5所示,可見(jiàn)含有蓄能器的切換方案在切換過(guò)程中油膜厚度波動(dòng)非常小,因蓄能器的作用并未造成兩泵共同供油時(shí)的流量沖擊,磨機(jī)主軸承的浮起量平穩(wěn)回到正常值,確保了磨機(jī)大小齒輪傳動(dòng)間隙的穩(wěn)定及連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2備用泵出口壓力波動(dòng)沖擊在切換過(guò)程中,有無(wú)蓄能器兩種方案中的靜壓軸承油腔壓力沖擊如圖6所示,備用泵出口的壓力波動(dòng)沖擊如圖7所示,可見(jiàn)有蓄能器的切換方案使靜壓軸承的油腔壓力和備用泵出口壓力沖擊大大降低,未出現(xiàn)瞬時(shí)壓力沖擊,軸承的承載能力穩(wěn)定,液壓泵啟動(dòng)壓力沖擊小,過(guò)渡平穩(wěn)。4液壓系統(tǒng)仿真模型的建立及仿真驗(yàn)證(1)設(shè)計(jì)了一種新型的磨機(jī)靜壓軸承液壓站備用泵在線切換系統(tǒng)。(2)基于AMESim軟件建立了磨機(jī)靜壓軸承的模型和液壓系統(tǒng)的仿真模型,通過(guò)仿真分析可知,新型的備用泵在線切換系統(tǒng)可使切換平穩(wěn)過(guò)渡,靜壓軸承油膜厚度波動(dòng)和系統(tǒng)的壓力沖擊大大降低,能夠滿足實(shí)