液压比例技术在圆筒剥皮机上的应用

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 14:58:46点击率：

        1　前言
    液压比例技术以其高效率，低价位已广泛应用于各个领域。但在木材加工机械上，尤其是在圆筒剥皮机上的应用，在我国尚属首例。在广西亚行贷款的贺县造纸厂备料车间的剥皮机上成功地应用了液压比例技术，取得了较理想的效果。本文以该技术的应用实例，简要说明其原理，调试中出现的故障，处理方法，运行中注意事项等，为推广应用提供参考。
    2　圆筒剥皮机的工艺要求
    2.1　圆筒剥皮机的工作原理
    圆筒剥皮机的工作原理如图1所示。图中1为圆筒，2为原木，3为支承及传动装置。当传动装置驱动圆筒旋转时，筒中的原木也随着圆筒转动。当原木被提升到一定的高度后，从某一位置跌落下来时，原木上的树皮受到冲击载荷、挤压力和剪切力的作用。当这些力的联合作用强度超过树皮与木质部的结合强度时，树皮就被剥离。

图1　圆筒剥皮机工作原理图

    2.2　圆筒剥皮机的工况及要求
    1）转速可调
    根据上述圆筒剥皮机的工作原理可分析得出，圆筒剥皮机的生产能力与筒体转速成正比，在一定范围内提高转速，能使生产能力提高。但由于原木材质不同，对不同要求的产量转速会不同，因此要求筒体转速能进行无级调节。
    2）转速低
    通过对圆筒剥皮机内原木的运动分析，圆筒剥皮机筒体转速提高到一定值时，筒内原木将随着筒体一起旋转而不下落，原木的树皮就不能被剥离，因此筒体的转速是受限制的，这个转速为极限转速。它与筒体的半径成反比。由于通常筒体直径较大（本例直径为4.5 m），因此转速较低（本例为0～6 r/min），因而液压马达的转速就较低。
    3）转矩大
    根据剥皮机的驱动转矩计算公式得知，驱动转矩与筒体直径的2.5次方及长度成正比（本例筒体为4.5×27 m),还与筒内原木重量,填满系数等有关,根据计算其作用在马达轴上的驱动转矩很大(本例马达驱动转矩达为16.5 kN^.m)。
    4）起动转矩大
    由于剥皮机圆筒及筒内原木的惯性，使得剥皮机刚起动时的驱动转矩比其正常运转时的转矩大；而当剥皮机正常运转后，剥皮机圆筒及筒内原木的惯性转矩又起到有益于圆筒转动的作用，因而剥皮机正常运转的实际转矩远小于起动转矩。
    3　液压系统的工作原理
    3.1　液压系统的组成
    液压系统原理图如图2所示，该系统为泵控马达系统。

1.电控比例变量泵　2.油箱　3.溢流阀　4.单向阀
5.液压马达　6.过滤器　7.电机　8.供油泵
图2　液压系统原理图

    此外还有单独的一套过滤冷却系统（图中未表示）。
    3.2　液压系统的工作原理
    该系统的主系统变量泵1控制2台定量马达，由马达带动一级链传动，带动胶轮转动，再带动圆筒转动。
    系统流量由电控比例变量泵来调节。压力由溢流阀调节。由于系统流量大，所有元件均采用锥阀形式。
    剥皮机圆筒的转速通过电控比例变量泵来调节：调节输入比例变量泵的电流，便可调节进入定量马达的流量，从而改变马达的转速，实现剥皮机圆筒的转速可调特性。
    3.3　电控比例变量泵的调节原理
    本系统的关键元件是电控比例变量泵，其控制原理示意图见图3。其控制原理如下。

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1.斜轴式轴向柱塞泵　2.变量机构　3.电液比例控制阀
图3　电控比例变量泵控制原理图

    这种电控比例变量泵是利用电-机械转换器来操纵变量泵的变量机构，利用电信号来实现泵的变量功能。当输入电信号时，电信号经处理放大后向电液比例控制阀的电磁铁输入直流电流，电磁铁产生与输入电流成一定比例的电磁力，作用在阀3的阀芯上，改变阀口的开口度，从而改变进入变量机构活塞的无杆腔或如图示位置，使变量机构2的活塞杆左右移动，从而改变斜轴泵的倾角，使其排量发生变化。因此变量泵的排量能连续按比例地随输入信号的大小而改变。
    3.4　液压系统的特点
    1）该系统压力高、流量大、转矩大、功率大（几百kW），因此所选用的马达是大扭矩低速度的定量马达，泵则是高压大排量变量泵。
    2）系统工作原理简单，元件少，便于控制和维修。
    3）系统采用容积调速方法，有效地降低了系统的能耗。
    4）系统控制简单易行，只要手动改变电流信号值，便能迅速改变剥皮机圆筒的转速。
    4　液压系统调试中出现的故障及处理方法
    由于本液压系统功率大、流量大、压力高且剥皮机内原木运动及惯性力变化较复杂，因而在调试中需要结合工况进行调节，否则剥皮机圆筒就不能正常运转。其液压系统在调试中出现的主要故障如下：
    l）空负载运行时，曾出现过剥皮机圆筒停停转转，不能正常运转。这是由于变量泵的变量机构采取内控形式，剥皮机在起动时需要较大转矩，系统压力升高，高于比例阀所需的控制油压，比例阀起作用，变量机构倾角摆到电控信号所需的角度，流量达到所需值，圆筒按预定值转动。但圆筒转动后，由于惯性转矩作用又是空负载，转动转矩不大，液压系统压力下降，低于比例阀所需的控制油压，比例阀不起作用，变量机构倾角返回零位，由于变量泵零位摆角时流量小，流量跟不上，圆筒停止转动，而后，泵不断供油，待压力升高到控制油压力值，比例阀起作用，变量机构倾角摆到电控信号所需的角度，流量压力达到所需值，圆筒按设定转速转动。如此反复循环，使剥皮机圆筒不能正常运转。解决的方法是调节变量泵的初始摆角，使之摆到一定值；或在选变量泵时注明初始摆角流量为大；或试车时加些负载，均可避免出现此现象。
    2）系统运行中曾出现过电机不能起动，经检查是变量泵前过滤器堵塞，变量泵供油压力降低，保护起作用，电机不能起动。这种情况的出现是由于该泵压力高、排量大、价格昂贵且为比例泵，过滤要求较高，而使用现场条件恶劣，为保证比例泵能长期正常运行，在泵供油口装有过滤器，而该泵又要求一定供油压力，故装有供油压力保护，该措施是必要的，以后的运行也证明了这点。解决的方法是更换滤芯。
    3）系统运行初期多次出现变量泵前过滤器堵塞事故，据了解在安装调试时，液压油未能进行严格的污染控制，经检查其液压油只达到NAS-12级。为此只有常换滤芯，系统再进行单独过滤，方可使系统长期正常运行。故此类比例系统要注意污染控制。
    4）系统运行中曾出现过比例泵调节不灵，经检查发现是比例阀电线接口接触不好引起，也曾经发生过人为摘下比例阀的电插头，使系统不能工作。解决的方法是在电插头上装安全罩。
    5　运行中注意事项
    1）系统运行前注意检查油箱液位及比例变量泵的比例阀前的过滤指示针处于绿区。
    2）起动后注意检查泵前过滤器指示灯是否是绿灯。泵前供油电接点压力表是否正常，压力值按泵供油压力调定。一切正常后，方可正常运行。
    3）运行中要定期检查联轴器的固定螺钉是否拧紧，以免因固定螺钉松开，联轴器飞出，造成事故（因该联轴器传递的功率大，转速高，非普通液压系统的联轴器可比）。
    4）系统运行中注意检查比例放大板的电压，使之保证在要求的波动范围内。
    6　结束语
    轮胎式剥皮机的液压系统经过几年运行，使用效果比较好，维修量小，调速简单容易。但由于液压比例容积调速系统与电气及油液的清洁度有密切关系，因此要保证系统的长期正常运行，一方面要有经过培训的维护人员进行维护，另一方面还要根据系统的实际情况，制定一套严格的管理制度。

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