立轴冲击式破碎机多级调速方法研究与应用_方涛.pdf

专题研究SPECIAL RESEARCH72 建筑机械立轴冲击式破碎机多级调速方法研究与应用方 涛，郑永生，刘守瑞（徐州徐工矿业机械有限公司，江苏 徐州 221004）摘要本文详细介绍了徐工集团最新开发的XPL1000移动立轴冲击式破碎站主机工作原理、控制方法等内容，并阐述了如何高效、可靠、精确地调节主机转速的目的和意义。关键词立轴冲击式破碎机；多级调速；控制方法中图分类号TU63+3 文献标识码B 文章编号1001-554X（2023）02-0072-03Research and application of multi-stage speed regulation method for vertical shaft impact crusherFANG Tao，ZHENG Yong-sheng，LIU Shou-rui1 概述随着我国社会经济建设对建筑用砂的需求日益增加，天然砂已经无法满足工程建设的需求，机制砂的应用越来越广泛，而立轴冲击式破碎机作为一种制砂设备也得到了广泛的应用。移动立轴冲击式破碎站（见图1）是一种破碎岩石制砂的矿山机械设备，具有工作稳定可靠、维修方便、成砂率高等特点，特别适合于石料整形、生产机制砂，广泛应用于水电、建筑、水泥、金属矿山等行业的细碎作业。图1 移动立轴冲击式破碎站移动立轴冲击式破碎站主要由给料输带机、主机架、破碎主机、主输送机、动力系统等部件组成。其中，给料输带机负责将原料输送进主机，主输送机负责将经由主机加工过的原料输送到下一级工序，主机负责加工原料，动力部分负责给移动立轴冲击式破碎站提供动力。在这些部件中，最核心的部件为破碎主机（立轴冲击式破碎机，又称制砂机，见图2），其采用碰撞、打击的破碎原理将中等硬度以上及磨蚀性物料进行细碎作业。移动立轴冲击式破碎站在工作过程中，主机口物料由机器上部垂直落入高速旋转的叶轮内，在高速离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料产生高速撞击与粉碎，物料在互相撞击后，又会在叶轮和机壳之间以物料形成涡流多次的互相撞击、摩擦而粉碎。冲击速度是立轴冲击破碎机主要的工作参数之一，对“石打石”而言，其主要与物料自身特性有关，基于对其研究能够合理地选择主轴工作转速。例如对石灰岩的破碎机的最低主轴转速为1412rpm，为了防止少碎的现象，破碎机的主轴工作转速起码要在1400rpm以上，同时为了防止过粉碎和降低能耗等问题，根据经验可将主轴转速的上限定在1800rpm。因此，取破碎机主轴工作转速为14001800rpm。不同的来料材质、不同客户的不同成品需求对应不同的主机转速，合适的主机转速可以提高工作效率的同时，也可以节能降耗，为用户创造最大的经济效益。DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.02.007收稿日期2022-07-08通讯地址郑永生，江苏省徐州市高新路169号CONSTRUCTION MACHINERY 732023/02总第564期图2 制砂机下文将重点阐述如何精确、快速、可靠地实现移动立轴冲击式破碎站主机的多级调速。2 主机多级调速控制方法主机部分为移动立轴冲击式破碎站最核心部件，液压系统关系到主机部分的性能。因此，本文在阐述主机的多级调速之前，先对与主机相关的液压部分的组成和工作过程进行简单介绍。如图3所示，液压系统主要包含：主机泵、压力传感器、吸油过滤器、油箱、电比例减压阀、主机马达、转速传感器、补油泵、管路过滤器。134285 671.主机泵 2.压力传感器 3.吸油过滤器 4.油箱 5.电比例减压阀 6.主机马达 7.转速传感器 8.补油泵 9.管路过滤器图3 液压系统原理图主机泵由发动机直接驱动，由发动机提供动力，该泵为变排量泵，可以通过调节电磁阀的电流来调节主机泵斜盘的开度，实现主机泵排量的调节；压力传感器用来实时检测主机泵在正向导通时的工作压力；电比例减压阀用来控制主机马达工作时的液压压力，从而实现主机马达转速的调节；主机马达用来驱动主机旋转；转速传感器用来实时检测主机转速，为主机转速调节提供依据。通过上述液压系统的简介，可以得到主机转速调节控制方法有三种：一是调节主机泵电磁阀的电流来调节主机泵斜盘的开度，以调节主机泵的排量，进而实现主机转速的调节；二是调节电比例阀的电流，通过调节主机马达液压压力来调节主机转速；三是调节发动机的转速，以实现主机泵排量的调节，主机转速与主机泵排量成正比关系。上述三种调节方法可以单独进行主机转速调节，也可以综合起来进行转速调节。2.1 通过调节主机泵排量调节主机转速基于主机转速与主机泵排量成正比，主机泵排量与主机泵电磁阀电流成正比，因此调节电磁阀电流即可以实现对主机转速的调节（见图4）。100500Control pressure(bar)Control current(mA)246Control charactetistics81012141618600225Volume/%图4 电磁阀电流与主机泵比例关系由图4可知，主机泵开启电流为225mA，最大排量时电流为600mA。主机泵是主机工作的动力之源，为了确保主机获得充足的动力，一般在满足主机最低转速的情况下会将主机泵的排量控制到最大。将主机泵排量从最小到最大开度的过程是本节重点研究的内容。根据图4的电磁阀电流与主机泵比例关系图，为了达到快速启动主机的同时，又避免因主机启动过快对设备造成过大的冲击，根据移动立轴冲击破碎站实际情况研究了主机缓启、缓停控制过程。主机缓启控制分为三个阶段，第一个阶段是主机电磁阀电流快速跨过死区，即快速从0mA到达225mA，时间长度为2.3s；第二个为主机缓慢启动阶段，因为在主机启动过程中，主机惯性大，设备启动过快，会对液压系统造成冲击，使之处于极限工作状态，容易对设备造成损坏。为了避免这种冲击，将主机电磁阀电流缓慢的从225mA升到425mA，时间长度为80s。经过实测，主机启动的瞬间有个压力高峰，最大压力为285bar，主机启动到这个专题研究SPECIAL RESEARCH74 建筑机械过程完成的压力比主机完成启动后的空载压力高20%25%，为120bar左右，说明主机在这个启动过程中对设备基本没有冲击，更不会对设备造成损坏；第三个为主机相对快的升速阶段，因为主机在有一定转速后，加快升速也不会对液压系统造成太大的冲击，在此阶段将主机电磁阀电流从425mA升到600mA，时间长度为50s，经过实测在这个过程中主机泵出口压力为140bar左右。经过以上步骤，主机电磁阀电流从0mA至600mA，主机泵从零开度到开到最大共用时123.3s，液压系统压力只是在启动的瞬间有个最高不超过285bar的最高压力，其余时间内都不会超过140bar，液压系统工作平稳，整个启动过程机器运行平稳，该启动策略能很好地适用于移动立轴冲击破碎站。主机的停止策略与启动策略正好相反，整个机器在停机阶段液压系统压力稳定、机器运行平稳，在这里不作过多的说明。2.2 通过调节电比例阀电流调节主机转速在主机泵流量保持不变的情况下，主机转速与主机马达排量成反比，即主机马达排量越大，主机转速越低，主机马达排量越小，主机转速越高。由图5可知，电比例阀输出压力为8bar时，主机马达排量最大；电比例阀输出压力为14bar时，主机马达排量最小；电比例阀输出压力在814bar之间时，主机马达排量与之成线性比例关系。displacementcontrol pressure/bar0814qminqmax图5 电比例阀输出压力与主机马达排量之间关系由图6可知，电比例阀输出压力与电流成反比，即电流越小输出压力越大，电流越大输出压力越小。综上所述，如果在泵流量一定的情况下需要升高主机转速，可以首先降低电比例阀的电流，这图6 电比例阀输出压力与电流之间关系样就可以提高该阀的输出压力，进而减少主机马达排量，主机马达排量减少就可以提高主机的转速；如果在泵流量一定的情况下需要降低主机转速，可以首先升高电比例阀的电流，这样就可以降低该阀的输出压力，进而加大主机马达排量，主机马达排量增加就可以降低主机的转速。主机马达排量的突然升高和突然降低都会对液压系统造成冲击，导致整机工作不稳定，发动机负载波动大，甚至会出现液压系统和发动机负载超限的情况。为了避免这种情况的发生，在调节电比例阀电流的过程中采用逐次逼近的控制方式，在不影响效率的情况下尽量拉长调节时间。在实际的使用过程中，电比例电磁阀的电流从300mA到550mA的时间跨度为8.5s，取得了非常好的调节效果。2.3 通过调节发动机转速来调节主机转速移动立轴冲击式破碎机动力系统的核心是一台额定功率为364kW的发动机，在设备正常工作时，该发动机工作在1500rpm，驱动主机液压泵工作，为主机提供动力。Q=VN式中 Q主机泵流量；V主机泵排量；N主机泵转速。理论上主机泵流量与排量和转速成正比，提高主机泵流量可以通过提高主机泵转速的方式来实现。因主机泵由发动机直驱，提高发动机转速可以提高主机泵转速，进而提高主机泵的流量。主机泵驱动主机马达，主机泵流量增加，以提高主机马达的转速。（下转第79页）CONSTRUCTION MACHINERY 792023/02总第564期（5）在开始起吊时，应先用微动信号指挥，待负载离开地面1020cm并稳定后，再用正常速度指挥。如遇大风，应立即停止作业，并将主臂转至顺风方向或至最低位置。3.5 轮胎式起重机（1）应对设备进场报验手续进行审核，审核资料包括：设备合格证、行驶证本、机动车检验合格证、安全检验合格证、特种作业操作证、铭牌复印件、车辆保险等。（2）起重机操作人员应持有特种作业操作证，作业过程应与指挥人员密切配合，严格遵守“十不吊”。（3）应重点检查吊车吊索具、安全保险装置是否可靠有效、支腿是否完全打开、周边是否存在高压线等危险因素，同时设置警戒隔离区域，专人兼护。（4）大雨、大雾、六级以上大风等恶劣天气条件，禁止室外吊装作业。（5）起重机工作场地应保持平坦坚实，地面应硬化，支腿应用加箍垫板（厚度不小于30cm）垫实。4 结论通过对我国城市轨道交通工程施工过程中起重吊装安全管控的现状及难点分析，总结了起重吊装安全管控的基本程序与策略，编撰了适用于城市轨道交通工程的起重吊装安全管控标准化内容并成功在轨道交通工程建设中应用推广。经过实践检验成效明显，相关成果可为其它类似的轨道交通起重吊装安全管理工作提供借鉴与参考。参考文献1王艾玲，汪杰.起重吊装施工技术与安全管理J.四川建材，2018，44（01）：98-99+101.2凡创.影响吊装安全的因素分析J.中国新技术新产品，2015（15）：151.3沈连新.起重吊装施工技术与安全管理J.科学与财富，2018（29）：146-147.4孙鹏伟.浅谈起重吊装作业事故起因分析与对策J.化工管理，2014（03）：48.2.4 主机多级综合调速综合以上三种主机调速方式，可以得到以下结论：首先要确保动力需求，优先以调节主机泵排量来调节主机转速；如果主机泵排量开度达到最大还不能满足主机转速要求，可以通过提高发动机转速来提高主机泵流量，从而达到提高主机转速的目的；提高发动机转速还要考虑性价比，因为发动机转速超过经济转速后，发动机工作效率会大大降低，会造成油耗增加很多，而发动机输出功率却没有多大变化的情况。因此，在发动机达到一定转速后主机转速还没有达到要求的情况下，要考虑通过调节主机马达排量来调节主机转速。虽然调节主机马达排量可达到调节主机转速的目的，但调节马达排量有一个弊端，减少马达排量会提高液压系统工作压力，并减少马达扭矩输出。当系统负载大时，会造成液压系统压力超限，并导致主机转速下降，即在满足主机转速需求的情况下需将主机马达排量控制到最大。3 结束语目前，国外采用立轴冲击式破碎机的制砂技术已经很成熟。采用履带行走形式的立轴冲击式破碎机主要有芬兰Metso（美卓）和美国Terex（特雷克斯）公司，其他厂家相关报道乏善可陈。国内生产移动式破碎筛分站的时间相对较短，而且多为移动式破碎筛分站（轮胎式），用于机制砂的移动立轴冲击式破碎站（履带式）几乎