回转运动（精选7篇）
回转运动 篇1
目前, 国内比较专业的大型生产商, 大多都使用回转窑进行铁矿石的燃烧。相对来说, 回转窑的使用成本更低, 操作过程也比较简单, 产能也相对比较大, 总体来说性价比很高, 有一定的发展空间。在燃烧过程中, 燃烧程序的控制以及燃烧的结果对整体质量有着重要的影响, 所以, 如何提高回转窑的燃烧质量, 是十分重要的问题。
一、铁矿石物料概述
(一) 铁矿石物料概述
铁矿石是企业在生产过程中需要的重要原料, 是含有铁元素或化合物可实现经济利用的矿物集合体。铁矿石的类型比较多, 用于燃烧的主要包括磁铁矿、赤铁矿等。目前, 我国对铁矿石的需求量逐渐增长, 但适用范围广的铁矿石种类并不多。因此, 在铁矿石燃烧与使用的过程中, 节省资源, 保证其能够得到充分利用十分重要。铁矿石物料在回转窑内的燃烧, 需要一个过程, 并且容易受到其他因素的影响。先进的技术与严格的管理制度是提高资源利用率的重要方法。
(二) 铁矿石燃烧过程
从理论上来讲, 铁矿石燃烧的难度较大, 但随着技术的进步与创新, 在回转窑内已经能够实现对铁矿石的燃烧。采用回转窑, 主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水, 预热矿石, 并将物料部分还原焙烧。需要注意的是, 在具体操作过程中, 若是发生操作不当或其他原因, 极易对整个燃烧过程产生不利影响, 导致燃烧结果无法达到要求。在操作时, 容易对这个过程产生影响的除了操作失误之外, 还包括环境温度以及回转窑规模等。因此, 需根据实际需求和相关标准, 选择并确认参与燃烧的量, 以保证能够得到的可靠的结果。
二、回转窑料床床态特性
(一) 回转窑料床
物料颗粒从回转窑的尾部进入完成燃烧再被排出, 在这个过程中颗粒会随着窑体的转动而运动, 并在运动过程中发生变化。针对物料床的变化轨迹, 可大致将其划分成两个类型。一是轴向方向, 其主要特质参数可以利用轴向扩散系数进行表示。二是横截面方向, 可通过物料的混合系数进行表示。所谓轴向机制, 主要是指窑内物料以一定的速度完成进入和排出窑口的过程。
(二) 回转窑横截面内床态分析
根据窑体转速的不同, 可将窑内物料颗粒的床态划分为六种情形, 即滑移、塌落、滚落、泄落、抛落以及离心运动。在工业生产中, 由于实际需要的不同, 回转窑的工作转速大多处于较低转速, 物料在回转窑内大多维持在滑移、塌落以及滚落三种情况, 在不同的状态下会发生不同的变化, 伴随着转速的逐步提升, 会相继出现塌落与滚落床态, 在这两种情况下, 物料混合程度加剧。两者的主要区别, 在于表面的颗粒流动过程是否持续不断, 塌落床态时表面的相对运动是间歇性的, 具有周期性特征。
(三) 滚落床态
一般来说, 当窑内的颗粒处于滚落床态时, 物料料床表面处于连续的剪切运动, 物料混合比较均匀, 并且在这个时候达到混合效果的最佳程度。但在实际工作中, 运用到滚落床态的实际生产几乎没有, 而这种状态仍旧是作为一种理想状态, 在试验过程中或模型中才得以实现。这种床态难以实现主要是由于受到一定因素的限制, 加之这一床态完全实现的要求较高, 而实际生产都有明确的目标, 以及生产环境的影响等, 导致该床态目前几乎没有在实际生产中完全实现过。
三、回转窑横截面内传热特性
(一) 回转窑的传热模式
由于加热方法和原理有所不同, 可将其划分为外加热与内加热两种方式。前者主要采用外壁处电加热的方式实现对窑内温度的提升;而后者主要依靠窑头处的燃烧器燃烧燃料, 在物料生产过程中产生可燃物质, 可燃物进行燃烧之后生成的高温气体则是加热源以提高内部的环境温度。通常情况下, 在实际生产过程中的回转窑加热大多采用内热式, 包括石油焦燃烧、水泥石灰石燃烧以及铁矿石还原等, 即通过在窑头处外加燃烧器, 实现温度的提高。针对由于生产物品的品质对原来物质的依赖性较大的情况, 则可采用外加热窑炉进行热燃烧。
(二) 回转窑的传热途径
与其他反应器相比, 例如气流床或流化床等, 回转窑的最大不同即是其内部的部分传热效率比较低, 并且难以达到化学反应动力控制的要求。回转窑内的换热途径较多, 主要包括以下几种方法:第一是被颗粒覆盖时, 内部表层与物料形成的热量传输, 参与传导的包括对流换热等, 是一种具有综合特征的过程。第二是物料没有覆盖的壁面与高温烟气之间的热传导, 分别由对流项与辐射项构成。第三是料床裸露的表层与高温气体之间的热传导, 主要由对流项与辐射项构成。第四是物料没有覆盖表层与料床裸露表层之间的热传导, 是一种辐射换热的性质。第五是回转窑窑体散热巡视, 包含自然对流项以及辐射换热项。
(三) 料床复合导热系数
回转窑的热传递与固定传导有一定的相似之处, 尤其是颗粒积累构成的非动态传热。但是, 在实际生产过程当中, 由于物料在窑内进行旋转运动, 造成了床层颗粒内部的热量转换程度加剧, 逐渐超过了固定床的承受能力。一般来说, 固定床内复合导入系数在温度提高的条件下会逐渐增大。而若是料床的孔隙率越大, 则复合导热系数的值也就越大。同时, 颗粒的流动会随着附加的混合作用对料床复合导热系数产生较为明显的影响。并且, 颗粒的流速值越大, 依据相关评估标准, 孔隙率的值也会随着增加。
结束语:
在实际的生产过程当中, 利用回转窑进行燃烧或时对物质中的水分等杂质进行排除, 具有一定的操作便捷性和可操作性。随着我国工业生产的不断发展, 以及科学技术的不断进步, 在回转窑的运用范围逐渐扩大的同时, 其自身的功能也能够得到一定程度的完善与改进, 因此具有较好的发展空间。
参考文献
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[2]王欢, 尹丽洁, 陈德珍等.生活垃圾主要组分在回转窑内不同热解阶段的传热特性[J].化工学报, 2014, 12:4716-4725.
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回转运动 篇2
关键词：立式回转药柜,优化设计,运动不干涉条件,运动仿真
0 引言
目前国内医院药房的药品存储设备主要为固定式货架, 药品存储分散, 空间利用率低, 因而药房工作费时费力, 处方处理效率低。随着医疗体制改革和医院改革向着信息化方向发展, 迫切需要开发一种适合中国国情的药房自动化设备。
笔者开发的药房自动化设备包括立式回转药柜和快速出药系统两部分。快速出药系统适用于具有规则形状的盒装药品, 能够实现药品的密集存储、自动上药、自动出药;立式回转药柜对药品包装适应性强, 但受传动链速度的限制, 药品出库和入库效率较低, 储药量也偏低, 是对快速出药系统的补充。
1 立式回转药柜工作原理
如图1所示, 立式回转药柜主要由以下部分组成[1,2]:
1.地轴 2.天轴 3.动力驱动机构 4.平衡杆导轨5.平衡杆 6.支撑杆 7.传动链导轨 8.储药斗9.张紧装置 10.机架 11.底座
(1) 天轴、地轴为上下传动轴, 地轴为主动轴, 天轴为被动轴, 主要承载药品和储药斗的重量。轴的两端安装有链轮等传动机构, 带动储药斗做垂直与回转运动。地轴是一根通轴, 一端与传动链轮、电动机的减速箱连接。
(2) 动力驱动机构由电动机、减速器、一级链传动、二级链传动组成, 其中, 一级链传动由一级小链轮、一级链条、一级大链轮组成, 二级链传动采用双链轮封闭链条式链传动, 由2个同轴的主动链轮、2个同轴的从动链轮及与主从动链轮相啮合的链条组成。
(3) 平衡杆及平衡杆导轨主要用于保持储药斗处于水平及平行状态, 以保证储药斗在高速运转过程中不出现翻斗现象及药品不从储药斗中掉出。平衡杆导轨通过焊接固定到柜体骨架上。
(4) 储药斗及支撑杆。支撑杆的一端通过铰接与链条连接, 支撑杆的另一端、平衡杆的一端以及可移动储药斗的一端连接在一起, 随着链条的运动做垂直及回转运动。
(5) 传动链导轨通过焊接固定到柜体骨架上, 主要用于传动链的导向, 保证传动链条的平稳运行并降低噪声。
(6) 张紧装置主要用于储药斗传动链条的张紧, 防止链条在负载运行中的伸长而影响传动。
(7) 机架、底座与壳体。机架主要作用为天轴与地轴的支撑, 与底座相连。壳体由4根立柱和四周面板组成, 包括存取窗口的翻门及操作面板等, 起覆盖作用。
(8) 电气控制系统包含PLC、电气柜、安全检测装置等, 通过总线与计算机联网, 用来控制回转药柜运行, 保证储药斗快速准确地运转至存取位置。
立式回转药柜运转时, 由动力驱动机构的电动机提供动力, 通过减速器和一级链传动两级减速后, 带动地轴转动, 从而驱动2个同轴的主动链轮, 2个主动链轮再分别通过链条传动牵引支撑杆和平衡杆而带动所有储药斗做循环运动。药品放置在可移动储药斗中, 接收存取指令后, 储药斗按最短路径运动, 最快送达存取口。基于数据库的药品监控系统安装在工控机中, 药品监控系统发出指令驱使立式回转药柜运转即可完成药品的存取操作。
2 相邻储药斗运动不干涉条件分析
图2为二级链传动系统及储药斗示意图。经设计选用节距为12.7mm的08A型链[3], 与储药斗相连接的双支撑杆在链条上的跨距为大跨距, 双支撑杆与相邻双支撑杆之间跨距为小跨距。储药斗总数量为12个, 均匀分布在链条上。
主动链轮、从动链轮节圆半径均为r, 支撑杆外伸量为c, w、h分别为储药斗外形轮廓的宽和高, 垂直运动的两相邻储药斗支轴中心相距H, 连接梁的安装尺寸界限为A, s为储药斗与连接梁之间安全距离。
以从动链轮中心O为原点, 建立参考坐标系如图3所示, O1、O2、O3、O4依次是连接储药斗1、储药斗2的支撑杆1、2、3、4与传动链条连接处, 坐标分别为 (x1, y1) 、 (x2, y2) 、 (x3, y3) 、 (x4, y4) 。A1为储药斗1与支撑杆1、2的支轴中心, A2为储药斗2与支撑杆3、4的支轴中心。A1、A2的坐标分别为 (X1, Y1) 、 (X2, Y2) , 链轮逆时针旋转。
为分析方便, 假设B点为从动链轮节圆上的一点, 在运动开始时B点与链轮中心O保持水平并与O1重合, O1、O2、O3、O4在同一竖直线上。储药斗运动初期, O1沿半径为r的圆弧逆时针旋转, O2、O3、O4保持竖直向上运动, 直至O2到达O点高度后, O1、O2做半径为r的同一圆弧运动。θ0为O1、O2两点同时沿圆弧旋转时连线OO1和OO2之间的夹角, θ1为B点的旋转角度, θ2为O2、O3两点同时沿圆弧旋转时连线OO2和OO3之间的夹角。
设储药斗1、储药斗2运动中, 支轴中心A1和A2在水平方向和竖直方向的距离为ΔX和ΔY, 则相邻两储药斗运动不干涉条件为
若0≤ΔX≤w, 则需
|ΔY|>h (1)
若ΔX>w, 则相邻储药斗运动无干涉[4]。
如图3所示, 储药斗支轴中心A1、A2以从动链轮中心O做圆弧旋转时, 该圆弧并非是一个完整的半圆曲线。下面以从动链轮节圆上B点的旋转角度θ1为变量, 进一步分析式 (1) 在相邻储药斗8个不同运动阶段的情况。
2.1 运动第1阶段
0≤θ1≤θ0时, O1沿半径为r的半圆做圆周运动, 储药斗1支轴中心A1做变直径的圆弧旋转, O2、O3、O4与储药斗2支轴中心A2做竖直向上运动直至O2与O在同一水平线上。在此运动过程中, O1～O4的坐标 (单位:mm) 分别为
则
借助MATLAB, 可求解出第一阶段X1、Y1的解析式:
由式 (1) 得出
2.2 运动第2阶段
θ0<θ1≤θ0+θ2时, O1、O2 同时做半径为r的圆弧运动, 储药斗1支轴中心A1做半径为R的圆弧运动, O3、O4与储药斗2支轴中心A2继续做竖直向上运动直至O3与O在同一水平线上。
在此运动过程中, A1、A2的坐标分别为
R可由下式求解:
则
由式得出
2.3 运动第3阶段
θ0+θ2<θ1≤π时, O1、O2同时做半径为r的圆弧运动, 储药斗1支轴中心A1做半径为R的圆弧运动, 直至O1与O在同一水平线上。O3做半径为r的圆弧运动, O4继续做竖直向上运动, 储药斗2支轴中心A2做变直径的圆弧旋转。在此运动过程中, A1的坐标为
O3、O4的坐标分别为
则
借助MATLAB可求解出第三阶段X2、Y2的解析式:
由式 (1) 得出
2.4 运动第4阶段
π<θ1≤θ0+ (θ2+π) /2时, O1做竖直向下运动, O2做半径为r的圆弧运动, 储药斗1支轴中心A1做变直径的圆弧旋转。O3做半径为r的圆弧运动, O4继续做竖直向上运动, 直至A1与A2在同一水平线上, 储药斗2支轴中心A2做变直径的圆弧旋转, 在此运动过程中, A1点高于A2点。O1～O4的坐标分别为
则
借助MATLAB, 可求解出第4阶段X1、Y1、X2、Y2的解析式:
由式 (1) 得出
2.5 运动第5阶段
θ0+ (θ2+π) /2<θ1≤2θ0+θ2时, O1做竖直向下运动, O2做半径为r的圆弧运动, 储药斗1支轴中心A1做变直径的圆弧旋转。O3做半径为r的圆弧运动, O4继续做竖直向上运动, 直至O4与O在同一水平线上, 储药斗2支轴中心A2做变直径的圆弧旋转。在此运动过程中, A2点高于A1点, O1～O4的坐标分别与第4阶段O1～O4的坐标相同。
同理, 借助MATLAB, 可求解出第5阶段X1、Y1、X2、Y2的解析式:
由式得出
2.6 运动第6阶段
2θ0+θ2<θ1≤π+θ0时, O1做竖直向下运动, O2做半径为r的圆弧运动直至O2与O在同一水平线上, 储药斗1支轴中心A1做变直径的圆弧旋转。O3、O4做半径为r的圆弧运动, 储药斗2支轴中心A2沿半径为R的圆弧旋转。该过程可看作链轮顺时针旋转时, 储药斗反向运动, 其不干涉条件同运动第3阶段式 (4) 。
2.7 运动第7阶段
π+θ0<θ1≤π+θ0+θ2时, O1、O2做竖直向下运动, O3、O4做半径为r的圆弧运动直至O3与O在同一水平线上, 储药斗1支轴中心A1做竖直向下运动。储药斗2支轴中心A2做半径为r+c的圆弧旋转。该过程可看作链轮顺时针旋转时, 储药斗反向运动, 其不干涉条件同运动第2阶段式 (3) 。
2.8 运动第8阶段
π+θ0+θ2<θ1≤π+2θ0+θ2时, O1、O2、O3做竖直向下运动, O4做半径为r的圆弧运动直至O4与O在同一水平线上, 储药斗1支轴中心A1做竖直向下运动。储药斗2支轴中心A2做变直径的圆弧旋转。该过程可看作链轮顺时针旋转时, 储药斗反向运动, 其不干涉条件同运动第1阶段式 (2) 。
3 基于运动不干涉条件的链传动优化设计
3.1 链传动优化的数学模型
3.1.1 优化设计思想
回转立体库占地面积是指钢结构框架外轮廓的投影面积, 其长度方向受储药斗长度等因素的影响, 其宽度方向受储药斗回转半径、储药斗宽度等因素的影响。当储药斗设计完成后, 储药斗的宽度w和高度h已定, 则在链传动的设计过程中, 选定链条节距后, 采用优化设计, 适当选取支撑杆外伸量c和链轮节圆半径r, 能获得最小的储药斗回转半径, 使钢结构框架宽度最小, 在其长度不变的前提下, 减小占地面积, 同时可以减小钢结构横梁的受力变形。
3.1.2 设计变量及目标函数
影响立式回转药柜链传动的因素有很多, 根据储药斗运动不干涉条件的分析, θ1是独立的变量, 另外引入系数λ, 令c=λ r, 则可确定λ和r为变量, 由此可知:
X= (x1, x2, x3) T= (λ, r, θ1) T
为使钢结构框架宽度最小, 目标函数取储药斗回转半径L, 即支撑杆外伸量c和链轮节圆半径r之和:
L=c+r=r (1+λ)
由上式可知, 优化设计目标函数的表达式为
f (x) =x2 (1+x1) (7)
3.1.3 约束条件
(1) 确保左右两侧储药斗直线运动不干涉条件为
2L≥w+A+2s
根据研究对象的具体设计可知w=420mm, A=30mm, s=87mm, 由于L=c+r=r (1+λ) , 所以
r (1+λ) ≥312mm (8)
(2) 立式回转药柜中储药斗将力作用在支撑杆上, 使链条运行中链板处于倾斜状态, 为确保链条具有足够的强度, 支撑杆外伸量不宜过长, 设计中取150mm≤c≤250mm, 即
150mm≤r λ≤250mm (9)
(3) 由链传动分度圆计算公式
d=p/sin (180°/z) (10)
式中, p为输送链条节距, 取p=12.7mm;z为链轮参数, 取40～60。
所以
81mm≤r≤121mm (11)
(4) 垂直运动的两相邻储药斗支轴中心距离H的确定。由于链条节距p=12.7mm, 垂直运动的两相邻储药斗支轴中心距离H即单斗链条长度必须满足以下条件:
H≥h+h0
式中, h0为竖直运动的相邻两储药斗之间的间隙, 一般h0≥3mm。
根据链条结构可知H=np (n为单斗对应的链节数) 。
储药斗高度h=275mm已知, 可求得n≥22, 选n=22, 链条链节总数为264。所以H=279.4mm。
(5) θ0、θ2分别为
θ0=n1360°/z=36arcsin (6.35/r) (12)
θ2=n2360°/z=8arcsin (6.35/r) (13)
式中, n1为O1、O2之间对应的链节数;n2为O2、O3之间对应的链节数。
(6) 由式 (9) 和式 (10) 可以推出
1.24≤λ≤3.08
(7) θ1的范围为
0≤θ1≤π+2θ0+θ2
3.1.4 数学模型
综上所述, 将变量x1、x2和x3代入式 (7) ～式 (9) 、式 (11) ～式 (13) , 则基于储药斗运动不干涉条件链传动优化数学模型表达为
min f (x) =x2 (1+x1)
s.t. g1 (x) =0.312-x2 (1+x1)
g2 (x) =0.15-x2x1
g3 (x) =x2x1-0.25
当0≤θ1≤θ0时, 由式 (2) 得
g4 (x) =-ΔX1, g5 (x) =ΔX1-420
g6 (x) =275-Y1+x2x3-393.7
当θ0<θ1≤θ0+θ2时, 由式 (3) 得
g4 (x) =-x2+Rcos (x3-θ0/2)
g5 (x) =x2-Rcos (x3-θ0/2) -420
g6 (x) =275-Rsin (x2-θ0/2) +x2x3-393.7
当θ0+θ2<θ1≤π时, 由式 (4) 得
g4 (x) =-ΔX3, g5 (x) =ΔX3-420, g6 (x) =275-ΔY3
当π<θ1≤θ0+ (θ2+π) /2时, 由式 (5) 得
g4 (x) =-ΔX4, g5 (x) =ΔX4-420, g6 (x) =275-ΔY4
当π<θ1≤2θ0+θ2时, 由式 (6) 得
g4 (x) =-ΔX5, g5 (x) =ΔX5-420, g6 (x) =275-ΔY5
g7 (x) =1.24-x1
g8 (x) =x1-3.08, g9 (x) =0.081-x2
g10 (x) =x2-0.121, g11 (x) =-x3
g12 (x) =x3-π-2θ0-θ2
3.2 MATLAB优化求解
由数学模型可以看出, 该优化设计属于有约束非线性优化问题。求解约束非线性优化问题的MATLAB函数是fmincons[5]。
MATLAB程序计算结果如下:
λ=1.7609, r=113mm, Lmin=312mm
由r值及式 (10) 可计算出z=55.88。因链轮齿数为离散变量, 须对计算结果进行圆整, 选择z=56, 则d=p/sin (180°/z) =226.5mm, 即r=113.25mm。
由L=c+r可取c=199.5mm, 则储药斗回转半径L=312.75mm, 优化设计完成。
根据优化设计结果链条节距为12.7mm, 支撑杆水平外伸量为199.5mm, 每个储药斗对应链节数为22, 链节总数为264, 节圆直径为226.5mm, 链轮齿数为56, 计算链条长度为3352.8mm, 理论中心距为1320.8mm。
4 平衡杆导轨布局设计
通过对储药斗运动不干涉条件的分析, 储药斗吊点的运行在固定于传动链上的支撑杆规定的轨迹中运行, 所以储药斗吊点在回转曲线部分的运行轨迹可以由A1或A2的坐标解析解确定。由于单侧的平衡杆与储药斗的垂直中心线的角度为30°, 所以平衡杆导轨的滚轮中心的坐标解析解可由下式求出:
式中, l为平衡杆长度;X1为储药斗吊点x轴坐标;Y1为储药斗吊点y轴坐标;X为平衡杆滚轮中心x轴坐标;Y为平衡杆滚轮中心y轴坐标。
下面研究单个储药斗在保持水平状态下运动过程中平衡杆的运动规律。如图4所示, 当储药斗吊点由位置1逆时针运行到位置2时, 支撑杆1、支撑杆2之间的角平分线与垂直中心线的夹角为30°, 且与平衡杆重合, 我们把此时平衡杆导轨的滚轮中心所处位置称为翻转点。
当储药斗吊点继续逆时针旋转一微小角度由位置2运行到位置3时, 如图5所示, 我们以储药斗吊点为圆心、平衡杆长度为半径作一圆, 此圆与平衡杆导轨中心线交于两点, 分别位于支撑杆1、支撑杆2之间的角平分线两侧。这表明储药斗吊点由翻转点位置继续逆时针旋转时, 平衡杆运动存在两种可能:如果平衡杆向角平分线左方运动, 则储药斗保持水平状态, 如图5中虚线所示;如果平衡杆向角平分线右方运动, 则储药斗发生翻转, 无法保持水平状态, 如图5中实线所示。由于平衡杆导轨与平衡杆滚轮存在摩擦力, 致使平衡杆向角平分线右方运动, 储药斗发生翻转。
为了使储药斗顺利地通过翻转点并保持水平状态, 必须采取适当的措施, 这里采用将右侧平衡杆与垂直中心线保持30°、左侧平衡杆与垂直中心线保持-30°, 从而使左右侧平衡杆导轨中心线对称于两链轮中心连线, 如图6所示。
当右侧平衡杆经过翻转点位置时, 右侧平衡杆在左侧平衡杆带动下克服右侧平衡杆导轨与右侧平衡杆滚轮之间摩擦力, 保持与左侧平衡杆同步, 从而使储药斗顺利地通过翻转点并保持水平状态, 反之亦然。
由图7可以看出, 当左右两侧平衡杆分别与垂直中心线保持-30°、30°时, 左右两侧平衡杆滚轮中心共有4个翻转点位置, 由于平衡杆导轨偏中心对称布置, 故当一侧平衡杆滚轮中心经过翻转点时, 同一储药斗上另一侧平衡杆滚轮中心已错开翻转点, 从而使两侧平衡杆保持同步并顺利通过翻转点。
(a) 左侧 (b) 右侧
5 基于UG和ADAMS的运动仿真分析
根据链传动优化设计结果, 利用UG/Model建立链轮、链条、储药斗及支撑杆等模型, 建立如图8所示的储药斗运动分析实体模型。模型由两侧链轮、两侧链条 (各由44个链节组成) 、4组支撑杆、2个储药斗组成。
因为本节重点研究储药斗不发生干涉的情况, 所以只要求链轮链条有啮合运动即可, 而不必让系统做周期运动, 这并不影响对储药斗不干涉情况的研究。
在UG/Model模块中完成各个零件的建模且装配完毕后。进入UG/Motion模块, 把每一个零件定义为一个连杆, 共100个连杆, 为了方便以后加约束, 从第1个链节开始在内外链节装配面的两圆心处定义标记点A001、A002, 其Z轴垂直于装配面指向外。在第2个链节的装配面的两圆心处定义标记点A003、A004, 依此类推, 可以得到176个标记点。然后把链传动模型导入到ADAMS中。
由于链节数太多, 逐个添加旋转副和接触副不太现实, 因此编写宏命令来完成。宏命令是ADAMS/View的命令集, 它可用来执行一连串的命令, 通过使用条件循环命令, 可以完成重复性操作。用宏MACRO_1创建链节之间旋转副和摩擦[6]。
同理, 用宏MACRO_2创建链节和约束线之间的88个点线约束副, 保证链条按预定轨迹运动, 为保证储药斗在运动过程中保持水平, 需添加储药斗与大地之间的2个垂直副, 同时, 建立支撑杆与链节、储药斗之间的14个旋转副, 链轮与大地之间的2个旋转副, 约束线与大地之间的2个固定副, 链节与大地之间的2个平面副, 合计196个约束副。以上设置见图9。
对链轮与大地之间的旋转副施加运动, 设置仿真运行参数, 仿真时间设为8.43s, 帧数为1000。仿真运行从第1帧到第1000帧, 两储药斗在运动仿真过程8个阶段全部按预定轨迹从右侧运动到左侧, 直至仿真过程结束, 无干涉现象发生。
根据运动仿真干涉检查结果可知, 基于储药斗运动不干涉条件的链传动优化设计结果 (储药斗回转半径L=312.75mm, 支撑杆水平外伸量c=199.5mm) 可行, 优化设计成功。
6 结论
分析了立式回转药柜链传动工作原理, 建立了储药斗运动不干涉条件, 利用MATLAB对传动系统进行了结构优化, 给出了平衡杆导轨的合理布局方式, 最后根据优化结果对储药斗进行运动仿真。目前立式回转药柜已投入运行, 系统各部分运行正常, 运行状态良好, 达到了预期目的。证明上述结构设计正确可行。
参考文献
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回转运动 篇3
贴标机是将标签贴于包装件指定位置上的一种常用包装机械, 它能自动完成待贴标包装件的供送、包装件定位、标签供送、包装件贴标、标签抚平、已贴标包装件的输出等[1,2,3]。回转式贴标机指在贴标过程中包装件在贴标工作台上做回转运动的贴标机, 具有结构紧凑、生产效率高、操作方便等优点。近年来, 回转式贴标机广泛用于圆柱体包装件纸质标签的贴标。
回转式贴标机主要由取标机构、供瓶螺杆、星形拨轮、回转工作台、理标毛刷等组成[4]。工作时包装件通过供瓶螺杆和星形拨轮送入回转的贴标工作台, 并转至贴标工位。与此同时, 取标装置分别与胶辊和标盒、夹标转鼓接触, 完成取标板上胶、取标, 并用夹指将标签夹于夹标转鼓, 随后送至贴标工位。当标签和待贴标包装件接触时标签粘到待贴标包装件指定位置上, 经过理标毛刷抚平标签后通过出瓶螺杆输出, 完成整个贴标工序。
取标装置是回转式贴标机的关键部件, 决定了贴标机的工作效率和贴标质量[1,2,3]。它由取标板、胶辊、标盒、夹标转鼓、转盘、扇形齿轮、圆柱齿轮、槽凸轮、滚柱等组成。在凸轮—齿轮组合机构的控制下, 取标板既随转盘公转又绕滚柱自转, 完成上胶、取标和夹标动作。夹标工位取标板的运动规律直接决定了标签贴于待贴标包装件前的状态, 对贴标质量有较大影响。为此, 许多研究者针对夹标工位取标板运动规律的合理设计展开了研究。陈金元[5]提出夹标过程中取标板应保持匀速摆动, 标签可以发生拱曲, 在夹标工位终点取标板摆角为0°, 并通过转盘转角计算了取标板摆角。肖仲湘[6]指出整个夹标过程中标签与取标板的最大剥离角不应超过75°, 标签纸应保持拉直状态, 建立了取标板摆角的计算方程。张俊玲[7]认为夹标工位标签与夹标转鼓斜交并计算了取标板摆角。张芙蓉[8]和兰云志[9]认为夹标工位取标板与夹标转鼓对滚, 其运动过程与上胶工位相似, 可用与上胶工位相同的方法计算取标板的摆角。
本文以夹标工位转盘转角增加量 Δα和转盘与夹标转鼓的转速比I为设计变量, 以标签完全剥离点绝对误差函数为目标函数, 以夹标过程中从取标板上剥离下来的标签始终保持拉直、标签最大剥离角度不超过75°, 剥离下来的标签与夹标转鼓保持相切为约束条件, 建立了夹标工位取标板运动优化模型, 并用遗传算法求解, 在实现夹标的同时减小标签的弯曲, 提高贴标质量, 为夹标工位取标板摆角的合理设计提供新方法。
1 夹标工位取标板运动分析
图1为夹标工位取标板摆角示意图。O0为转盘的回转中心, Ob为取标板的曲率中心, 取标板的自转中心C处于∠B1ObB2的角平分线上, 偏心距为e, Rb为取标板半径, 取标板弧长与标签长度L相等。取标板在自转的同时绕O0公转, 公转半径为R0。O3为夹标转鼓的回转中心, R3为夹标转鼓半径。转盘和夹标转鼓均匀速转动, 两者的转速比为I=ω0/ω3。在夹标工位, 夹标转鼓上的夹指夹住取标板上标签的一端B1。随着夹标转鼓的转动和取标板的摆动, 标签被逐步从取标板上剥离下来。在此过程中, 为防止涂有胶水的标签自粘, 被夹指拉出的标签保持拉直, 即夹指D与取标板剥离点B之间的标签段BD为一条直线段。同时, 在任意时刻从取标板上剥离出来的标签长度BB1与BD相等。α为转盘转角, β为取标板摆角, γ 为夹标转鼓转角, ε为标签的剥离角。剥离下的标签与夹标转鼓保持相切。
在夹标初始位置, 取标板与夹标转鼓相切, O0、Ob、B1、D、O3共线, 此时标签剥离点B与取标板上标签的一端B1重合:
把式 (4) 代入式 (5) , 可求得O0O3。
在初始位置, γ10=∠BO3D=0, β0=∠O3ObC+α0。当中心转盘转角为α, 即∠CO0O3=α时, 由转速比可知:γ=α/I。
当标签被均速剥离下来时, 单位时间内BD的变化量 ΔBD相等, 则:
在△O3BD中:
则:
则:
在△CO0B中:
在△CObB中:
则标板摆角:
过B点的取标板切线为MN:
则:
标签与取标板的剥离角为:
夹标工位终止位置处B与B2重合, 此时转盘转角为αmax=α0+Δα, γ1max=γ10+Δγ1= Δγ1。式中的 Δα和 Δγ1分别为转盘转角的增加量和γ1的增加量。当给定参数 Δα和I时, 可以计算出取标板摆角β和标签剥离角ε。
2 夹标工位取标机构运动优化
2.1 优化模型的建立
当剥离下来的标签与夹标转鼓保持相切时, 标签与取标板完全剥离处, 可由式 (11) 得出CB (αmax, I) 。此时标签剥离点B应与取标板上B2重合, 则CB (αmax, I) =CB2。因此, 定义标签与取标板完全剥离处的剥离点绝对误差为 ΔCB=︱CB-CB2︱。若 ΔCB≠0, 则说明标签与取标板完全剥离处标签剥离点B与取标板上B2不重合, 即取标板到达摆动终点位置标签尚未完全剥离, 或者取标板尚未到达摆动终点位置标签已经完全剥离, 这均会影响夹标质量。
以 Δα和I为设计变量, 以 ΔCB为目标函数, 以夹标工位标签从取标板上剥离出来后始终保持拉直, 标签最大剥离角度不超过75°, 剥离下来的标签与夹标转鼓保持相切为约束条件的夹标工位取标机构运动优化模型为:
2.2 优化模型的求解
夹标工位取标机构运动优化问题的目标函数为非线性方程。传统优化方法在求解非线性优化问题时易陷入局部最优, 而且计算时间较长。遗传算法将生物界中的选择和遗传机制引入搜索过程而形成的随机并行进化搜索算法, 具有不易陷入局部最优的优势, 适合求解非线性优化问题[10,11]。本文采用遗传算法求解夹标工位取标机构运动优化问题, 基本步骤如图2所示。
遗传算法操作时首先需要建立由若干个个体组成的初始种群。每个个体都是优化问题的候选解。 采用真值编码方法[10,11], 每个基因位的值是设计变量的真值, 个体可表达为X=[Δα, I]。第i个个体Xi=[Δαi, Ii]的每个基因值均通过随机法产生, 即:
式中, rand为生成的[0, 1]之间的均匀随机数。
适应度函数是评价个体优劣的标准, 是进行个体选择操作的主要依据[10,11]。本文以目标函数的倒数作为适应度函数Fit (x) , 即:
选择操作[10,11]是遗传算法的三个基本操作之一, 适应度值越高的个体被选中进行遗传或者交叉操作的概率越大。本文选用比例选择算子[10,11]。
交叉操作[10,11]是遗传算法中产生新个体的主要方法, 直接影响着遗传算法的全局搜索能力。本文通过算术交叉算子获得新个体。首先从种群中随机选出两个个体Xm=[Δαm, Im]和Xn=[Δαn, In], 随机选择要交叉的基因位进行线性交叉。如选择对基因位 Δα进行交叉, 则交叉运算后产生的两个新基因值Δαm′和 Δαn′分别为:
生成的新个体可表达为Xm′=[Δαm′, Im]和Xn′=[Δαn′, In]。
变异算子[10,11]指将个体的某些基因位上的基因值用其他基因值替换从而生成一个新个体的方法。它与交叉算子配合使用, 能提高遗传算法的局部搜索能力。本文采用均匀变异算子。
3 优化结果与分析
本文选用的设计参数:标签长度L为130mm, 取标板半径Rb为54mm, 取标板偏心距e为14 mm, 夹标转鼓半径R3为130mm[5,12]。转盘转角增加量30°≤Δα≤60°, 转盘与夹标转鼓的转速比0≤I≤1。初始种群规模选择M=100;交叉概率pc=0.75, 变异概率pm=0.15;迭代次数为25次。
遗传算法优化结果如图3 所示。优化后最优最大转盘转角 Δαopt=39.991 9mm, 转盘与夹标转鼓的最优转速比为Iopt=0.664。将 Δαopt和Iopt代入夹标工位取标板运动分析方程式 (15) 和式 (18) 后, 即可求出相应的取标板摆角和标签剥离角度, 此处不再赘述。
4 结语
本文分析了回转式贴标机夹标工位取标板的运动规律, 建立了取标板摆角和标签剥离角的计算方程。以转盘转角增加量和转盘与夹标转鼓的转速比为设计变量, 以标签与取标板完全剥离处的剥离点绝对误差为目标函数, 以从取标板剥离出的标签始终保持拉直, 标签最大剥离角度不超过75°, 标签与夹标转鼓保持相切为约束条件, 建立了夹标工位取标板运动优化模型。用遗传算法求解该优化模型, 结果表明, 采用优化后转盘转角增加量和转盘与夹标转鼓的转速比能实现有效夹标, 并减小夹标过程中标签的弯曲, 提高贴标质量, 从而为取标装置的合理设计提供了新方法。
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回转运动 篇4
1物料在回转窑当中的运动
物料在回转窑当中形成的运动性质会受到不同类型影响因素的制约, 其中包括回转窑筒体的规格大小、物料特性以及运行实际条件等。这个过程中对回转窑进行运动方面划分的人是Henein, 其最早开始将运动状态进行了多个层面的划分:滑移、塌落、滚落以及泻落。
通常情况下, 工业生产活动当中, 在对回转窑进行应用时多会通过借助于窑面横截面当中的滑移以及塌落等运动进行应用。窑内相关物料在进行运动的过程中更加接近于整个料床的刚体, 只有料床与壁面之间的相对运动。
同时, 需要注意的是在回转窑运动转速提升的情况下, 塌落运动以及滚落会开始产生, 面对两种类型模式, 物料运动会开始呈现出散体运动特征。滚落条件下, 物料能够表现出截然不同类型的组成结构。具体如下图1所示。
通过下图可以发现, 在料床底部形成的颗粒会做回转运动, 其运动产生的速度矢量会与颗粒的直径之间呈现出一定比例, 也就是塞状流。
这个过程中, 料床表面产生颗粒则能够格局圆筒当中堆积的轻度情况形成自由滑落状。为此, 滚落床态的工程建设当中, 实际工况条件下物料运动传热分析应当结合下图2进行分析:
2回转窑内的传热
回转窑在应用性方面具有较高地位, 例如在进行水泥以及石灰石等材料的煅烧或者是干燥方面, 同时, 因为用途之间存在差异性, 物料在进行回转窑转动以及运动的过程中, 通常情况下, 需要采用干燥、或者是加热等方式, 目的是为了让物料能够在回转窑当中吸收足量热量, 并实现热交换反应, 这也是回转窑设计以及运动工程中应当注重的重要方面。
通常情况下, 回转窑当中形成的传热途径主要如下图3中所示, 这个过程中, Qcw-cb表示的是受到物料覆盖的壁面以及料床之间的传热, 也属于是具有非稳定性质导热状态的对流换热。交界面的接触传热以及辐射换热的综合传热过程。
相对于其他类型的固定窗或者是移动床反映情况而言, 回转窑当中形成的传热效果并不相同, 如上内容所述, 在回转窑当中的物料产生的运动状态以及转读之间具有十分密切的关联。塌落以及滚落床态属于实际应用过程中最为常见的状态。其中滚落床态属于相对更加理想的状态, 这个过程中物料也会在横界面的运动过程中具有不同类型的划分。
3综合窑内流动、传热的轮胎热解数值模拟
3.1回转窑流动、热解机理分析
回转窑水泥以及石灰石等材料物质成分较为复杂, 配方多样, 包含数十种的化学元素。以某种常见物料为研究对象, 通过专业的分析可知物料中包含成分最多的物质为橡胶配合油, 主要材料为生胶料以及炭黑, 较为常见的包括NR、BR、SBR等等。正是基于其成分复杂因此该物料窖内流动、传热热解机理相对复杂。通常情况下该物质成分中的炭黑在合理温度中不会出现化学反应, 其热解反应主要是与配合油、胶料等等物质或碳氢化合物出现的二次反应。当物料温度范围逐渐扩大及温度明显提升时, 物料中的高分子有机物质将会出现明显的裂解反应, 主要裂解为热解气、热解油, 均为小分子物质。当温度更高时已经裂解的液态物质将会进行吸热以及发生相变, 进而产生物料气泡使其与物料颗粒完全脱离。在这个过程中还会出现二次反应, 即热解油反应, 目的在于实现挥发性物质的干预影响。
影响物料在回转窑内流动、传热的因素主要包括以下几点: (1) 物料及四周物质的热量传递影响。根据上述对回转窑内部物料颗粒的传动影响分析, 以及对物料周围颗粒传热分析的论述可知, 物料和窑壁之间实现热交换, 物料和料床颗粒之间实现热交换。 (2) 物料颗粒自身内部完成的热交换。 (3) 轮胎热解反应的热效应, 轮胎热解反应动力学参数。 (4) 热解挥发性产物逸出料床时所发生的蒸发相变。 (5) 热解挥发性产物二次反应。 (6) 热解反应所产生的物料的性质差异变化等等。
3.2结果分析
结合热解机理分析以及水泥及石灰石等物料在回转窑的流动、传热模型, 能够对物料回转窑内热解具体过程进行试验分析。回转窑在其窑体外通过电炉进行加热处理, 热量能够有效传到窑内, 实现对物料、气体热处理。在这个过程中发生的热反应温度为570℃;左右, 终温550℃;。煅烧物料成分构成比例为:配合油:BR∶SBR:炭黑=11∶13∶42∶34.试验条件具体为:窑内经为0.3m, 加热段长度为1.8m, 窑体倾角2, 转速0.8rpm, 电炉温度570℃;。根据模型机实验数据能够得出回转窑内温升曲线。如下图4所示。
需要注意的是在窑体中央位置因为热解反应较快, 使物料温升速度有效下降, 这跟系统整体加热速度、物料转动都有直接关系。
4结语
综上所述, 本文当中主要对回转窑传热过程与相关情况进行了综合分析, 并在此基础上具体总结了相关项目换热系数关联式, 通过结合回转窑当中相关物料运转模型, 形成了回转窑的传热模型呢荣。通过对物料运动造成的强烈混合, 可以形成物料基于横截面的物料径向以及轴向温度梯度值结构。从而确保其能够有助于实现降低横截面物料温差的效果。热解反应动力学当中主要包括方面的内容:也就是放热轮胎热解反映以及吸热热解。通过结合回转窑当中运动以及传热研究机理内容, 对回转窑当中的数据模型等进行了模型建立。
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回转运动 篇5
关键词：塔式起重机,回转机构,低速回转,故障
塔式起重机的回转运动, 在于扩大机械的工作范围。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。回转驱动装置电动机经减速器带动最后一级小齿轮, 小齿轮与装在塔机固定部分上的大齿圈相啮合, 以实现回转运动。若因机械原因或机构选型不当则会在回转过程中造成传递转矩不足, 出现回转低速档启动困难, 中、高速档速度达不到设计参数要求等故障。
回转机构低速档故障分析及排除方法:
(一) 机构选型不当
1. 电阻器的选用
塔式起重机上一般采用电动回转驱动装置, 其驱动电动机功率在塔式起重机设计时已根据回转静力阻力矩选好。电阻器是根据电动机机座号选配的。从回转主电路布置图可知, 电阻器是回转电路的主控制元件, 回转速度的速级是通过改变电阻器的值来实现。如果电阻器的阻值选大, 跟电动机功率不匹配, 则会因驱动力不足而出现低速档起不来, 中速档无力的状况。象这种故障, 可通过查看电动机型号来重新对电阻器选型。
2. 液力偶合器的选用
液力偶合器是一种液力传动装置, 用油液作工作介质, 实现能量的转换和传递。如果液力偶合器选型不当, 功率小了, 则会出现传递转矩不足, 负载达不到要求的速度。象这种故障, 可检查液力偶合器外壳是否过热, 或查看产品铭牌和电机功率是否对号来判断功率是否选小了。
(二) 机械故障
1. 液力偶合器的机械性能
由于液力偶合器的转动不灵活、有卡滞现象, 或油量不足, 不能出额定转矩, 也会出现低速无力或起不来, 中、高速达不到要求的现象。这时可查看液力偶合器外壳是否过热, 检查油量是否足够来判断。
2. 小齿轮与大齿轮啮合不良
塔机回转时, 起动时静态惯性大, 并不容易起动, 如果因为小齿轮与大齿轮啮合过紧, 需要更大的驱动力, 这时也会出现低速无力或起不来, 回转还会伴随跳动和异响现象。一是由于回转支承是用成组高强度螺栓分别与上、下支座连接的, 而上、下支座均是用钢板焊接, 若焊接产生的热效应较大, 未经合理的时效处理, 加上加工的工艺精度有问题, 使其安装平面的平面度超差, 影响回转支承安装后变形, 二是因为加工的工艺精度有问题, 使两齿轮的中心距小了或小齿轮的同轴度不好, 这样在安装回转机构时都会造成啮合不良现象。这种现象可通过观察塔机回转时是否有跳动和异响来判断, 还可通过对啮合齿打表或观察齿轮的磨损位置和磨损严重程度来判断啮合情况。这种情况必须重新对回转支座进行加工或再安装回转装置来调整啮合, 齿轮啮合时啮合间隙在20μm～30μm为理想。
3. 回转支承缺少润滑脂
回转支承是精密密闭的结构组件, 如果不注意保养、勤加油, 滚动体与滚道在失油和少油的情况下, 磨损相当严重, 摩擦阻力也会在回转起动时需要更大的驱动力, 也会出现低速无力或起不来现象。对于现国产回转支承, 在冬季应采用Ⅱ号钙基润滑脂, 在夏季应采用Ⅴ号钙基润滑脂。一般在使用中, 应每周或每工作56h, 就用油枪压注一次。压注时应转动在几个位置上进行, 不可马虎。这样会消除因滚动体与滚道的摩擦阻力而影响回转启动。
4. 上支座底板与轴承外圈连接螺栓的间距δ
外齿式的回转支承, 其轴承内圈用成组螺栓与上支座底板连接, 而轴承外圈用成组螺栓与下支座顶板连接, 装合后如图所示, 在上支座底板与轴承外圈连接螺栓顶端应存在有间距δ, 其值根据塔机各类规格型号设计而定。该间距的存在能保证在塔机上部旋转时, 上支座底板不会与外圈螺栓相干涉, 产生刮碰。如果在上支座加工时底圈板的厚度尺寸未能留按图纸加工后的余量, 或回转支承使用一段时间后, 其滚道磨大, 上支座向下陷落, 这两种情况在吊臂的偏心力偶作用下, 都会使δ的数值减小, 直至出现负值时就会产生了干涉相刮碰现象。轻度时低速起不来, 严重时塔机无法旋转。象这种情况, 若δ的间距因加工出错或回转支承滚道磨蚀后的塌陷已不到原值的30%, 应坚决加厚上支座底圈板或更换回转支承。前者原因应在产品检验时发现问题, 如后者情况, 由于在实际工作中原估计的不足, 在工作现场出现了该卡阻情况, 如后面工期已不太长的情况下, 可以采用“带病工作”的方法, 即每次吊起荷载后, 先开动小车变幅, 使前、后臂基本平衡, 此时基本消除了偏心力偶的作用, 再回转到需要的方位, 开动小车就位后下降。
(三) 结束语
回转运动 篇6
关键词：挖掘机,回转故障,更换回转轴承,新方法
1 故障现象
云南磷化集团尖山磷矿分公司于2006年5月购买两台小松PC400-6挖掘机 (228kW/1950r·min-1, 1.8m3) 并投入生产, 其中一台小松PC400-6型的挖掘机于2011年4月 (工作时间11002h) 出现回转动作部分失灵的故障:当挖掘机自正前方向右转动时, 回转速度逐渐减慢, 像被制动了一样, 并伴随着金属摩擦的吱吱声, 在回转30°左右的角度后无法继续回转。
2 回转各相关部分结构及机械传动[1]
2.1 转台结构
小松PC400-6型挖掘机转台是负责承载整个挖掘机重量的结构, 俗称大梁。其主要承载部分是由后钢板焊成的抗扭曲和抗弯折刚度很大的箱形结构, 挖掘机动臂及其液压缸、回转轴承支承的台车架均在转台上。挖掘机工作时, 台车架上部自重以及铲斗载荷对转台的作用力是经常变化的, 力的作用点偏向载荷方向。
2.2 回转轴承
小松PC400-6液压挖掘机采用的是一个大的滚动回转轴承, 由回转圆环内圈 (90齿) 、回转圆环外圈以及中间钢球组成, 可以360°旋转。回转圆环外圈用螺栓与转台连接, 带齿的回转圆环内圈 (90齿) 与底架用螺栓连接。
2.3 回转减速机械
小松PC400-6液压挖掘机回转减速机械是一个连接回转马达与回转轴承的减速机, 可以正反旋转。主要由箱体、两套行星齿轮组及回转小齿轮 (13齿) 组成。
2.4 回转机械传动
小松PC400-6挖掘机回转装置由转台、回转轴承和回转机构等组成, 回转轴承的回转圆环外圈用螺栓与转台连接, 带齿的回转圆环内圈与台车架用螺栓连接, 内、外圈之间设有滚动钢球。回转减速机械的壳体固定在转台上, 用小齿轮 (13齿) 与回转圆环内圈上的齿圈相啮合。小齿轮既可以绕自身的轴线自转, 也可以绕转台中心线公转, 当回转机构工作时, 台车架就相对转台进行回转。
2.5 液压泵
小松PC400-6液压挖掘机的主泵是并联变量柱塞式, 主要由箱体、前轴、后轴、缸体、活塞总成、叶轮泵及伺服活塞组成, 型号HPV160+160, 额定工作压力为35.5MPa, 当前和后泵分流时, 后泵及制动器控制小臂油缸 (LO) 、回转马达及行走马达。回转马达是变量柱塞式, 主要由箱体、缸体、活塞总成、吸油安全阀及反向防止阀组成, 型号KMF160ABE-3, 额定工作压力28.5MPa, 制动器松闸压力1.84±0.4MPa。
3 原因分析
3.1 回转工作原理
如图1所示, 当操作手柄置于回转位置时, 回转PPC阀按比例、恒定控制控制泵的先导压力油, 到达泵控制器、调速器, 产生的控制信号一路传送到微电脑控制器, 另一路传送到控制泵, 控制主泵压力油, 通过合流/分流控制阀进入回转马达。同时, 控制油回油箱的油路被切断, 使制动松开阀的压力增加, 推动其阀杆使另一路辅助压力油进入制动活塞, 打开回转制动装置, 使回转马达动作;回转马达通过回转减速机械的输出动力, 输出轴小齿轮与回转齿圈啮合而产生回转动作。
在液压传动回路中安装了液压蓄能器, 蓄能器接通分配阀的高压油路, 液压泵的一部分油经过单向阀进入蓄能器, 另一部分进入回转马达。当液压泵供给回转马达的油量不足时, 蓄能器在这一瞬间放出能量, 于是液压泵和蓄能器的油液一起供给回转马达, 保证回转马达正常工作。
3.2 故障原因分析和检查
从回转机构的工作原理知, 导致回转机构回转部分发卡故障的宏观原因有四个方面:主工作油路;控制油路;控制电磁阀;机械传动部分[2]。具体原因主要有以下方面:回转减速机械、回转轴承及回转激活模式电磁阀、回转制动电磁阀。
3.2.1 主工作油路的检查
如果回转主油路压力较低, 将不能产生回转动作。测量主泵工作油路系统的压力, 将工作装置降低到地面, 将发动机熄火并卸压, 将安全锁定杆置于“锁定”位置, 拆下主泵后泵上盖的一颗测量螺塞 (螺纹直径10mm, 螺距1.25mm) , 然后装上压力表 (60MPa) , 以全油门运转发动机并在H/O模式测量, 当所有的操作杆在中位时, 测量无载压力为35MPa, 为系统的正常工作压力, 说明主工作油路各液压元件均正常。
3.2.2 控制油路的检查
由于该挖掘机其他动作均正常, 说明提供控制油压的辅助油泵工作正常。回转动作的控制油路有3条:控制回转阀杆、制动松开阀和进入停车制动活塞的油路[3]。测量工作时三条油路的油压, 各油压都在正常范围内, 所以控制油路工作正常, 无故障。
3.2.3 控制电磁阀的检查
经拆检, 回转激活模式电磁阀、回转制动电磁阀电阻值在标准范围内, 接触良好, 不存在问题。
3.2.4 机械传动部分的检查
通过以上检查得知, 回转发卡的原因在机械传动部分。拆检回转减速机械总成, 正反回转正常, 不存在发卡现象。输出轴小齿轮没有损伤, 回转齿圈内齿没有损伤, 不存在小齿轮与齿圈啮合发卡现象。故回转发卡的原因是回转轴承内的滚动钢球损坏, 产生回转卡滞现象。
造成回转轴承损坏的原因有三点: (1) 设备配件的质量问题分析:经过对小松服务人员询问及我单位的其他小松挖掘机PC400-6使用情况比较, 回转轴承正常使用极限约为25000h, 而这台小松PC400-6液压挖掘机的工作时间只有11000h, 其他小松设备用了20000h都没有出现回转轴承损坏的情况, 基本上排除是设备配件质量问题。 (2) 设备保养不到位分析:查看运行记录, 操作人员严格按照操作保养时间注黄油, 注油的型号、注油量都符合要求, 拆开回转减速机械后检查, 回转轴承内的润滑油足够, 排除了保养不到位造成回转轴承损坏的可能。 (3) 操作不当:这台设备2009年1月借调给其他单位, 于2010年3月归还时有轻微的回转发卡现象, 没有引起操作人员注意, 导致后期回转卡滞的严重后果。经过调查, 设备借调单位没有安排专人操作, 操作人员构成复杂, 责任心不强, 存在斜坡上作业等违反操作规程的野蛮操作现象, 造成回转轴承损坏。
4 制定修理方案
因为回转轴承位于机身与底架之间, 要更换回转轴承, 首先要将挖掘机台车架部分与转台进行分离。
4.1 方案一:不拆除大小臂、吊机身
小松PC400-6型挖掘机机身靠后部分有发动机和配重, 前面是驾驶室, 重心靠后, 挖掘时不会向前倾覆, 增加挖掘重量, 使机身处于平衡。挖掘机前面与大臂相连, 平衡机身后部重量, 可调整整机重心, 使挖掘机重心处于转台上, 减轻回转轴承所受到的不平衡力矩。
大臂、小臂、机身之间是用销子连接, 单吊机身时, 大小臂在重力作用下会下垂, 不利于拆卸机身。可以收回小臂, 抬高大臂, 拆卸机身时大小臂也作为一个固定点, 使大小臂与机身一起拆卸。
步骤: (1) 收回大小臂, 固定大小臂, 拆掉底盘与机身连接的油管及回转马达。 (2) 吊车起吊, 保持机身平衡, 拆除转台与回转轴承之间的连接螺栓。 (3) 吊车起吊将机身卸掉。 (4) 更换回转轴承。 (5) 吊车再次起吊机身, 安装机身。 (6) 连接拆卸的油管及其他部件。 (7) 装配完毕检查设备运行情况。
此方案特点: (1) PC400-6挖掘机自重41.4t, 卸载机身需要50t吊车。 (2) 大小臂与机身一起卸载, 大小臂自由度依旧存在, 拆卸吊装时不能保证大小臂发生移动, 导致重心偏移而发生意外事故。 (3) 安装回转轴承方便, 易操作。 (4) 作业地点要求在平整场所。 (5) 吊装机身时需要人力调整机身位置, 使转台轴线与轴承轴线重合, 并调整角度使回转轴承外座圈上的螺丝孔与转台上的螺丝孔的轴线重合, 以便装配螺栓。
4.2 方案二:分步骤拆除相关部件总成
此方案与方案一步骤基本相同。
步骤: (1) 把工作装置总成卸下。 (2) 把配重总成卸下。 (3) 把发动机罩、盖和机架卸下。 (4) 把排放软管及行走软管断开并装上堵头, 拉出回转销子, 在回转机架的前部和后部各留下3个安装螺栓, 把其余的安装螺栓都卸下。 (5) 把回转机架总成吊住, 卸下其安装螺栓, 然后把回转机架吊走。 (6) 吊下旧回转轴承, 安装新回转轴承。 (7) 按与拆卸相反的次序安装部件。
方案特点: (1) PC400-6挖掘机按以上部件分解, 最重部件为回转机架总成, 重10t, 拆卸只需要16t吊车。 (2) 分解成小总成部件拆卸, 消除了吊装时安全隐患。 (3) 增大工作量, 导致更换回转轴承等待时间长。 (4) 安装回转轴承方便, 易操作。 (5) 作业地点要求在平整场所。 (6) 吊装机身时需要人力调整机身位置, 使转台轴线与轴承轴线重合, 并调整角度使回转轴承外座圈上的螺丝孔与转台上的螺丝孔的轴线重合, 以便装配螺栓。
4.3 方案三:四点主支承加两点辅助支承
因为车间修理班龙门吊设计起吊限重5t, 吊不动机身 (10t) 。顶棚距离地面只有10m, 采用吊车起吊高度不够, 实际情况不符合常规方案实施的条件, 所以制定出此方案。
因为受场地限制, 按图2示意图进行维修, 在台车架前后端各用两个20t千斤顶将机身顶起 (四个千斤顶基本布置成正方形) , 使机身与回转轴承分离, 利用分离出来的间距来更换回转轴承。因为作业时大小臂在重力作用下下垂, 铲斗落地, 不需担心大小臂在作业时发生偏移而引发安全事故。作业时, 挖掘机工作装置没有负载, 由于配重的原因, 挖掘机重心靠后。为防止千斤顶失效以及挖掘机向后部倾翻, 两个辅助支承选在机身配重部分, 采用马凳加两个千斤顶的方式, 以确保安全。
步骤: (1) 前期准备工作:制作导轨及支承马凳。由于作业空间限制, 在把台车架升起后, 用人力不能够把回转轴承直接抬出, 故制作导轨, 是为了安全拆卸及装入回转轴承, 而不影响到整车的支承。制作支承马凳, 支承于挖掘机配重部分, 是为了使整个更换轴承作业更加安全。 (2) 拆卸掉回转马达及底盘与机身的连接油管。 (3) 选好四个千斤顶主要作用位置, 架好千斤顶。 (4) 四个千斤顶同步微微举升, 保持机身平衡, 卸载回转支承所受到的作用力。 (5) 选好辅助支承的位置, 安装好马凳, 调整两个千斤顶, 使之受力。 (6) 拆卸回转轴承与转台的连接螺栓。 (7) 同时举升四个主要千斤顶, 将机身举升到适合拆卸回转轴承的位置 (约170mm) 。 (8) 在挖掘机侧边固定导轨, 从导轨上滑出旧回转轴承、装入新回转轴承, 确保内外圈软区“S”位置正确。 (9) 紧固回转轴承内座圈与底盘的连接, 加注新二硫化钼润滑脂33L。 (10) 拆卸导轨, 同步降低6个千斤顶, 使台车架底面与回转轴承外座圈上表面接触。 (11) 装配并坚固台车架与回转轴承外座圈连接的螺栓。 (12) 装配回转马达、油管及其他部件。 (13) 试机检查作业状态。
方案特点: (1) 适用于作业场受限制时的维修, 特别适用于在没有正常作业条件下的野外紧急维修。 (2) 修理作业过程简单, 工作量不大, 但存在安全风险因素, 需要制定安全作业指导书, 并制定专人指挥协调, 以确保整个作业过程的安全。 (3) 装配机身时, 机身与回转轴承的轴线重合, 不需再度调整机身。
5 方案的选择
方案一与方案二相比较, 方案二虽然多了拆装工作装置、配重等工作, 但只需选用吨位小的吊车配合, 且安全系数大幅增加。考虑到维修安全, 方案二比方案一更加适用。当时挖掘机停在修理场地中, 场地平整, 但比较狭窄, 位置不满足吊车作业。修理场外的采矿车间院内地势不平, 不利于装配工作。而方案三适合于场地限制的地方作业, 并且能保持举升机身前后机身与底盘轴线重合。所以先用方案三作为此次修理作业的方案。
6 方案实施
按照方案三的步骤进行施工作业, 图3为修理更换回转轴承流程图。整个维修作业耗时7天, 其中前5天为购买回转轴承时间, 第6天为前期准备工作。第7天为更换轴承施工作业。经过一个星期的维修作业, 成功地更换了回转轴承, 经测量轴承轴向间隙为1mm, 在标准 (0.5~1.6mm) 以内, 取得了良好的效果。
7 结论
方案一、方案二作业安全系数较高, 需要更换挖掘机回转轴承时, 若场地条件允许, 建议采用。
方案三作为一种全新的方法, 适用于作业场受限制时的维修, 特别适用于在野外作业条件下的紧急维修。修理作业过程简单, 工作量不大, 但存在安全风险因素, 需要制定安全作业指导书, 并制定专人指挥协调, 以确保整个作业过程的安全。
参考文献
回转库焊接质量控制 篇7
1 设计方面
1.1 回转库运行原理
电动机通过减速机、小链轮、传动链条、大链轮和胀套向传动轴两端的链轮输入动力, 箱斗固定在提升传动链条上, 其承载和回转实现了产品的使用功能。载荷的积累和传递过程是: , 框架直接由地面承载, 链轨及以前的载荷都要通过连接板传递到框架上。可见传动轴和连接板的焊缝是重要焊缝, 要求强度必须满足强度条件。
1.2 传动轴角焊缝焊脚尺寸
工业Ⅰ型回转库传动轴的角焊缝, 母材材质Q235, 按与母材100%等强确定焊脚尺寸, δmin=10m m, 则 。
当K=7.5mm时, a=5.3mm, 此时τ=105MPa。
同时也可以得出, 当τ=[τ′]时, a的最小尺寸amin=4m m, 此时 。计算结果表明:按经验公式确定焊缝焊脚尺寸:K=7.5m m>Kmin=5.7m m, 此时τ<[τ′], 满足强度要求。
1.3 链轨与框架连接焊缝长度
矩形管规格:50×30×3;连接板:225×213×8, 数量为8件, 即共有8个焊接接头。按焊脚尺寸K经验公式, 因是重要焊缝, 取K=5m m, 则a=3.54m m。载荷情况为:箱斗自重, 45kg;满载:200kg;箱斗数量:36个;链轨及组合:290kg;两框架之间连接件:110kg。则受力总和为:P= (45+200) ×36+290×2+110=9510kg。接头长度为225×2+50×2=550mm, 则焊缝长度为550×60%≈330m m。受力状态示意图如下:
每条焊缝的计算长度除去起弧、收弧共10mm, 则每个接头焊缝计算长度为330-40=290mm。此时, 焊缝所受切应力为:
M———弯矩 (N·m)
焊缝许用切应力[τ′]=0.6[σ]=141MPa。计算结果表明:按经验公式确定焊缝长度, τ=120<[τ′]=141, 满足强度要求。
以上计算过程说明经验公式可以采用, 是可靠的。
2 制造方面
工艺人员应从现场生产能力和条件出发, 分析焊接结构的特点和技术要求, 认真对图纸进行工艺性审查, 提高设计合理性。并确定合适的焊接方法、相应的工艺参数和加工方法, 对于批量生产, 要高度重视通用或专用定位工具、夹具的设计和应用。同时选择合理的装配、焊接顺序, 减小焊接应力和变形。操作人员装配、焊接技术娴熟, 保证焊接质量。
3 检验方面
目前, 主要是采用非破坏性检验中的外观检验, 即用肉眼或借助样板或用低倍放大镜观察焊件, 以发现表面缺欠以及测量焊缝外形尺寸的方法。主要检查:咬边、焊瘤、裂纹、表面气孔、飞溅、烧穿、未焊满、成形不良、余高过大、焊脚尺寸不合适、错边等。为克服外观检验主观、数据不准的缺点, 建议引进非破坏性检验中的无损探伤, 常规的无损探伤方法有:射线、超声波、磁粉、渗透、涡流五种。根据现场焊接件除少部分 (如:传动轴、连接梁) 检测空间开放外, 大多受结构限制空间狭小, 而所选用探伤方法的应用条件应尽量符合现场实际条件及焊缝等级要求, 由此建议对表面缺欠采用操作简单、速度快、适应性强的渗透探伤, 对要求检测内部缺欠的可采用表面与内部可同时检测的超声波探伤。
摘要：通过对物流装备公司回转库产品结构分析, 对重要的焊接部位, 在设计、制造、检验三方面提出保证焊接质量的措施和建议。
关键词：结构设计,经验公式,工装夹具,非破坏性检验
参考文献