孫 源

（棗莊科技職業(yè)學(xué)院，山東 棗莊277500）

1 電力液壓推動(dòng)器簡(jiǎn)介

電力液壓推動(dòng)器作為塊式、盤(pán)式制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置，廣泛地應(yīng)用于起重機(jī)、帶式輸送機(jī)等各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)的機(jī)械制動(dòng)。如圖1所示，電力液壓推動(dòng)器依靠電能為能源，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，將機(jī)械能以推力形式對(duì)轉(zhuǎn)化為對(duì)負(fù)載做的功。電力液壓推動(dòng)器主要分為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和離心泵兩部分，離心泵分為蓋、缸、活塞、葉輪等幾個(gè)部分。通電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸上的葉輪持續(xù)旋轉(zhuǎn)，在活塞內(nèi)產(chǎn)生壓力，在此壓力影響下，液壓油由活塞上部被吸到活塞下部，迫使活塞和其上的推桿和橫梁迅速抬升。當(dāng)斷電時(shí)，葉輪停止旋轉(zhuǎn)，活塞在彈簧力及本身重力作用下，迅速下降，使液壓油流入活塞上部，推桿通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)恢復(fù)原位[1]。

圖1 Ed型電力液壓推動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

2 電力液壓推動(dòng)器使用現(xiàn)狀及問(wèn)題

由于我國(guó)對(duì)電力液壓推動(dòng)器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定起步較晚，電力液壓推動(dòng)器的生產(chǎn)情況較復(fù)雜，因此電力液壓推動(dòng)器在生產(chǎn)使用中存在著諸多質(zhì)量問(wèn)題，比如油壓不足，電子閥門(mén)故障等問(wèn)題，在用于常閉式制動(dòng)器中，易造成制動(dòng)設(shè)備誤判。此外，在通電時(shí)，電力液壓推動(dòng)器動(dòng)作，推桿迅速抬升，并通過(guò)杠桿作用制動(dòng)盤(pán)或制動(dòng)瓦打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)松閘，而松閘狀態(tài)是由電機(jī)運(yùn)行為推動(dòng)器內(nèi)部供油實(shí)現(xiàn)，電機(jī)始終處于帶電狀態(tài)，這樣會(huì)大大降低電機(jī)使用壽命或造成電機(jī)損毀。以上兩種情況，制動(dòng)器生產(chǎn)企業(yè)提出應(yīng)對(duì)措施：其一，使用進(jìn)口Ed型電力液壓推動(dòng)器，提高制動(dòng)器的裝配質(zhì)量，但生產(chǎn)成本也相應(yīng)增高；其二，在杠桿處加設(shè)一套制動(dòng)摘、掛脫鉤器[2]，其原理為推動(dòng)器電機(jī)通電，制動(dòng)閘瓦打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)松閘狀態(tài)時(shí)，電機(jī)不通電，從而保護(hù)電機(jī)，該裝置的使用需大幅改變電氣控制系統(tǒng)以配合該裝置正常運(yùn)行，并且該電氣系統(tǒng)使用時(shí)根據(jù)帶式輸送機(jī)正常啟停的運(yùn)行工況設(shè)計(jì)，出現(xiàn)緊急情況無(wú)法立即執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作，使用范圍受限。綜上，本文提出一種新型的液壓推動(dòng)器，在保證帶式輸送機(jī)用高速軸制動(dòng)器正常使用的情況下，實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本，節(jié)省能源的目標(biāo)。

3 新型液壓推動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

新型的液壓推動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于低耗節(jié)能、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及降低成本的原則，采用液壓閥塊將各液壓元件集成設(shè)計(jì)成一個(gè)可懸掛于制動(dòng)器上的“微型液壓站”[3]。以一套匹配與上運(yùn)帶式輸送機(jī)的高速盤(pán)式制動(dòng)器為例，搭載新型的液壓推動(dòng)系統(tǒng)，用以驗(yàn)證液壓推動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。通過(guò)對(duì)上運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)性能的研究，在上運(yùn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，分析制動(dòng)器可能遇到以下工況：松閘狀態(tài)、正常停車(chē)、保壓狀態(tài)，斷電急停。針對(duì)這些工況擬定出滿足要求的液壓系統(tǒng)，通過(guò)液壓系統(tǒng)仿真軟件AMESim，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，在Sketch mode中完成系統(tǒng)仿真圖，如圖2所示。仿真的關(guān)鍵是實(shí)際系統(tǒng)元件模型的選擇和參數(shù)設(shè)定。電機(jī)部分，電機(jī)是一個(gè)勻速原動(dòng)力，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定軸速為1 500 r/min；溢流閥部分，溢流閥部分直接添加模型，采用參數(shù)為3 MPa的溢流閥；制動(dòng)器部分，采用單桿彈簧輔助液壓缸子模型，與實(shí)際的制動(dòng)器較為接近；液壓泵部分，液壓泵是理想的定量液壓泵模型，它的流量損失和機(jī)械損失由軸速、泵的排量和進(jìn)口壓力所決定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)泵的排量為4 mL/r.

圖2 液壓推動(dòng)系統(tǒng)仿真模型

通過(guò)運(yùn)用AMESim軟件對(duì)液壓推動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，可將液壓系統(tǒng)的動(dòng)作設(shè)定到3 s或者5 s，不影響結(jié)果，然后運(yùn)行仿真程序，可得到油缸壓力曲線，如圖3所示。

圖3 油缸壓力變化圖

通過(guò)仿真結(jié)果得到如下結(jié)論：仿真結(jié)果證明，液壓推動(dòng)系統(tǒng)的推力理論上F大于3 000 N，推力可以滿足要求；充液過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)保壓功能并且可實(shí)時(shí)補(bǔ)充壓力，達(dá)到了液壓系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)時(shí)的要求；可以對(duì)該液壓推動(dòng)器進(jìn)一步優(yōu)化，增加性能可靠的液壓站。

圖4 液壓推動(dòng)系統(tǒng)原理圖

其原理動(dòng)作過(guò)程如下：松閘過(guò)程：帶式輸送機(jī)正常工作時(shí)，電機(jī)通電并帶動(dòng)齒輪泵工作，電磁換向閥換向右位不通，經(jīng)過(guò)單向閥、溢流閥調(diào)定壓力至油缸開(kāi)啟，整套松閘過(guò)程完成。保壓過(guò)程：當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的調(diào)壓值時(shí)，松閘過(guò)程完成，由壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，使液壓泵停止工作，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)壓力恒定，制動(dòng)器始終保持松閘狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部壓力變小時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)齒輪泵工作，實(shí)現(xiàn)繼續(xù)向制動(dòng)系統(tǒng)打壓，最終實(shí)現(xiàn)保壓的功能。抱閘過(guò)程：帶式輸送機(jī)接到停車(chē)信號(hào)后，電機(jī)失電，齒輪泵停止工作，油液直接通過(guò)節(jié)流閥流回油箱。制動(dòng)器抱閘，帶式輸送機(jī)按設(shè)計(jì)要求減速停車(chē)。緊急制動(dòng)和系統(tǒng)斷電：發(fā)生緊急制動(dòng)或系統(tǒng)斷電的情況，電機(jī)停轉(zhuǎn)，液位換向閥移至左位，使壓力快速降低到預(yù)先調(diào)定值，制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦迅速貼緊制動(dòng)盤(pán)，隨后在節(jié)流閥的作用下，油液壓力逐漸降低，制動(dòng)力矩緩慢增加，達(dá)到平穩(wěn)制動(dòng)的要求。實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及樣機(jī)裝配效果如圖5所示。

圖5 液壓推動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，制造成本低；具有保壓功能，節(jié)約能源，提高泵電機(jī)壽命；系統(tǒng)壓力動(dòng)態(tài)精確控制，滿足制動(dòng)曲線并按要求控制，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩可調(diào)；緊急斷電制動(dòng)迅速，制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)安全[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析電力液壓推動(dòng)器在制動(dòng)連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備存在的質(zhì)量問(wèn)題和能耗、電機(jī)使用壽命等問(wèn)題，本文提出的液壓推動(dòng)器可在不改變制動(dòng)器使用效果的情況下，較好地解決上述問(wèn)題。該液壓推動(dòng)器可推廣使用到其他電力液壓推動(dòng)器常閉型設(shè)備。