取样装置液压系统动态特性的实验研究

　　为了有效地利用入炉物料,提高生产效率,钢铁企业需要对所有入炉物料进行实时粒度检测,并对其产品进行质量控制。结合目前对取样装置的研究成果[1],某校与某公司联合为首钢集团在曹妃甸新建的5 700 m3高炉设计一套物料粒度在线检测设备,其中的取样装置由液压系统驱动与控制,该取样装置设计完成后已初步得到实验验证,系统的原理和结构是有效可行的,但同时也存在着起动时间长,起动、制动时冲击大等问题。因此,对该取样装置的过渡过程进行理论分析和实验研究是非常必要的。

　　1　取样装置液压系统的组成与工作原理

　　根据现场场地的限制,取样小车的导轨最长不应超过5 m,因此在小车高速运行时就要求液压缸起动,制动时间短;为了保证取样的准确性,要求液压缸在取料过程中能够匀速运行;由于每次要求的取料量不同,这就要求液压缸可以方便地调速,在不同的速度下取料可以获得不同的取料量。

　　液压控制系统的具体结构如图1所示,电机1在溢流阀3卸荷的情况下空载起动。当电机运转稳定后,溢流阀3加载。当换向阀4左端电磁铁通电,油液经换向阀口进入液压缸左腔,从液压缸右腔流出的油液经换向阀口、调速阀流回油箱。由于液压缸活塞杆两端固定,液压缸将在进出油腔压差的作用下产生向左的运动。当液压缸运行至行程开关位置时,换向阀4左端电磁铁断电,换向阀重新处于中位,进出油口截止。当换向阀4右端电磁铁得电时,液压缸将向右运动。液压缸的运行速度由调速阀调定。

　　2　基于AMESim软件的取样装置仿真模型

　　该软件为流体动力、机械、热流体和控制系统提供一个完善、优越的仿真环境及灵活的解决方案[2]。基于AMESim软件,建立的取样装置的仿真模型如图2所示[3-4]:

　　根据取样装置的工作原理,将取样装置中的各组成元件用AMESim软件中的符号来代替。其中:齿轮-齿条机构、增速器中的大小齿轮以及绳轮的转动惯量转化为液压缸的有效负载;液压缸按照实际工况加了负载,可以模拟实际工作过程中的工作状态;用一个质量块m代替取样小车;系统中的各种摩擦力等效转化为质量块m承受的摩擦力;工作原理图中的换向阀用电信号控制。

　　根据取样装置的实际情况,液压油的密度取0·85 g/cm3,体积弹性模量取K=1·7×108N/m2;所用柱塞泵的型号为25SCY14-1B,其理论排量为25 mL/r,额定转速为1 500 r/min,选择泵的机械效率ηm=0·98,容积效率ηv=0·98;液压缸的质量近似为m=9·57 kg,系统的等效质量的近似值为1 860kg;钢丝绳的金属横截面面积为23·12 mm2,液压控制系统中连接阀块和液压缸的软管长度l为3 300mm,绳轮和张紧轮的直径均为258 mm;取样小车的质量取350 kg。