大型磨机静压轴承液压站备用泵在线切换系统的设计

大型磨机静压轴承液压站备用泵在线切换系统的设计

研磨机、自磨机等磨损设备是研磨过程中的重要核心设备。它的正常工作直接决定了整个生产线的正常运行。大型磨机主轴承都采用静压轴承,静压轴承液压站使千吨级的中空轴连续浮起在油膜上,轴承表面处于液体润滑状态,大大降低了摩擦因数,延长了轴瓦和中空轴的使用寿命1系统设计1.1扩大液压站内油液过滤和冷却的应用静压轴承液压站一般由主轴承高压供油系统、低压循环系统和小齿轮润滑供油系统组成。主轴承高压供油系统向磨机两端的主轴承输送高压油,使磨机的主轴浮起,在主轴与轴瓦之间形成一定厚度的油膜,以起到静压支撑、降低摩擦阻力的作用,避免主轴和轴瓦的直接接触而造成烧瓦事故;低压循环系统对液压站内油液进行循环过滤和冷却;小齿轮润滑供油系统向小齿轮轴承提供润滑油,对小齿轮轴承进行润滑冷却。液压站设有压力、温度、液位、流量和滤油器压差等监控及保护。以某球磨机静压轴承液压站为例,笔者设计的主轴承高压供油回路中的备用泵在线切换系统原理如图1所示。其中由2个工作泵、1个备用泵、电磁溢流阀、蓄能器和插装阀等液压元件构成了备用泵的在线切换系统。当工作泵发生故障,系统流量下降时,通过主油路中插装阀的开启,可使备用泵接替工作泵工作,蓄能器在切换过程中起到吸收流量压力冲击和缓冲补油的作用,使切换过程平稳过渡,将磨机主轴承浮起量的波动降至最低,保证静压轴承中形成连续稳定的油膜,减缓轴承载荷冲击,使整条磨机生产线正常连续运行。1.2ab口插装阀磨机静压轴承液压站正常工作时,每个工作泵的流量为140L/min,静压轴承油腔压力为6MPa,油膜厚度为0.25mm,每个轴承外载荷为5200kN。本系统选用的插装阀中,插装件阀芯面积比为14.3∶1(环形面积7%,一般用于A→B方向导通,B→A方向导通时开启压力为A→B的15倍),控制盖板为带集成梭阀的控制盖板,此种配合可使插装阀无论A、B口有否压力与大小,一般情况下只能A→B单向导通。系统选用的囊式蓄能器公称容积为4L,充气压力为4.5MPa。选用了电磁溢流阀替换普通安全阀,可使电机泵装置空载启动和停机泄压,减小液压泵启动压力冲击,保护泵内密封,且电动机提前启动达到额定转速后,通过电磁阀的切换可使系统快速建立压力。2asesim建模2.1等效试验法静压轴承油腔的承载能力可用压力分布为矩形棱锥体的体积表示。为了简化计算,可用一体积与棱锥体体积相等,且与棱体等高的等效立方体来计算承载能力。按此方法,对于中间无溢流沟双腔径向静压轴承的当量承载面积,可用图2中双点划线包围区(投影面积)表示,承载面积分3部分计算,然后相加所以当量承载面积2.2平板间隙内的黏度的测量静压轴承油膜间隙中的液体流动规律,可用平行平板之间流动的流量和液阻来等效计算。平行平板间隙流动如图3所示。假设平板的宽度为b,平板长度为L,平板之间的间隙为h,平板流体流出端的压力P根据流体力学平行平板间隙内的黏性流体流动理论从式(2)可以看出,流量Q与间隙h的三次方成正比;因此,可以用一开度可调的节流阀模拟静压轴承的液阻,且开度变化规律与轴承间隙h的三次方成正比。2.3静压轴承系统的模拟模型根据新型设计方案和原理,静压轴承备用泵在线切换系统(其中一端)在AMESim软件中的仿真模型如图4所示3模拟分析3.1使备用泵拼接工作泵假设工作泵的流量逐渐下降20%,当检测到的流量信号达到最低设定值后,依次启动备用泵、电磁溢流阀和插装阀等元件,使备用泵接替工作泵工作。将此种新型含有蓄能器的切换方案和无蓄能器且油泵电动机直接带载启动的方案进行对比,主轴承油膜厚度的波动如图5所示,可见含有蓄能器的切换方案在切换过程中油膜厚度波动非常小,因蓄能器的作用并未造成两泵共同供油时的流量冲击,磨机主轴承的浮起量平稳回到正常值,确保了磨机大小齿轮传动间隙的稳定及连续正常运转。3.2备用泵出口压力波动冲击在切换过程中,有无蓄能器两种方案中的静压轴承油腔压力冲击如图6所示,备用泵出口的压力波动冲击如图7所示,可见有蓄能器的切换方案使静压轴承的油腔压力和备用泵出口压力冲击大大降低,未出现瞬时压力冲击,轴承的承载能力稳定,液压泵启动压力冲击小,过渡平稳。4液压系统仿真模型的建立及仿真验证(1)设计了一种新型的磨机静压轴承液压站备用泵在线切换系统。(2)基于AMESim软件建立了磨机静压轴承的模型和液压系统的仿真模型,通过仿真分析可知,新型的备用泵在线切换系统可使切换平稳过渡,静压轴承油膜厚度波动和系统的压力冲击大大降低,能够满足实