某型液壓缸張緊裝置的蓄能器組件設(shè)計(jì)研究

朱育林ZHU Yu-lin；王偉WANG Wei

（空軍第一航空學(xué)院，信陽(yáng) 464000）

（The First Aeronautical Institute of the Air Force，Xinyang 464000，China）

0 引言

張緊裝置是皮帶機(jī)不可缺少的重要組成部分，對(duì)皮帶機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。而液壓缸張緊裝置是張緊裝置中最常用的形式，將其分為動(dòng)力組件、油箱組件、油路板組件、蓄能器組件及液壓缸組件等主要部件，為此本文對(duì)蓄能器組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，為液壓缸張緊裝置的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 蓄能器基本概念和作用

蓄能器是液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中的一種能量?jī)?chǔ)蓄裝置。它在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能或位能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)需要的時(shí)，又將壓縮能或位能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜?lái)，重新補(bǔ)供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)瞬間壓力增大時(shí)，它可以吸收這部分的能量。保證整個(gè)系統(tǒng)壓力正常。蓄能器的種類(lèi)主要分為：彈簧式和充氣式。蓄能器的功能主要分為存儲(chǔ)能量、吸收液壓沖擊、消除脈動(dòng)和回收能量四種。

蓄能器組件的作用是在液壓泵卸載（通過(guò)溢流閥實(shí)現(xiàn)）或停轉(zhuǎn)（通過(guò)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)）條件下，向以液壓鎖（雙液控單向閥）鎖緊的張緊液壓缸供應(yīng)液壓能，以保證它對(duì)皮帶（通過(guò)滑輪組件、鎖緊的張緊絞車(chē)和活動(dòng)小車(chē)）的拉（張）緊力，從而保證皮帶機(jī)的正常運(yùn)行。如前所述，當(dāng)絞車(chē)—液壓缸張緊裝置使皮帶機(jī)達(dá)到靜啟動(dòng)張力時(shí)，液壓系統(tǒng)卸載或停轉(zhuǎn)，液壓鎖將張緊液壓缸鎖緊。皮帶機(jī)正常運(yùn)行后，由于動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力，所需張力變小，張緊液壓缸活塞桿上負(fù)載力變小，活塞桿腔內(nèi)液壓力大于皮帶的動(dòng)態(tài)張緊力，活塞桿向內(nèi)退回，這時(shí)，蓄能器向張緊液壓缸供液，以保證所需的張緊力，在動(dòng)態(tài)張緊過(guò)程中，由于各種因素，使張緊液壓缸內(nèi)的液壓力變小，當(dāng)達(dá)到皮帶臨界打滑壓力時(shí)，液壓系統(tǒng)向蓄能器和液壓缸再次供液，達(dá)到動(dòng)張力上限，液壓系統(tǒng)再次卸載和停轉(zhuǎn)，液壓鎖將張緊液壓缸鎖緊，蓄能器保持張緊壓力。如此循環(huán)不止。

蓄能器組件如圖1 所示。其中單向節(jié)流閥2 的作用是防止皮帶機(jī)由張緊到突然松弛引起的沖擊。蓄能器組件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是蓄能器容量的選擇。

圖1 蓄能器組件結(jié)構(gòu)圖

2 蓄能器組件設(shè)計(jì)原則及選擇

蓄能器的作用是在液壓泵卸載或停轉(zhuǎn)條件下向液壓缸供液，以保證皮帶機(jī)正常運(yùn)行的張力。如果選擇大容器蓄能器，系統(tǒng)工作可靠，但成本高，尤其對(duì)生產(chǎn)廠家銷(xiāo)售不利。由于蓄能器容量較大，液壓泵非工作周期較長(zhǎng)，采用電動(dòng)機(jī)停卸載是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

另一方案是選擇小容量蓄能器。工作的可靠性也是沒(méi)有疑問(wèn)的。由于蓄能器容量較小時(shí)保壓時(shí)較短，采用電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)卸載，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，不如使液壓泵卸載方便。采用液壓泵卸載時(shí)的功率消耗為：

式中：p5——閥卸載壓力，通常為p5=0.5Mpa；

QB——液壓泵輸出流量，按前選擇的液壓泵，QBmax=Qt=18L/min。

由于電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)使控制電路稍復(fù)雜。廠家可根據(jù)蓄能器容量大小及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)原則卸載方式。

一旦選擇出蓄能器，便可進(jìn)行結(jié)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)，如圖1 所示。

3 設(shè)計(jì)建議

如前述，選用兩臺(tái)40L 的蓄能器是基于設(shè)計(jì)無(wú)過(guò)錯(cuò)的保險(xiǎn)考慮：既然他人已經(jīng)生產(chǎn)并使用證明是可行的，故照搬別人的設(shè)計(jì)是最保險(xiǎn)的，尤其是在不知其鎖然的情況下，不失為一種可行的選擇。至于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)選擇兩臺(tái)40L 容量的蓄能器的根據(jù)所在，沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，也無(wú)從查起。從燕山大學(xué)的研究論文中，得出40L 容量的計(jì)算依據(jù)為：蓄能器的排液體積等于活塞桿完全退回時(shí)的液壓缸容積變化量。問(wèn)題在于，在整個(gè)過(guò)程中，完全使用蓄能器供液，而液壓泵處于卸載或停車(chē)狀態(tài)，這是相當(dāng)不合理的，與蓄能器作應(yīng)急或輔助液壓源或保壓作用不相符。作為應(yīng)急或輔助液壓源，供液是短暫的，作為保壓，供液體積是很小的，僅僅補(bǔ)充系統(tǒng)的泄漏。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的液壓張緊裝置所需的液壓泵電機(jī)為35KW，再使用兩臺(tái)40L 的蓄能器，保壓時(shí)間長(zhǎng)，故采用電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)卸載，實(shí)際上是不必要的，但由于具體計(jì)算的困難，有如下建議：①在液壓泵停轉(zhuǎn)條件下，實(shí)驗(yàn)確定蓄能器的所需的容量。如果可以節(jié)省一臺(tái)40L、壓力為32MPa 的蓄能器，可節(jié)省成本近萬(wàn)元。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，實(shí)驗(yàn)是必要的。②實(shí)驗(yàn)方案是，在兩臺(tái)40L 蓄能器和額定張力條件下，實(shí)測(cè)周期時(shí)間T1，在一臺(tái)40L 蓄能器和額定張力條件下，實(shí)測(cè)周期時(shí)間是T2。如果T1過(guò)大或T1與T2相差不大，則可省去一臺(tái)40L 蓄能器。③如果可省去一臺(tái)，則進(jìn)一步用兩臺(tái)15L 或兩臺(tái)10L 或一臺(tái)15L 和一臺(tái)10L 的蓄能器再次實(shí)驗(yàn)。如果時(shí)間較短，則改用在原泵卸載而非停轉(zhuǎn)條件下實(shí)驗(yàn)，可否滿足張緊要求。估計(jì)兩臺(tái)10L 的蓄能器在理論是可行的。④最省事的方法，將兩臺(tái)40L 的蓄能器的額定壓力選為20MPa。在以后的計(jì)算中可知，在各種最大負(fù)載條件下，系統(tǒng)最高工作壓力Pmax≤16MPa。壓力級(jí)別降低一個(gè)等級(jí)，節(jié)約不少成本（估計(jì)約為1/3）。

[1]李元元.皮帶機(jī)液壓絞車(chē)自動(dòng)張緊系統(tǒng)的研究[D].太原：太原理工大學(xué)出版社，2005.

[2]徐偉，寇子明，李元元.煤礦機(jī)電[M].上海：煤礦機(jī)電出版社，2005.

[3]于學(xué)謙，方佳雨.礦山運(yùn)輸機(jī)械[M].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1989.