吳海丹，姚薇，辛楊桂，成國真

(廣州寶力特液壓密封有限公司，廣東廣州 510700)

隨著全社會對環(huán)保的日益重視以及地球上有限資源的慢慢消耗殆盡，人們開始對廢棄資源的重復利用進行了廣泛的研究，研制出了各種各樣的處理廢舊物品的設備?；剞D(zhuǎn)式剪切破碎機適于破碎廢舊輪胎、車胎、各類橡膠制品、塑料管材、橡膠管材、生活垃圾、工業(yè)垃圾等各種廢棄物，在國內(nèi)的生活垃圾焚燒發(fā)電廠、危險廢物處理廠及環(huán)保廢物利用等企業(yè)應用廣泛［1－3］。

在眾多的破碎機械特別是進口設備中，采用液壓傳動和全液壓驅(qū)動十分普遍，如破碎廢舊輪胎、車胎、各類橡膠制品破碎機等。與機械傳動、電氣傳動相比，液壓傳動具有以下優(yōu)點:質(zhì)量輕、體積小、運動慣性小、反應速度快，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，可自動實現(xiàn)過載保護和容易實現(xiàn)自動控制。其中液壓閉式系統(tǒng)能耗低、結構緊湊并容易實現(xiàn)無級變速，在破碎機系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。文中通過分析回轉(zhuǎn)式剪切破碎機機制和特點，運用電液伺服比例調(diào)速技術和液壓節(jié)能技術，研制應用于回轉(zhuǎn)式剪切破碎機的液壓驅(qū)動系統(tǒng)。

1 回轉(zhuǎn)式剪切破碎機簡介

回轉(zhuǎn)式剪切破碎機的工作原理如圖1所示，帶有齒面的雙軸 (刀軸)轉(zhuǎn)動時，由于物料與軸輥之間的擠壓和劈裂作用，物料被軸輥帶到相對旋轉(zhuǎn)的圓柱形輥筒之間的縫隙中而被破碎，破碎后的物料在重力和轉(zhuǎn)輥的作用下被排出。這種結構的破碎機，適用于破碎大件的廢棄物。破碎過程是連續(xù)的，有強制排料的作用，所以不易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。

圖1 破碎工作原理示意圖

文中要配套的破碎機，為了提高傳動效率取消齒輪變速箱，采用液壓馬達與刀軸直連。要求根據(jù)物料特性可自動調(diào)整輸出力矩與轉(zhuǎn)速，保證連續(xù)破碎量并避免電機過載燒毀。

破碎機液壓驅(qū)動要求:(1)應用液壓馬達驅(qū)動雙軸破碎機;(2)正常工作時，輸出轉(zhuǎn)速40 r/min，輸出扭矩10 000 N·m;(3)當負載增大輸出扭矩達到20 000 N·m時，系統(tǒng)自動反轉(zhuǎn)后再正轉(zhuǎn);(4)恒功率控制，可自動降低轉(zhuǎn)速提高扭矩;(5)安全可靠、低噪聲。

2 破碎機液壓驅(qū)動系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)分為開式液壓系統(tǒng)和閉式液壓系統(tǒng)，開式系統(tǒng)中馬達或油缸的油回到油箱，泵從油箱直接吸油;閉式系統(tǒng)中馬達或油缸的油不回油箱而直接去泵的進油口。

開式液壓系統(tǒng)結構簡單，散熱良好，油液能在油箱內(nèi)澄清，因而應用較普遍，開式液壓系統(tǒng)一般為閥控缸系統(tǒng)，形成節(jié)流調(diào)速回路。閉式液壓系統(tǒng)為了補償系統(tǒng)的泄漏損失，常需附設一只小型輔助補償液壓泵和油箱。油箱體積很小，結構緊湊;空氣進入油液的機會少，工作較平穩(wěn);但結構復雜，散熱條件較差，要求有較高的過濾精度。閉式系統(tǒng)一般為泵控馬達調(diào)速系統(tǒng)，通過改變回路中變量泵和變量馬達的排量等方式調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速度。在實際應用中，根據(jù)工藝要求選擇調(diào)速回路，開式系統(tǒng)成本低，閉式回路節(jié)能，但是成本高［4－5］。

就破碎機液壓驅(qū)動系統(tǒng)而言，屬于重載低速大功率系統(tǒng)，應選用閉式直驅(qū)液壓系統(tǒng)。文中設計的破碎機驅(qū)動系統(tǒng)采用閉式液壓系統(tǒng)，由液壓泵、液壓馬達、冷卻過濾、泵正反向控制、系統(tǒng)補油清洗等部分組成，如圖2所示。電動機驅(qū)動比例變量泵輸出高壓油直接推動液壓執(zhí)行元件 (液壓馬達)進行工作，即泵控液壓閉式系統(tǒng)。由比例變量泵本身的變速、變向、變轉(zhuǎn)矩的功能取代流量控制閥、方向控制閥和壓力控制閥的功能，消除了液壓回路中的節(jié)流損失，系統(tǒng)節(jié)能并大大簡化了液壓回路的結構。

圖2 破碎液壓閉式系統(tǒng)

根據(jù)破碎機的工作要求，系統(tǒng)流量由比例泵調(diào)節(jié)，系統(tǒng)壓力由比例壓力閥10自動調(diào)整。下面分別介紹各回路的作用及工作原理。

(1)補油回路。因主工作回路是閉式回路，加之系統(tǒng)功率大，需要進行補油和散熱，所以設置了一套補油回路對其進行補油和散熱。為增大散熱效率，補油回路采用了低壓定量泵來帶走閉式回路中的大量熱量，同時也對其進行了補油。補油泵為主泵的內(nèi)置泵，通過兩個單向閥分別對閉式回路的低壓端進行補油，然后經(jīng)主泵的高壓端為液壓馬達提供動力油。從馬達返回的攜帶熱量的低壓油又回到主泵，一部分進入主泵的高壓端，一部分經(jīng)排放閥從主泵的T1口流出，回油箱進行冷卻。

(2)主工作回路。由主泵和液壓馬達組成，主泵為雙向比例變量柱塞泵，在主泵的主回路中有補油單向閥、載荷溢流閥及低壓排放閥。

(3)主泵的控制回路。有主泵斜盤伺服油缸及雙向比例伺服控制閥，伺服閥由泵內(nèi)部控制回路調(diào)壓控制，以便實現(xiàn)換向和無級調(diào)速。主泵控制回路用于控制其斜盤的正負角度，以實現(xiàn)滾筒的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的無級調(diào)整。內(nèi)部控制油經(jīng)泵內(nèi)的通道到達比例伺服閥的左右端，使伺服油缸的左右腔進油和排油來實現(xiàn)活塞桿的左右移動，從而完成斜盤角度的控制。

(4)馬達回路。液壓馬達為定量馬達，配置有編碼器，檢測馬達的轉(zhuǎn)速。

(5)輔助回路。為了確保系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)配置了濾油器、冷卻器、蓄能器等，蓄能器的作用是防止系統(tǒng)吸空和穩(wěn)壓。

(6)檢測回路。系統(tǒng)安裝有壓力、轉(zhuǎn)速、溫度等傳感器，方便對破碎機進行自動控制。

3 破碎機液壓系統(tǒng)選型及計算

(1)液壓馬達的選型及計算

液壓馬達是液壓系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件，它將液壓泵提供的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭敵鲚S的機械能 (轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速)。此項目的液壓馬達直接驅(qū)動破碎機的刀軸，故液壓馬達對破碎機的平穩(wěn)工作起關鍵作用。

液壓系統(tǒng)工作壓力p設定為20 MPa。而輸出扭矩T需要10 000 N·m以上，故需選用低速大扭矩液壓馬達。扭矩和壓力之比為［4－5］:

選用意大利進口雙速液壓馬達，型號為MS50 A A11 R83 3A50 Q。技術參數(shù)見表1。

表1 馬達參數(shù)

按表1中參數(shù)可計算出:輸出扭矩10 000 N·m時，壓力為18 MPa;輸出扭矩20 000 N·m時，壓力為36 MPa。

系統(tǒng)要求最高速n為40 r/min，而馬達排量q為5 504 cm3/r，故系統(tǒng)需要的流量Q:

(2)液壓泵的選型及計算

液壓泵是為液壓傳動提供加壓液體的一種液壓元件，是液壓系統(tǒng)的動力元件。液壓泵由電動機驅(qū)動，從液壓油箱中吸入油液，形成壓力油排出驅(qū)動液壓馬達。此項目中液壓系統(tǒng)工作壓力p設定為20 MPa，流量Q＞220 L/min。故選用排量為180 cm3/r的德國進口比例變量柱塞泵，型號為:A4VG180EP2DM2/32R-NSD10F001S，該泵的補油泵流量為58 L/min。泵最高壓力為45 MPa，選用4極電機，理論上泵最大輸出流量為180×1.45=261 L/min，可滿足要求。

(3)電動機的選型

系統(tǒng)壓力為20 MPa，最大流量為220 L/min，可計算出電機功率75 kW。考慮到效率，宜選用4極90 kW電機，型號為Y2-280M-4-B35。當輸出扭矩為20 000 N·m，輸出轉(zhuǎn)速自動降到20 r/min，即恒功率控制，故所選電機可滿足系統(tǒng)要求。

(4)液壓控制閥的選型計算

根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，按產(chǎn)品樣本或手冊選取標準元件。所選元件的額定壓力和流量盡可能與其計算所需值相近，必要時，通過元件的最大流量可大于它的額定流量，但一般不超過20%，以免壓力損失過大，引起油液發(fā)熱、噪聲和其他性能的惡化。溢流閥按液壓泵的最大流量選取，壓力一般比回路壓力大20%左右;此系統(tǒng)選用DN20的壓力閥和DN30的單向閥。

(5)冷卻器的選型計算

此系統(tǒng)為閉式泵控直驅(qū)液壓系統(tǒng)，流量和功率可根據(jù)工作狀況控制，故發(fā)熱較少。經(jīng)計算并查閱相關手冊后，選擇水冷卻器型號為SL-418。也可根據(jù)工作環(huán)境選用風冷卻器，如AH1470T-CA。

4 結束語

通過分析液壓破碎機的機制，將電液比例控制技術和液壓節(jié)能技術應用到液壓破碎機上，達到節(jié)能環(huán)保的目的。該液壓破碎機采用液壓馬達直驅(qū)刀軸，無齒輪變速箱，相對于其他同等功率下的驅(qū)動方案，傳動效率高、體積小。電液比例變量液壓閉式系統(tǒng)可根據(jù)物料特性自動調(diào)整輸出力矩與轉(zhuǎn)速，方便地實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍大，且可在系統(tǒng)運行過程中自動調(diào)速，大大簡化了液壓回路結構。故采用此方案的液壓破碎機將在大型破碎機 (如廢舊輪胎、車胎、各類橡膠制品、工業(yè)垃圾破碎機)得到廣泛應用。

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