卧式活塞推料离心机液压系统分析和改进

摘要：介绍了卧式活塞推料离心机推料液压系统的结构和工作原理，针对其运行中存在的推料杆颤抖、停滞等问题，分析了可能的原因，提出了改进措施。实践证明，改进后的液压系统工作正常，性能稳定可靠。
　　关键词：离心机；液压系统；分析；改进
　　中图分类号：　ＴＱ０５１．８　　文献标识码：　Ｂ
　　１　前言
　　卧式活塞推料离心机（已广泛应用于冶金、制糖、化工等行业）可以在全速下完成进料、分离、滤饼洗涤、甩干和卸料；并可实现自动操作、连续运转。目前传统的卧式活塞推料离心机的推料机构液压系统（即复合油卸部分），活塞的往复运动是通过径向换向阀杆移动来控制的，在高速回转时会出现不平衡力矩，从而产生换向不灵活、活塞运动不正常等现象。近年来ＨＲ系列卧式活塞推料离心机采用轴向换向滑阀，避免了不平衡力矩的产生，在原理上保证了推料机构的运转平稳可靠。然而，在实际使用过程中，经常出现推料活塞工作不正常现象，严重影响其运行效率，其液压控制系统的稳定性与可靠性有待进一步完善与提高。
　　２　液压系统组成与工作原理
　　卧式离心机推料盘位于其分离转鼓内，连接推料盘的推料活塞借助于液压系统控制作往复运动，转鼓壁上的滤饼层被推料盘不断地沿转鼓轴向前推移，最后被推出转鼓。
　　卧式活塞推料离心机推料液压控制系统结构如图１所示。Ａ腔为高压油入口，油压一般≤４．０ＭＰａ。Ｂ、Ｃ腔通过油路与Ａ腔常通，传力板将主活塞与推料杆（虚线）连为一体，通过推料杆内中心孔回油。如图，主活塞左端油路通过Ｄ、Ｅ、Ｆ与回油路沟通，处于卸荷状态，Ａ腔中的高压油通过主活塞左端的缺口进入主滑阀左端，在油压力作用下，主滑阀右移，当滑移到Ｂ腔与Ｄ沟通时，压力油进入主活塞左端，推动活塞带动推料杆右移；而此时主滑阀右端进油道被导向活塞右端台阶封闭、切断，其右端与回油路沟通；当主活塞继续右移至导向活塞右端碰上油缸壁时，导向活塞开始相对于活塞左移（实际上导向活塞不动，而活塞继续右移），当导向活塞左端台阶将活塞盘中的油孔封闭时，右端的台阶从孔中退出，此时Ａ腔中的压力油进入主滑阀右端，而左端卸荷，主滑阀开始换向，此时主活塞继续在压力油作用下右移；当主滑阀中间台阶将主活塞左端进油口Ｄ关闭后，主活塞左端卸荷，右端进油，开始制动，然后换向。
　　３　推料液压系统存在的问题及原因分析
　　３．１　活塞推料液压系统存在的问题
　　卧式活塞推料离心机液压系统存在的主要问题是液压控制系统的稳定性和可靠性不高，当遇到：（１）转鼓中布料不匀；（２）物料发生变化而引起推料力变化时，离心机推料系统出现颤抖、瞬间停滞甚至停止推料等现象，严重影响机器的运行效率。
　　３．２　产生问题的原因分析
　　从问题的现象分析，主要是推料系统的推料力不够，当推料阻力增加时，活塞推力小于推料阻力，从而导致活塞停滞及停止。根据液压流体力学，活塞推料力为：
    Ｆ＝ΔＰＡ（１）
    式中　ΔＰ———推料活塞右、左两端压力差，
          ＰａＡ———推料活塞面积，ｍ２
    因为面积Ａ不变，则ΔＰ决定了推力Ｆ的大小。
    影响ΔＰ的因素有：
    （１）液压系统工作压力Ｐ
    根据国内外同类机型分析，推料液压控制系统工作压力一般控制在４．５ＭＰａ左右。
    （２）系统内部泄漏Ｑ１与系统背压
   当系统工作压力确定后，影响主活塞压力油端与卸荷油端压力差的主要因素是系统内部泄漏与系统背压。主活塞与主油缸之间间隙内的泄漏量为：
             
    式中　ｈ———环形间隙值，ｍｍ
          ｌ———间隙密封长度，ｍｍ
          ｄ———主活塞直径（活塞盘５的直径）， ｍｍ
          μ———液压油的动力粘度，Ｐａ·ｓ
   从式（２）可知影响Ｑ１的主要因素是间隙值ｈ，其次是密封长度ｌ；间隙越大，则内部泄漏量越大，压力损失越大。液压系统回油是通过卸荷孔Ｅ和推料杆中心孔回油箱的，而中心孔直径较大，对系统背压影响较小，可不予考虑。（３）导向活塞泄漏Ｑ２
    如图１所示，当主活塞右移，导向活塞右端碰上油缸壁后，相对主活塞左移，当导向活塞上的Ｇ面退至Ｆ面时，Ｉ面应已到达Ｈ面，使压力油与回油路不沟通，但由于活塞盘５中的两个内孔槽加工过程中不易测量，若不采用数控机床加工，经常出现导向活塞Ｇ面已退过Ｆ面，而Ｉ面还未进入Ｈ面孔内，使进、回油路直接沟通，产生泄漏量Ｑ２，导致泄漏量增加。
    （４）主滑阀泄漏Ｑ３
    主滑阀产生的泄漏除了密封间隙间的泄漏外，还有由于主滑阀上的小孔Ｋ在主滑阀运动过程中与回油孔对合时导致进、回油路直接沟通而产生的泄漏Ｑ３。
    ４　改进措施
    由分析可知，内部泄漏点主要有三个，这些泄漏有时会产生叠加，同时由于系统中零部件受加工精度和形位公差的影响，其泄漏量比理论计算值要高，因此必须对推料液压系统进行改进：
    （１）适当提高系统工作压力系统工作压力对推料力影响很大，可适当提高系统工作压力。但工作压力不能太大，否则将增加系统压力等级，提高系统成本。
    （２）适当修改导向活塞结构尺寸导向活塞与活塞盘小孔相配合，因小孔内沟槽位置尺寸精度控制较难，可适当修改容易加工的导向活塞的结构尺寸以保证进、回油路不会直接沟通。
    （３）适当减小密封面间的配合间隙值　　现有液压系统零部件间隙配合表面设计精度为７级，配合间隙值也较大，应将零部件主要配合表面的加工精度从７级提高到６级，将间隙配合面的间隙值尽可能减小，而其它表面加工精度不变，这样既可兼顾零部件加工的经济性，又可减小内部泄漏量。
    （４）修改主滑阀结构
    主滑阀上的４个Ｋ小孔设计意图是为滑阀与推料杆间引入润滑油，以减小摩擦，但它导致了瞬间的进、回油路沟通，可以采用在小孔Ｋ位置加工几条螺旋曲槽储油来改善润滑条件，而取消小孔Ｋ。此外，主滑阀两端无制动油垫，两端面直接与活塞盘碰撞，容易产生摩损与堆积，严重影响使用寿命，应在结构和材质上加以改进。
    （５）减小进、回油阻力
    推料液压系统进、回油道均有很多节流小孔，孔径较小，阻力较大，为减小阻力应将孔径尽量增大，同时在进油孔道中设置调节螺钉，通过改变调节螺钉位置或更换不同通径的螺钉来调节供油量，从而调节推料杆的工作频率，以适应分离不同物料的需要。
    ５　结语
    采用以上措施对在山东某厂运转的三台卧式活塞推料离心机液压系统进行全面改进后，系统运行正常，有效地解决了推料系统因进料问题而出现停机、颤抖等现象，效果较好。显然这些措施对于有同样质量问题的国产离心机的改进与完善具有一定的参考价值。