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HR系列离心机推料液压系统稳定性和可靠性分析
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摘要：介绍了HR系列卧式活塞推料离心机推料液压系统的组成和工作原理，针对其运行中存在的推料杆颤抖、停滞等质量问题，从理论上分析了原因，提出了改进措施和建议。实践证明，改进后的液压系统稳定性、可靠性得到提高和完善。
卧式活塞推料离心机是连续运转、自动操作、液压脉动推料的过滤式离心机，可以在全速下完成进料、分离、滤饼洗涤、甩干和卸料，具有效率高、产量高、操作稳定可靠等优点，目前在国内外已广泛应用于化工、轻工、制药、食品等工业部门。传统卧式活塞推料离心机的推料机构液压系统(即复合油缸部分)中，活塞的往复运动是通过径向换向阀杆移动来控制的，在高速回转时会出现不平衡力矩，从而产生换向不灵活、活塞运动不正常等现象。近年来HR系列卧式活塞推料离心机采用轴向换向滑阀，避免了不平衡力矩的产生，在原理上保证了推料机构运转的平稳可靠。然而，在实际使用中，经常出现推料活塞工作不正常现象，严重影响运行效率，其液压控制系统的稳定性与可靠性有待进一步完善与提高。
1.液压系统的原理与组成
卧式离心机推料盘位于其分离转鼓内，连接推料盘的推料活塞借助于液压系统控制作往复运动，转鼓壁上的滤饼层被推料盘不断地沿转鼓轴向前推移，被推出转鼓。
卧式活塞推料离心机推料液压系统由油箱、滤油器、安全阀、节流阀、复合油缸、油压表、油温表和必要的管路、管接头等组成。其中节流阀、复合油缸是液压系统重要的结构部件。节流阀是用来调节离心机的推料次数和稳定液压系统的压力，复合油缸是油缸、换向阀和分配阀的组合体，用来实现推料盘的往复运动。其结构如图1所示。A腔为高压油人口，油压一般小于或等于4.OMPa,B,C腔通过油路与A腔常通，传力板4将主活塞7与推料杆9连为一体，通过推料杆内中心孔回油。
如图1所示位置，主活塞7左端油路通过D,E,M与回油路沟通，处于卸荷状态，A腔中的高压油通过主活塞7左端的缺口进人主滑阀3左端，在油压作用下，主滑阀右移，当滑移到B腔与D沟通时，压力油进人主活塞7左端，推动主活塞带动推料杆9右移;而此时主滑阀3右端进油道被导向活塞6右端台阶封闭、切断，其右端与回油路沟通;当主活塞7继续右移至导向活塞6右端碰上油缸8时，导向活塞6开始相对于主活塞7左移(实际上导向活塞6不动，而主活塞7继续右移)，当导向活塞6之左端台阶将活塞盘5中的油孔封闭时，右端的台阶从孔中退出，A腔中的压力油进人主滑阀3右端，而左端卸荷，主滑阀3开始换向，此时主活塞7继续在压力油作用下右移;当主滑阀3中间台阶将活塞左端进油口刀关闭后，主活塞7左端卸荷，右端进油，开始制动，然后换向。
2推料液压系统存在的问题及原因
2.1活塞推料液压系统存在的问题
卧式活塞推料离心机液压系统存在的主要问题是液压控制系统的稳定性和可靠性不高，当遇到转鼓中布料不匀或物料发生变化而引起推料力变化时，离心机推料系统就出现颤抖、瞬间停滞甚至停止推料等现象，严重影响机器的运行效率。
2.2问题产生的原因分析
从问题的现象分析，主要是推料系统的推料力不够，当推料阻力增加时，活塞推力小于推料阻力，从而导致活塞停滞及停止。根据液压流体力学，活塞推料力F为：
F=△P·S(1)
式中△P-------推料活塞右、左两端压力差
S------推料活塞面积
面积S是不变的，因此△P决定了推力F的大小。影响△P的因素如下。
1)液压系统工作压力P。根据国内外同类机型分析，推料液压控制系统的工作压力一般控制在4.5MPa左右。
2)系统内部泄漏量Q1与系统背压。当系统工作压力确定后，影响主活塞压力油端与卸荷油端压力差的主要因素是系统内部泄漏量与系统背压。主活塞与主油缸之间间隙内的泄漏量Q1为：
式中h-----环形间隙值，mm
L-----间隙密封长度，mm
d-----主活塞直径(活塞盘5),mm
μ----液压油的动力粘度，Pa·S
从式(2)可知，影响Q1的主要因素是间隙值h，其次是密封长度L;间隙越大，则内部泄漏量越大，压力损失越大。液压系统回油是通过卸荷孔E和推料杆中心孔回油箱的，而中心孔直径较大，对系统背压影响较小，可不予考虑。
3)导向活塞泄漏量Q2。如图1所示，当主活塞7右移，导向活塞6右端碰上油缸8的内壁后，相对主活塞左移，当导向活塞上的G面退至F面时，I面应已到达H面，使压力油与回油路不沟通，但由于活塞盘5中的两个内孔槽在加工过程中不易测量，若不采用数控机床加工，经常会出现导向活塞G面已退过F面，而I面还未进入H面孔内的情况，使进、回油路直接沟通，产生泄漏量Q2，导致泄漏量增加。
4)主滑阀泄漏量Q3。主滑阀产生的泄漏除了密封间隙间的泄漏外，还由于主滑阀上的小孔K在主滑阀运动过程中与回油孔M对合时导致进、回油路直接沟通而产生的泄漏Q3。
3.改进措施
从以上分析可知，内部泄漏点主要有3个，有时这些泄漏还会产生叠加，同时由于系统中零部件受加工精度和形位公差的影响，其泄漏量比理论计算值要高，因此必须对推料液压系统进行改进。
3.1适当减小密封面间的配合间隙值
现有液压系统零部件间隙配合表面设计精度为7级，配合间隙值也较大，应将零部件主要配合表面的加工精度从7级提高到6级，将间隙配合面的间隙值尽可能减小，而其它表面加工精度不变，这样既可兼顾零部件加工的经济性，又可大大减小内部泄漏量。
3.2密封组件的动静环在结构材质上应进一步完善
合油缸内的输油密封组件的动静环在结构材质上应进一步完善，使其使用寿命延长，因它是非常重要的部件，一旦出毛病，将影响离心机的正常工作。
3.3适当修改导向活塞结构尺寸
导向活塞与主活塞小孔相配合，因小孔内沟槽位置尺寸精度控制较难，因此可适当修改容易加工的导向活塞的结构尺寸以保证进、回油路不会直接沟通。建议将导向活塞密封导向台阶长度在左右各增加2mm。
3.4修改主滑阀结构
主滑阀上的4个K小孔设计意图是为滑阀与推料杆间引人润滑油，以减小摩擦，但它导致了瞬间的进、回油路沟通，可以采用在小孔K位置加工几条螺旋曲槽储油来改善润滑条件，而取消小孔K。此外，主滑阀两端无制动油垫，两端面直接与活塞盘碰撞，容易产生磨损与堆积，严重影响使用寿命，应在结构和材质上加以改进。
3.5减小进、回油阻力
推料液压系统进、回油道均有很多节流小孔，孔径较小，阻力较大，为减小阻力应将孔径尽量增大，同时在进油孔道中设置调节螺钉，通过改变调节螺钉位置或更换不同通径的螺钉来调节供油量，从而调节推料杆的工作频率，以适应分离不同物料的需要。
3.6适当提高系统工作压力
系统工作压力对推料力影响很大，可适当提高系统工作压力，减少系统损失，增加了活塞的推料力和推料次数，使整机性能提高，运转平稳。但工作压力也不能太大，否则将增加系统压力等级，提高系统成本。根据分离物料的不同特性，建议在原有基础上将系统工作压力提高1.0一1.5MPao
3.7进一步改善压力油的质量
为了保证液压系统正常工作，应在多处设油过滤器，以保证进人液压系统的油质。
4建议
由于中部进油、尾部出油的结构，油在进人活塞之前已有一部分润滑前后轴套、前后轴承。因此油路上的前后轴承、前后轴套、衬套等处配合间隙必须达到要求，才能保证液压油有充足的压力和流量进入活塞，而且随着时间的增长，衬套特别容易磨损并出现故障。这些结构上的原因同样会使推料力不足，推料杆出现颤抖、停滞等质量问题。因此建议将原结构改为尾部进出油结构，使活塞油缸等部件变得更加紧凑。如果在进出油结构上得到改变，其液压油的流向基本上是先到活塞再去润滑前后轴套、前后轴承，经过冷却器回到油池，这样使推料力不足、推料杆出现颤抖、停滞等质量问题必将得到很大改善。
5结束语
采用上述措施对正在南宁某厂运转的4台卧式活塞推料离心机液压系统进行全面改进后，系统运行正常，有效地解决了推料系统因进料问题而出现停机、颤抖等现象，整机性能进一步提高，结构更趋于合理，效果令人满意。这对于有同样质量问题的国产离心机的改进与完善具有一定的参考价值。
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