柔性装置（精选7篇）
柔性装置 篇1
在煤矿生产中, 斜井运输是生产的重要环节, 人员、材料、设备的运输, 绝大部分都要通过斜井来完成。为了解决现有采用人为控制的防跑车装置不能实现跑车防护自动化、柔性拦截问题, 提出了一种自动化、柔性拦截的常闭式防跑车装置。
1 挡车装置组成
倾斜常闭式防跑车装置由绞车房内的故障报警器以及间隔设置于倾斜巷道内的挡车装置组成 (图1) 。其中, 挡车装置包括:①固定于巷道地下固定基础的吸能器;②两侧通过巷道地面的挡车门框;③固定于巷道内顶部横梁上拉动挡车板升降的提升电机;④红外线感应装置;⑤挡车装置控制电路。
1.1 挡车装置控制电路
1.1.1 矿车上下行关联控制电路
矿车上下行关联控制电路包括接触器1KM、2KM (图2) 。接触器1KM、2KM的常闭互锁触点2KM、常开触点FD1的串联支路与接触器2KM、接触器1KM的常闭触点1KM、常开触点FD2的串联支路相并联, 常开触点FD1、FD2为控制绞车正反转的常开触点, 串接于绞车正反转的控制回路中。
1.1.2 挡车提升电机升降控制电路
(1) 触发电路。
包括时间继电器1KT、2KT、3KT、4KT。时间继电器1KT、2KT、3KT、4KT分别与固定于红外线感应装置上的传感开关M1、M2、M3、M4串联, 经开关1SB和控制支路中的继电器DYJ的常开触点DYJ1并联于控制电源的两端。
(2) 延时电路。
包括得电延时继电器1XVJ、2XVJ、3XVJ、4XVJ。得电延时继电器1XVJ、2XVJ、3XVJ、4XVJ分别与时间继电器1KT、2KT、3KT、4KT的常开触点1KT、2KT、3KT、4KT串联, 经开关1SB和控制支路中的继电器DYJ的常开触点DYJ1并联接于控制电源的两端。
得电延时继电器1XVJ的常开触点1XVJ与继电器1KM的常开触点1KM1、继电器1ZJ的常闭触点1ZJ1、接触器2KC的常闭触点2KC、接触器1KC串联, 然后经开关1SB和控制支路中的继电器DYJ的常开触点DYJ1并联接于控制电源的两端。
得电延时继电器2XVJ的常开触点2XVJ与继电器2KM的常开触点2KM1、继电器2ZJ的常闭触点2ZJ1、接触器1KC的常闭互触点1KC、接触器2KC相串联, 然后经开关1SB和控制支路中的继电器DYJ的常开触点DYJ1并联接于控制电源两端。
得电延时继电器3XVJ的常开触点3XVJ与继电器1KM的常开触点1KM2、继电器1ZJ的常闭触点1ZJ2、接触器4KC的常闭触点4KC、接触器3KC相串联, 然后经开关1SB和控制支路中的继电器DYJ的常开触点DYJ1并联接于控制电源的两端。
得电延时继电器4XVJ的常开触点4XVJ与继电器2KM的常开触点2KM2、继电器2ZJ的常闭触点2ZJ2、接触器3KC的常闭触点3KC、接触器4KC相串联, 然后经开关1SB和控制支路中的继电器DYJ的常开触点DYJ1并联接于控制电源的两端。
(3) 执行控制电路。
包括接触器1KC、2KC、3KC、4KC。接触器1KC、2KC的常开触点1KC、2KC并联接于第1道挡车板提升电机的供电电路中, 接触器3KC、4KC的常开触点3KC、4KC并接于第2道挡车板提升电机的供电电路中。
1.2 红外线感应装置
挡车板前后各有一组红外线感应装置, 用于触发传感器开关。当防跑车装置发生故障时, 红外线检测装置能检测到故障, 并通过声光进行报警。
2 防跑车装置工作原理
防跑车装置工作原理如图3所示。将开关1SB闭合, 自动控制电路开始工作, 红外线感应装置开始工作 (发射和接收红外线信号) 。假设此时矿车下放, 控制绞车正反转的接触器的常开触点FD1闭合 (若矿车提升, 常开触点FD2闭合, 继电器2KM得电) , 继电器1KM得电, 其常闭触点断开, 常开触点闭合。当矿车下行到M1处时, 红外线感应装置的接收器接收不到光信号。装置上的探头触发传感开关M1, 使M1接通。此时主控箱中的PLC元件开始计时, 直到小车完全通过红外线感应装置。
如果时间符合正常工作的时间, PLC元件接通继电器1KT的常开触点1KT闭合 (如果时间不符合正常工作时间, PLC元件接通报警装置) , 继电器1XVJ线圈得电, 得电延时继电器1XVJ的常开触点1XVJ闭合, 接触器1KC得电, 接触器1KC的常闭触点断开, 第1道挡车装置提升电机的供电电路导通, 电机得电正转, 拉动钢丝绳使挡车网上提。在其延时时间内挡车板升至合适位置时, 触发制动开关QK1闭合, 使继电器1ZJ得电, 继电器1ZJ的常闭触点1ZJ1断开, 接触器1KC失电, 挡车装置中的提升电机停止运转。
矿车全部车身通过第1道挡车装置后, 行至红外线感应装置M2处, 该装置中的传感开关M2闭合, 时间继电器2KT得电, 2KT的常开触点2KT闭合, 得电延时继电器2XVJ线圈得电, 时间继电器2XVJ的常开触点2XVJ闭合, 接触器2KC得电, 挡车装置的提升电机得电反转, 下放挡车绳。当得电延时继电器2XVJ达到设定时间, 其常开触点2XVJ自动断开, 挡车装置电机断电停止运转, 挡车网下放完成, 第1道挡车装置工作结束。
第1道挡车装置工作结束后, 矿车继续运行, 当运行到第2道挡车装置时, 其工作过程同上。
3 实现方法
(1) 以深度指示器测定矿车速度是否正常。当矿车开始运行时, 若无红外线感应装置, 也可用深度指示器, 或将传感开关固定在轨道上, 以确定矿车的速度是否正常。
(2) 故障检测及报警。红外线感应装置处接有PLC元件, 能检测到是否出现故障。出现故障后向故障信号端输入信号, 故障信号的输入端经继电器HZJ与电源的负极相连, 继电器HZJ的常闭触点HZJ串接于DYJ的控制支路:如果检测到速度不符合正常速度, 则视为故障, 将故障信号端输入高电平, 继电器HZJ得电, 继电器HZJ的常闭触点HZJ打开, 使继电器DYJ的各常开触点断开, 挡车装置停止运转, 保持挡车网的关闭状态。在主控箱内设置有声光报警电路, 发生故障时, 可通过声光报警器来报警。
(3) 可根据倾斜巷道的坡度和坡长设置多道挡车装置, 其控制电路原理图不变。
4 结语
(1) 与现有的技术相比, 该新型防跑车装置实现了自动化、柔性捕车。
在正常情况下, 每道挡车装置都处于常闭状态, 当绞车开始运行、矿车到达各道挡车装置所在位置时, 挡车装置的挡车绳自动升起, 矿车通过后, 挡车装置的挡车板自动落下;当矿车发生跑车等事故时, 挡车板对矿车进行可靠的拦截阻挡, 避免事故的发生, 确保矿车运行安全。
(2) 该防跑车装置主要应用于煤矿倾斜巷道单轨或双轨提升运输。
该装置的突出特点就是安全可靠、自动性强、使用维护方便。
参考文献
[1]王军华, 王宪忠, 李伯金.倾斜巷道防跑车装置的现状分析与探讨[J].煤矿现代化, 2005 (4) :66.
[2]刘胜利.矿山机械[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.
[3]郭建祥.斜巷跑车事故的原因及对策[J].江苏安全生产, 2007 (6) :38-39.
柔性装置 篇2
在卷烟生产中，需要将成型后的滤棒从成型机组输送到发射机组，再通过滤棒发射机、滤棒气力输送系统送至卷烟机处进行烟支的卷接生产。近年来越来越多卷烟厂立足于提高自动化生产水平来降低投入，提高效率，提升企业的竞争能力。采用了连接滤棒成型机与发射机之间的滤棒自动输送系统。实现了滤棒生产过程的全自动化、提升了整个车间的信息调度管理和卷烟加工的生产速度和智能化程度。降低劳动强度，减少滤棒在周转过程中的污损，提高了产品质量。
目前市场上生产的卷烟滤棒主要采用醋酸纤维丝束施加增塑剂成型后用纸卷制而成。增塑剂主要是在醋酸纤维滤棒成型时使用，使用增塑剂的目的是增加滤棒硬度，改善成型时的加工性能。通过增塑剂的施加，醋纤滤棒需要一定的时间进行固化、才能达到生产需求的硬度，满足滤棒风力输送及烟支卷制时分切的硬度要求。因此卷烟厂通过滤棒储存输送装置来实现滤棒生产、储存、固化的自动化输送过程。
滤棒储存输送装置主要有两种模式：(1)采用一台或两台、三台成型机配置一套现场布置的滤棒储存输送装置，来直接柔性连接滤棒成型机及滤棒发射机，进行各机组配合后均衡不同时段之间各机组的速度，实现滤棒的自动储存、输送。(2)采用自动化立体库模式，滤棒成型机生产的滤棒通过装盘机进行装盘，码盘后由巷道堆垛机送入滤棒储存立体库中储存一定的时间，再通过巷道堆垛机取出，通过卸盘机翻盘、落料再送至发射机。
1 90°柔性转弯机构的需求
随着国家烟草专卖局提出卷烟上水平的指导思想，为促进行业水平发展的需求，各卷烟生产企业越来越重视生产制造工艺、生产制造装备水平的提升，以及在烟丝生产、烟支卷制过程添加剂（香精、香料、滤棒成型固化剂等）安全性的使用，因此对滤棒的生产及储存输送要求越来越高。在逐步降低滤棒快干固化剂量的前提下，为满足生产的需要必须对原有的滤棒存贮设备进行改造。尤其是因原现场布置的滤棒储存输送装置的储存及固化储存的容量有限，更不能满足更长的滤棒固化时间需要。
滤棒储存输送装置的储存及固化储存库改造常用的模式是在原有固化库后面新增一组固化储存库，如图1、图2所示。
经过改造前后设备平面布局的对比分，发现进库和出库的转弯通道转弯半径大于750mm（由于受到输送链板性能的限制，转弯半径必须大于750mm），使设备的布局比较松散，占地面积比较大。在设备改造时，因各家卷烟厂设备布局和空间位置不尽一致，这就需要一种相对简单，占地面积小（转弯半径小），易于控制的新式转弯装置。
2 90°柔性转弯机构的设计
由于双排库区的大容量滤棒储存库结构紧凑，占地面积少，一般采用的滤棒进、出库区90°调头的输送较转弯半径较大、体积及空间尺寸大已不适用。针对双排库区大容量储存输送装置的特点，需要一种新型的滤棒90°柔性转弯机构，实现滤棒在狭小空间内的90°输送，要求其结构紧凑、转弯半径很小、运行平稳、易于控制、能耗低。
90°柔性转弯机构结构原理图如图3。
如图3所示，90°柔性转弯机构主要由转轴、软盘（转盘）、转筒、导引板、负压气嘴、弯道挡板、底座、负压管、C形板构成。转轴连接软盘和转筒，导引板与旋转过90°后被弯折的软盘接触（到另一侧后又翻平以输送物料），负压气嘴安装在转筒上方，弯道挡板固定在底座上，C形板连接软盘并与输送带A及输送带B连接。工作时由转轴转动，带动软盘、转筒旋转，当输送带A将滤棒输送到转筒时，由于负压风机产生的负压通过负压管及转筒上的小孔，与大气有压力差，由此滤棒附近的空气就会向小孔内高速流动进负压管，产生的空气吸力将滤棒吸附在转筒的小孔上，在90°转弯过程中滤棒始终处于吸附在转筒，与转筒保持通同步保证滤棒转弯时输送圆周的角速度一致，随之平稳旋转90°。
同时转筒内部设计有配风盘装置如图4所示，配风盘和风室的配合能使风通过风眼和截至，有效保证滤棒在进入转弯区和转弯区，滤棒吸附在和脱离转筒，顺利通过C形板输送到输送带B上，实现了滤棒90°的柔性转弯输送，避免了产生横棒、跳动等乱棒现象。整齐的状态，减少乱棒的产生。
转弯装置采用伺服电机作为驱动力，能保证转弯装置在正常工作时，转筒及的转数及转盘速度与输送带A、B的输送速度保持同步，能避免滤棒在转弯过程中出现堆积和拉散现象的发生，影响转弯效果和质量。
采用上述结构和原理制造的转弯装置能较容易地实现小半径的滤棒掉头，转弯半径小于250mm。
3 90°柔性转弯机构与传统转弯机构的比较
传统转弯机构的优点：
(1)易于安装、适于空间布局；
(2)输送流量大；
(3)不需新增任何装置及动力；
(4)与直道为同一条链板不存在输送同步问题。
缺点：
(1)转弯半径大，安装空间大。
(2)适用场合具有很大的局限性。
90°柔性转弯机构的优点：
(1)转弯半径小，可以在狭小的空间内应用；
(2)适用大范围的在场合应用；无局限性。
缺点：
(1)新增气源、动力及控制装置；
(2)需考虑安装支撑装置。
4 90°柔性转弯机构的应用
在使用90°柔性转弯机构后，可以使布局更加合理，减少占地面积，如图5所示；转弯半径为200mm，两库的间距为1000mm，减少一半以上。
原滤棒成型机的布局只有图1所示，在使用90°柔性转弯机构后，可以使布局更加合理，布局可选性增加，如图6 所示。可以应用在滤棒成型机的出口处或者装盘机的出口处实现低位转弯后在进行提升、输送、汇流等。
摘要：本文针对滤棒自动输送系统中滤棒储存输送装置中转弯半径过大,设计一种小转弯半径装置,及其工作原理和主要结构、应用场合的展望。
关键词：柔性转弯装置,配风盘装置,柔性转弯装置应用
参考文献
[1]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范.北京:中国文献出版社,2003.
[2]汪泳.YF161型滤棒储存输送装置的设计.鱼雷与发射技术,2006.
柔性拉边成形装置机架分析与设计 篇3
板材成形被广泛应用在机械制造业中,尤其在汽车制造行业,而汽车部件的80%属于板类件[1],由此可见,板材成形对于汽车工业的重要性。目前,世界上板材冲压成形的装置向两个方向发展,一是多工位的压力机,二是柔性成形装置[2]。而随着新车型的开发,传统的板材成形技术已难以满足生产的需要,进而更多地需要柔性拉边成形技术。
柔性拉边成形是在原有冲压成形工艺的基础上结合柔性成形原理形成的一种新型板料成形方法[3]。柔性拉边成形原理即使用多个柔性夹料机构对工件的四周进行夹持。由于夹料机构的不同,选择不同的拉料机构施加拉力。与此同时,上下模施加载荷,使板料成形。因机构具有柔性的特点,使拉料机构的拉力抑制板料的褶皱等缺陷。由于拉料机构具有伸缩量,所以更换模具型腔,便可以产生各种形状的曲面件。薄板类件的快捷成形可以采用柔性拉边成形装置与多点模具或实体模具的配合使用来实现。柔性拉边成形相比于传统的模具成形具有显著的优势,可以用一套柔性拉边装置代替每个模具上的不同压边机构,而且简化模具调试的步骤与时间[4]。吉林大学李渊婷等人通过对柔性拉边成形过程进行模拟,解决了板材在成形过程中的起皱和拉裂现象[5]。此外,吉林大学还研究了夹料机构对于柔性拉边成形结果的影响,得到了最佳的夹钳形状及排布方式。
2 柔性拉边装置机架强度及刚度分析
2.1 有限元分析模型
2.1.1 几何模型
柔性拉边成形装置主机主要由机架、夹料机构、拉料机构等组成。
在对主机进行数值模拟的过程中,为降低数值模拟的难度,将结构进行适当简化。简化时按照既能降低模拟难度又不使结构的力学性能发生太大变化的原则进行。为此,进行如下简化和假设。
a.对于不影响拉边装置整体强度和刚度的部位进行简化,如机架中的螺纹孔、倒角、圆角等细小结构。
b.载荷在立板上部均匀分布,其方向垂直于立板,并指向中心。
简化后的柔性拉边成形装置由机架、多个油缸和夹料机构三部分组成,借助CATIA进行建模,简化后的主机模型如图1所示。考虑到有限元软件对多个零件进行分析时会降低计算效率,将机架整体简化为一个零件。
该装置的油缸和夹料机构通过螺栓螺母固定在机架上,因此在分析的过程中,油缸和夹钳会把力传递到机架的立板上。由此,模拟的对象便由复杂的主机进一步简化为机架。在此基础上,又因为机架的整体呈现八边形结构,四个立板受力情况呈两两对称分布,所以只需对其中的一个进行模拟即可。经过以上简化,最终的模拟对象见图2。最后将CATIA中的三维实体导入到ABAQUS中。
2.1.2 材料及装置参数
该成形装置机架所用材料为Q235-A(F)。材料相关参数为弹性模量208 GPa、泊松比0.277、密度7 860 kg/m3、屈服强度235 MPa。
2.1.3 油缸参数及计算
为使拉料机构能提供拉伸1.2×1.2 m板材所需的拉力,在每个立板上采用十个统一规格的油缸和夹钳。油缸参数的计算过程如下。
根据国标推荐值,油缸油压采用P=250 MPa;根据GB/T2348查得油缸内径为r=F/(P·π)=35.32 mm;油缸外径D=80 mm。
由于(P=25 MPa)<(0.4[σ])=72 MPa,因此可以运用薄壁圆筒公式计算其厚度,公式如下。
式中,σt为设计温度时许用应力(查资料设为113 MPa);D为油缸内径;P为油缸油压。
经计算可得如下数据:厚度δ=9.95 mm;油缸外径D1=80 mm;活塞杆半径活塞杆直径D2=100 mm。
2.1.4 网格划分
为计算准确,选用六面体自由网格划分,最小尺寸控制占全局尺寸的0.1,整个模型共划分7 565个单元。网格划分如图3所示。
2.1.5 约束和载荷
a.约束。柔性拉边成形装置机架底板通过地脚螺栓固定在地面上,在模拟过程中添加X、Y、Z方向上零位移全约束,这样既保证了机架与地面的相对静止,又不影响机身正常的自由变形。
b.载荷。柔性拉边成形装置所需力由液压系统提供。水平方向的油缸提供板材变形所需拉力,并固定在机架立板上,在油缸固定端产生均匀载荷。油缸为夹钳夹紧板材提供夹紧力,并最终通过力的传递,作用在如图4所示平面上,大小98 k N。
2.2 结构与分析
将CATIA建立的模型导入到有限元软件ABAQUS中进行分析计算,得到拉边成形装置机架的等效应力云图、等效应变云图,如图5、6所示。结果分析如表1所示。
3 结构与分析
通过对柔性拉边成形装置现有的机架进行分析,发现立板所能承受的拉力很小,其产生的角位移会严重影响工件的成形精度,如图7所示。针对此现象,提出改进方案:在立板的前方增设加强筋,以减小结构的变形量。
由于加强筋板的个数,厚度以及立板的厚度对于整个结构的强度均产生影响。因此,采用控制变量的方法,设置一系列的模拟对照组,并通过逐级对比,分析得到理想机架的设计参数。
3.1 具有加强筋结构的有限元分析模型
3.1.1 材料参数
为保证柔性拉边成形装置无筋板结构和改进结构之间的可比性,必须严格控制其他变量与原变量一致。故材料参数的设置同2.1.2。
3.1.2 网格划分
网格划分的方式同无筋板结构的划分方式保持一致。
3.1.3 约束和载荷
a.约束。与无筋板结构相同。
b.载荷。与无筋板结构相同。
3.2 结构与分析
在CATIA中分别以立板厚度,筋板个数,筋板厚度,筋板上底长度,筋板下底长度为变量建立模型,将模型导入ABAQUS中进行分析求解,得到一系列等效应力和等效应变的数据。筋板参数如表2所示,结果分析如表3所示。a,b指代部位如图8所示。
分析比较实验结果后可得出如下结论。
a.筋板的存在可以有效减小立板的厚度。通过一系列的模拟实验证明对于无筋板结构的机架,即便立板厚度达到90 mm,其形变仍然很大,无法满足可靠性的要求。
b.当立板厚度超过一定数值时,即使继续加厚立板,机架的等效最大应力也不会产生明显的变化。相反,还会增加机架的成本,其负面影响大于正面影响,不满足经济性要求。
注:安全系数设为1.3
c.筋板的排列影响立板的受力情况。如图9所示,当采用4个筋板时,机架所受载荷不能均匀地分散在每个筋板上,中间2个筋板承受的力远大于两侧,在机器的使用过程中,中间2个受力较大的筋板寿命会减少,进而影响工件的加工精度和机架的使用寿命。如图10所示,当采用5个筋板均匀排布即平均每个筋板分担2个油缸作用在立板的拉力时,各个筋板的应力呈均匀分布,不仅能延长机架的使用寿命,还满足了机器的功能要求和可靠性要求。
d.筋板的厚度对筋板在加载时能承受的最大等效应力影响较大。如图10和图11所示,选用相同的立板厚度和筋板的排布,但采用不同的筋板厚度。结果显示,若筋板厚度过小,筋板能承受的最大等效应力小,达不到设定的安全系数,不能满足强度要求,立板会产生较大的变形。
e.筋板的形状对于筋板在加载时的最大等效应力影响很大。在图10中筋板上底有部分区域没有受力,造成材料的浪费。依据机器设计的经济性要求,减小上底长度继续进行模拟。通过模拟最终选定100 mm作为上底长度。在此基础上,改变下底长度再次进行数值模拟。在综合考虑安全系数、最大等效应力等因素后,选取300 mm作为筋板下底长度。
4 结束语
通过对柔性拉边成形装置机架和筋板的数值模拟结果进行分析,得出采用上底尺寸为100 mm,下底尺寸为300 mm,厚度为40 mm的筋板能最大限度的增加机架的强度。同时,筋板的增设可以大幅度减少立板的厚度,进而达到经济性的要求,为柔性拉边成形装置的制造提供了可靠的依据。
摘要：多夹钳式柔性拉边成形设备在工作过程中会出现机架变形,从而影响工件的成形精度。为此,针对尺寸为1.2×1.2 m的成形板材柔性拉边成形装置的机架进行结构分析与设计,以减少机架的变形,提高工件的成形精度。利用ABAQUS软件进行数值模拟,其中,模拟的约束条件通过相关计算获得。根据得到的机架及其筋板的应力和位移云图,分析不同方案结构的受力情况和变形量。最后,综合考虑质量、受力和位移等因素,对数据进行比较,选择合理的机架和筋板数据,为机架的改善提供理论依据。
关键词：板材冲压,柔性拉边成形,机身结构,数值模拟
参考文献
[1]崔令江.汽车覆盖件冲压成形技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2]朱伟成.冲压技术发展趋势[J].汽车工艺与材料,2007(1):16-20.
[3]李连成,李渊婷,李明哲.板料柔性拉边成形与压边成形的比较[J].机械工程学报,2013,49(2):67-72.
[4]李明哲,蔡忠义,崔向吉.多点成形--金属板材柔性成形的新技术[J].金属成形工艺,2002,20(6):5-9.
新型推土机水散热器柔性连接装置 篇4
我公司某型推土机水散热器与前保护板的连接方式采用刚性连接,即水散热器通过螺栓直接固定在推土机前保护板上。这种连接方式存在以下2个缺陷:一是若前保护板出现变形,就会将变形传导至水散热器,使水散热器承受较大的内应力,推土机使用一定时间后,水散热器就会因内应力过大而开裂、漏水;二是用螺栓固定水散热器,减振效果不好,推土机工作时产生的振动,会完全传递给水散热器,使水散热器因振动而开裂、漏水。内应力过大和振动都会降低水散热器使用寿命,甚至使推土机无法正常工作。
2. 改进方法
为了最大限度地减轻水散热器的振动开裂、避免漏水、延长其使用寿命,我们设计了水散热器柔性连接装置。
水散热器与推土机前保护板柔性连接装置主要由轴瓦1、橡胶套2、外金属套3、内金属套4、芯轴5、橡胶垫圈6组成,如附图所示。
芯轴5为台阶轴,其大端通过螺栓固定在水散热器框架上,其小端同轴安装有内金属套4、橡胶套2、外金属套3和轴瓦1,轴瓦1通过螺栓固定在推土机前保护板上。为了防止水散热器的左、右摇摆,在芯轴5的台阶与轴瓦1接触部位垫有橡胶垫圈6,橡胶垫圈6的外径大于轴瓦1的内径,以避免芯轴5与轴瓦1产生碰撞。
为了实现吸收振动和缓解变形功能,橡胶套2选用硬度适中的橡胶材质。为了避免橡胶套2磨损,该柔性连接装置采用3层复合结构,即在橡胶套2与芯轴5小端之间设有内金属套4;在橡胶套2与轴瓦1之间设有外金属套3。若推土机工作过程中产生振动,芯轴5与内金属套4相互摩擦,轴瓦1与外金属套3相互摩擦,橡胶套2内、外圈不与内金属套4及外金属套3产生相对运动,这种结构可以延长橡胶套2的使用寿命。
3. 改进效果
该水散热器柔性连接装置,使推土机工作时产生的振动通过橡胶套传递到水散热器,使振动得到较大衰减。若推土机前保护板出现变形,会将橡胶套挤压变形,不会使水散热器发生形变,由此可延长水散热器使用寿命。
柔性装置 篇5
关键词：扭力杆装置,事故支座,柔性,有限元法,间隙
1 引言
转炉倾动机械的作用是倾动炉体, 它是氧气顶吹转炉的关键设备之一。某钢厂300t氧气顶吹转炉采用的倾动机构是全悬挂式配置的一种, 整个倾动机构主要由驱动电机、一次减速器、二次减速器、扭力杆装置和事故支座组成。但由于出厂时扭力杆芯部就存在一定程度的缺陷, 为了确保扭力杆装置的安全, 避免发生塌炉事故, 该钢厂在现役转炉出钢侧和加料侧事故支座上垫了两层橡胶垫, 但增加橡胶垫后, 在转炉每次倾动过程中, 二次减速器箱底与事故支座上的橡胶垫都会相碰, 如图1所示。因此需要校核扭力杆装置与事故支座的初始间隙能否满足扭力杆柔性缓冲性能要求, 并研究该厂增加橡胶垫对扭力杆装置的影响。
2 扭力杆的柔性性能校核
在倾动机构不工作状态下扭力杆装置的位移如图2所示, 对应的间隙初始设计值h=13.5mm。随着外载荷的增加, 扭力杆产生扭转弹性变形, 二次减速器便产生摆动, 这时二次减速器箱底与事故支座间的间隙一侧减小, 另一侧增大。当外载荷达到3 倍额定力矩时, 间隙完全消除, 二次减速器箱底与事故支座相碰, 扭力杆的扭矩就不再增加。若载荷没有达到3倍额定力矩时间隙已经消除, 则二次减速器与事故支座相碰, 那么此时扭力杆就失去了柔性缓冲的作用;若载荷已经达到3倍额定力矩时间隙还没有消除, 则扭力杆就可能被损毁。因此, 必须要保证在载荷达到3倍额定力矩 (即事故状态) 时, 扭力杆装置与事故支座间间隙刚好消除。
在不影响计算精度的前提下, 考虑到扭力杆扭转角φ和间隙的变化量△h均很小, 可以假设:出钢侧与加料侧的上下部联接座均作垂直于地面的上下移动, 且两侧连接座的移动量相等, 如图3 (a) 所示。
其中, 在事故状态下, △h=h=13.5mm, L1=4000mm, L=5200mm代入式 (1) 可得d1=17.55mm, 即在事故状态下, 当间隙为设计值13.5mm时, 如果二次减速器箱底碰到事故支座, 则扭力杆装置一侧需下降的位移d1为17.55mm。
由于假设了两侧上下部联接座作垂直于地面的上下移动, 则二次减速器和上部联接座铰接处下降的位移d1与联接板和下部联接座铰接处下降的位移d2相等, 如图3 (a) 所示, 即:
由于联接板与扭力杆之间用键连接, 在倾动力矩作用下, 扭力杆扭转角φ就是联接板绕扭力杆转过的角度。此时联接板与下部连接座铰接处移动了一段弧形轨迹 (距离) , 该距离即d2, 如图3 (b) 所示。所以可得:
扭力杆的结构可以简化为阶梯轴, 分别计算每一部分的扭转角, 然后叠加计算整个扭力杆的扭转角, 则扭力杆扭转角φ=φ1+φ2, 其中φ1为扭力杆锥形段扭转角, φ2为扭力杆光轴段扭转角。
式中:r为联接板半径, r=560mm;D0为扭力杆锥形段小端直径, D0=380mm;D为扭力杆锥形段大端直径, D=520mm;m为扭力杆小端直径与大端直径之比, m=0.731;T为扭力杆的扭矩;l1为扭力杆两侧锥形段长度之和, l1=1400mm;l2为扭力杆光轴段长度, l2=1820mm;G为扭力杆材料 (34Cr Ni3Mo) 的剪切弹性模量, G=79.38×109N/m2;M为转炉的倾动力矩;L为两侧上下部联接座之间的距离, L=5200mm。
式 (1) ~ (7) 计算出的扭转角单位是弧度;式 (7) 中倾动力矩M的取值如图3所示。图4是依据参考文献通过相应的数值计算、建模及编程计算得到的转炉倾动力矩曲线[1]。图中计算出的倾动力矩没有考虑动载系数kd的影响, 额定力矩Mmax只有4217k N·m, 动载系数推荐值为1.05~1.8, 即:M计=kd·Mmax, 若取kd=1.54, 则额定力矩等于设计值6500k N·m。
为了方便倾动机构日常维护与检测, 根据该钢厂的要求, 需要建立倾动力矩与间隙的关系, 因此可以根据式 (1) ~ (7) , 计算出不同转炉倾动力矩对应的扭力杆的扭矩、扭力杆扭转角以及对应的二次减速器下降的位移d1、二次减速器箱底与事故支座间的间隙值△h。拟合生成转炉倾动力矩M与间隙h之间的关系曲线, 如图5所示。
图5表明当转炉倾动角度为54°, 即转炉倾动力矩达到最大值时, 二次减速器箱底与事故支座间的间隙最小, 大小为8.68mm, 在转炉冶炼一个周期过程中, 二次减速器箱底与事故支座都不会相碰, 能够起到很好的柔性缓冲的作用。即当设计间隙为13.5mm时, 扭力杆的柔性是可以满足要求的。
3 间隙变化的有限元计算
在额定力矩作用下 (M=650N·m) 和事故状态下 (M=1950N·m) , 通过有限元仿真, 将其理论计算结果对比, 分析在这两种倾动力矩下倾动力矩与间隙变化的关系。
在额定力矩作用下, 即M=650N·m, 加料侧上部联接座与二次减速器铰接处下降的位移d2为6.26mm, 如图6所示, 则事故支座与二次减速器底部之间的间隙为7mm, 因此二次减速器不会碰到事故支座。在事故状态下, 即M=1950N·m时, 加料侧上部联接座与二次减速器铰接处下降的位移d2为17.55mm, 如图7所示, 则事故支座与二次减速器底部之间的间隙为0mm, 因此可以保证二次减速器刚好可以碰到事故支座。
将以上有限元计算结果与理论计算结果加以对比, 可以发现, 有限元计算的结果与理论计算的结果相近, 且均证明了当设计间隙为13.5mm时, 在事故状态下二次减速器可以刚好碰到事故支座, 因此可以判断在转炉正常工作条件下扭力杆的柔性是可以满足要求的。
4 橡胶垫对扭力杆装置的影响
该厂转炉在出于安全性考虑的前提下, 在事故支座上加了较厚的一层橡胶垫, 这样可以达到保护扭力杆的目的。但是增加橡胶垫后, 二次减速器与事故支座间的设计间隙减小, 如果设计间隙过小, 当倾动力矩值远未达到最大值的3倍时, 此间隙就过早地被消除, 这样就会增大倾动机械传动零部件之间的冲击载荷, 以致损坏传动零部件。因此需要分析增加橡胶垫对间隙的影响并提出合理的建议。
设扭力杆联接点处的刚度系数为k, 则对应于驱动力矩M时两侧上部联接座与二次减速箱铰接点的位移分别为X、-X (此时悬挂齿轮箱底与一侧底座上的橡胶垫刚刚开始接触) , 如图8所示。
此时减速箱力矩平衡方程为:k X·L=M (8)
当驱动力矩产生增量△M时, 铰接点位移增量为△X、-△X, 橡胶垫的压缩量为
变换后得到
而现场检测到的总驱动力矩M正比于k (X+△X) ·L, 由于k1与橡胶垫的接触面积、橡胶垫原始厚度、橡胶垫材质及硬度有关, k1是一个较大的数值, 所以增加橡胶垫后检测到的倾动力矩数值 (扭力杆分担的力矩) 显著小于理论值, 极端情况下 (橡胶垫被完全压缩后, k1→∞) , 则倾动力矩检测值不变。
综上所述, 加了橡胶垫后扭力杆实际承受的倾动力矩比理论计算的值要小, 因此扭力杆分担的扭矩会减小且螺栓实际所受应力也会有所降低, 所以增加橡胶垫能够起到保护扭力杆及螺栓的作用。但根据现场观察, 该厂转炉事故支座上的橡胶垫较厚 (约8mm) , 导致二次减速器箱底与事故支座间的间隙小于设计值 (13.5mm) , 以至于在转炉每次倾动过程中, 二次减速器与事故支座上的橡胶垫都会接触, 增大了对倾动机构的冲击。
5 结论
由以上理论计算及有限元分析结果可得出以下结论:
(1) 理论和有限元计算结果均表明:当扭力杆装置与事故支座间隙为13.5mm时, 可以保证扭力杆有良好的柔性性能。
(2) 增加橡胶垫后扭力杆装置实际承受倾动力矩比理论计算的值要小, 因此橡胶垫能够起到保护扭力杆及螺栓的作用。
(3) 根据现场观察, 该厂转炉事故支座上的橡胶垫较厚, 以至于在转炉每次倾动过程中, 二次减速器与事故支座上的橡胶垫都会接触, 这样会增大倾动机构的冲击, 对倾动机构造成损害, 可以考虑将该厂事故支座上橡胶垫的厚度减小或不加橡胶垫。
参考文献
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柔性装置 篇6
关键词：柔性优化,功率随动,应用效果
1 构成及原理
1.1 构成
该技术体系由三部份组成:控制柜部份、传感器部份、中央控制部份。
1.1.1 控制柜部份
控制柜部份由两个系统组成:
(1) 工频运行系统:由空气开关、接触器、电机保护器组成。主要功能是实现系统的常规工频运行, 起到替补作用。
(2) 柔性运行随动控制系统:主要由多功能电脑控制单元、电机随动驱动器、以及运动状态传感器组成。主要功能是使电机随动驱动器根据多功能电脑控制器下达的优化运行指令, 调控电机在曲柄不同位置的速度与功率、以及光杆在不同位置的速度与加速度。
1.1.2 传感器部份
主要安装有电机轴角位移传感器和曲柄角位置传感器。电机轴角位移传感器主要监测角位移、角速度及角加速度;曲柄角位置传感器主要监测曲柄位置。
1.1.3 中央控制部分
(1) 硬件系统是指主控微机系统;
(2) 软件系统是由以下两部份组成:
(1) 整体优化运行控制软件;
(2) 运行过程执行软件。实现传感器信号采集、系统力学状态分析, 生成电机在曲柄不同转角处的速度与功率调整、光杆不同位置时电机速度与加速度调整之间的优化运算及运行指令生成、下达。
1.2 工作原理
该技术在启动过程中, 利用其所特有的功率随动控制技术实现了完全软启动, 即电机的转速和转矩由0逐渐上升至运行常态, 电流保持与输出转矩同比调控, 启动过程的功率也由0逐渐上升至运行值, 从而保证了抽油机的平滑启动。其结果是启动电流、启动功率大幅度下降。
在运转过程中, 当抽油机扭矩负荷较大时, 电机以较低的角速度和角加速度 (小功率) 运行, 以提供运行所需的大扭矩, 当抽油机扭矩负荷较小时, 电机以较高的角速度和角加速度 (大功率) 运行, 以积蓄能量在抽油机扭矩负荷较大时得以释放。从而使电机整体的工作电流、功率与工频运行时对比有较大幅度的下降 (最为明显的是峰值功率、电流的下降) , 功率和电流均表现出非常明显的均衡分布特征。
2 效果分析
2.1 节能效果对比分析
现场应用对比17口井, 应用该技术, 在冲次下降0.84min-1 (下降12.13%) 情况下, 实现产液上升3.36t/d (上升幅度8.33%) ;沉没度基本稳定, 有功功率下降2.53k W (有功节电24.35%) , 功率利用率下降6.84个百分点 (下降24.35%) , 折算当量功率下降3.09 k W (综合节电率26.27%) , 吨液百米耗电下降1.00 k Wh (下降幅度50.97%) , 系统效率上升10.25个百分点 (上升幅度37.43%) 。应用该技术见到了产液量上升, 沉没度稳定, 消耗功率下降, 系统效率上升。吨液百米耗电下降。
2.2 启动功率、电流对比分析
为进一步对比该技术柔性起动的能力, 对其中6口井进行了启动电流、启动功率进行对比测试, 现场测试结果表明, 启动电流与启动功率明显下降。
从测试数据的对比, 6口井启动功率的峰值比为9.56:1;启动电流的峰值比为17.87:1。产生这一现象的原因可用公式进行描述。
对于抽油机而言, 其启动过程需要的是较大的启动扭矩。由于柔性启动过程使用其所特有的功率随动控制技术, 即电机的转速和转矩由0逐渐上升至运行常态。电流保持与输出转矩同比调控, 启动过程的功率也由0逐渐上升至运行值, 从而保证了抽油机的平滑启动。其结果是启动电流、启动功率大幅度下降。也就是说, 柔性启动是以电机低转速转动获得大扭矩;而对于工频状态下的启动, 转速瞬间内就达到电机的额定转数, 因而只能以大功率获得大扭矩。
2.3 运行功率、电流对比分析
为进一步对比该技术工作的能力, 对其中6口井进行了运行电流、运行功率进行对比测试, 现场测试结果表明, 运行功率与运行电流明显下降。从测试数据的对比, 6口井运行功率的峰值比为2.59∶1;运行电流的峰值比为2.56∶1。
通过观察该装置的运行状况可以得出, 所有的22口井在运行过程中, 其工作频率范围为33Hz~50Hz之间, 而且在工作过程中的工作频率自始至终在有规律 (每个冲次对应转角的工作频率相同) 的变化, 因而可以得出, 电机在重载情况下以较低的转速运行, 并以较低的功率提供较大的扭矩;在轻载情况下以较高的转速运行, 并提供较高的功率。如此工作, 起到了削峰填谷的作用, 同时消除了负功, 使电机在较高的效率下工作。
2.4 不同沉没度井现场应用效果
以沉没度小于150m、150~350 m、大于350 m三种情况对该技术应用效果进行对比分析, 从对比结果可以得出, 无论沉没度如何, 应用该技术均可见到有功功率下降、无功功率下降、折算当量功率下降, 吨液百米耗电下降、系统效率上升的效果。
3 论与认识
(1) 该技术通过监测电机角位移、角速度及角加速度、曲柄死点位置及电机本身的电参数信号, 经过系统的运算制定光杆不同位置与电机功率、角速度之间的运行制度, 实现了抽油机井柔性变速启动, 使电机启动功率与工频状态对比, 启动峰值功率下降9.56倍、峰值电流下降17.87倍;
(2) 该技术在运行过程中, 能够跟踪负载变化, 适时调整电机转数、电机运行功率, 起到“削峰填谷”的作用, 与工频运行对比, 峰值功率下降2.59倍, 峰值电流下降2.56倍, 且曲线较为平缓。
(3) 现场应用, 在冲次下降0.84min-1 (下降12.13%) 情况下, 实现产液上升3.36t/d (上升幅度8.33%) , 有功功率下降2.53k W (有功节电24.35%) , 折算当量功率下降3.09 k W (综合节电率26.27%) , 吨液百米耗电下降1.00 k Wh (下降幅度50.97%) , 系统效率上升10.25个百分点 (上升幅度37.43%) 。
(4) 由于实现优化运行, 与工频对比, 提高了抽油泵的充满程度, 减少了游动凡尔的漏失。
参考文献
柔性装置 篇7
随着卷烟生产日益自动化, 条烟输送系统在各卷烟厂已经成为生产设备的标准配置, 其输送通道基本都是采用可转弯高分子工程塑料链带, 动力驱动装置采用单电机连接一条长轴刚性带动多个链轮, 拖动多条输送通道 (图1、图2) 。
可转弯高分子工程塑料链带因其材料特性, 所能承受的额定拉力一般在400~500 kg, 极限拉力一般不超过800 kg, 且不能承受较大的冲击负载, 动力驱动电机需要安装变频调速装置或软启动器来实现输送链带软启动以及软停车。
单电机同时驱动多条输送通道, 虽然设备结构简单、占用空间小;动力源少, 维护方便;控制系统简单, 节省投资, 但同时有如下问题: (1) 由于可转弯高分子工程塑料链带需要软启动和停止, 单电机刚性动力装置不能实现每组输送线中任一单道输送线的自动启动、停止, 且必须在整组输送线停机后进行手动设置才可以离合某条单道输送线; (2) 当生产过程中发生故障或者其他原因需要停止其中某条输送线通道时, 必须整组输送线一同停机, 再手动操作分离需要停止运行通道的离合器, 然后才能重新由慢到快地启动输送系统; (3) 某一输送线出现问题可能导致故障被扩大化, 影响到其他输送通道正常运行, 打乱正常生产秩序, 同时增加维修难度, 维修效率降低。
卷烟企业订单化生产系统越来越严谨, 生产秩序被打乱非常不利于企业生产的计划和安排。因此, 设计一种既有单电机刚性驱动多线输送通道的优点, 又可实现每组输送线中任一单道输送线的独立自动柔性启动、停止的装置, 是非常必要的。
二、单道离合条烟输送线动力柔性控制装置
1. 设计目的
(1) 实现多线条烟输送线中单通道自动离合, 且离合过程能够满足工程塑料链带、链板柔性启动和柔性停车的要求。
(2) 可以保证系统长时间无故障运行, 尽可能采用标准零件。
(3) 可以直接替换现有的输送线单电机多线动力装置, 便于改造及布局。
2. 构成
该装置主要由6个部件构成 (图3) : (1) 机架, 用以支撑和安装电机、传动轴、导轮轴、护罩、护板及吊装码、输送线的连接; (2) 动力, 包括主电机与从电机; (3) 主动轮轴, 主动链轮带动输送链带作输送运动, 主动链轮、滚子链轮与电磁离合器组装, 起离合作用; (4) 从动轴, 轴上的滚子链轮与主动轴连动, 滚子链轮与电磁离合器组装, 起离合作用; (5) 导轮, 实现输送链带的导向; (6) 底板护板, 防止物体脱落、掉下和防尘, 同时起人行通道安全防护作用。
3. 控制原理
单道离合条烟输送线动力驱动装置通过主电机、辅助电机和离合器之间的传动转换实现多线链式输送机中单一输送线的启停 (图4) 。
(1) 输送系统需要正常启动时, 主离合器接合、辅助离合器断开, 主电机以正常运行速度启动, 通过变频器控制带动驱动装置控制的所有输送通道缓慢启动, 这时设备投入正常运行。
(2) 当输送线正常工作后, 若要停止其中某条单一或多道输送线时, 辅助电机在变频控制下快速启动, 当辅助电机转速达到与主电机转速一致时, 对应通道的主离合器断开、辅助离合器结合, 通过辅助电机缓慢减速实现对应的输送线停止, 其余输送线由主电机带动继续运行。
(3) 系统正常运行时若要启动原本停止的任一输送线, 只需对应输送通道的辅助离合器结合, 随后辅助电机缓慢启动, 当主电机和辅助电机转速相同时, 主离合器开始结合, 辅助离合器开始脱离, 完成某一输送线启动工作。
(4) 输送线的启、停操作通过在每个动力头位置的PLC控制柜进行自动控制, 并通过PLC的联网运行, 可以通过遥控实现远程操作。
三、应用及效果
(1) 通过主电机、辅助电机和离合器的有机结合, 实现多条同时运行的输送带中任意一条实现单道离合, 柔性控制启动或停止, 避免离合控制时对输送链带的刚性冲击。离合器动作时, 主动盘和从动盘间相对转速均为零转差动作, 有效地避免了离合过程对离合器本体的冲击和磨损, 离合器可以长时间无故障、免维护运行。
(2) 多线同时控制的刚性驱动装置, 排除故障时需停止驱动装置带动的所有输送设备, 单道离合条烟输送线动力驱动装置为柔性控制, 排查故障时只需停止故障输送线, 维修目的明确, 实施方便, 维修时间明显减少;某一输送线发生故障时仅需停止故障输送线, 其他输送线可正常运行, 消除因单一输送线故障对整个输送系统的影响;某道输送线的下道工序出现故障时, 可柔性控制其单一输送线的停止, 避免故障扩大化, 防止生产秩序被打乱。
(3) 实现自动化控制, 驱动装置在启、停时完全由控制系统实现, 自动化程度提高, 操作简单, 且可远程控制。
实践表明, 改造后条烟输送线动力驱动装置运行效果良好, 达到了预期目的, 对比结果见表1。
单道离合条烟输送线动力驱动装置经过改造, 条烟输送系统自动化控制程度明显提升。其柔性控制、单道离合技术安全可靠、方便实用, 且过程全部实现自动化控制, 降低了操作的复杂程度;单道离合驱动装置能够针对性的排除故障, 维修难度明显降低, 减少了维修时间, 提高了企业生产效率和整个物流输送系统的自动化程度, 给企业带来了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
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