李德祥，苑明華，王玉榮，陸小平

作為水泥生產(chǎn)線的主機(jī)設(shè)備之一，VRM系列輥磨主要用于水泥生料和水泥熟料及礦粉的粉磨，VRM系列輥磨結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。其中，液壓系統(tǒng)用于為磨輥提供粉磨壓力，由液壓缸、蓄能器組、管路系統(tǒng)及液壓站等組成，蓄能器組包含有桿腔蓄能器和無(wú)桿腔蓄能器。

1 蓄能器壓力的計(jì)算方法

以活塞上下運(yùn)動(dòng)的中心位置作為液壓缸正常工作的位置，活塞桿上下運(yùn)動(dòng)的值為ΔL，當(dāng)液壓缸向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)距離為，此時(shí)有桿腔的容積縮小，縮小的數(shù)值ΔV有上=×S有，有桿腔壓力達(dá)到最大值P有工max；無(wú)桿腔的容積擴(kuò)大，擴(kuò)大的數(shù)值為ΔV無(wú)上=S無(wú)，無(wú)桿腔壓力達(dá)到最小值P無(wú)工min；當(dāng)液壓缸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)距離為，此時(shí)有桿腔的容積擴(kuò)大，擴(kuò)大的數(shù)值ΔV有下=×S有，有桿腔壓力達(dá)到最小值P有工min；無(wú)桿腔的容積縮小，縮小的數(shù)值為 ΔV無(wú)下=×S無(wú)，無(wú)桿腔壓力達(dá)到最大值P無(wú)工max。

由于活塞桿波動(dòng)速度快，蓄能器在工作時(shí)，氣體的變化按照絕熱狀態(tài)處理，PVγ=常數(shù)，對(duì)于氮?dú)?，?1.4。

圖1 VRM系列輥磨結(jié)構(gòu)示圖

1.1 有桿腔壓力計(jì)算

根據(jù)氣體方程：

式中：

V有充——有桿腔蓄能器充氣體積

V有工——有桿腔蓄能器工況體積

P有充——有桿腔充氣壓力

P有工——有桿腔正常工作壓力

T有工——有桿腔工作溫度

T有充——有桿腔充氣溫度

V有——有桿腔蓄能器體積

式中：

f有——有桿腔蓄能器充壓系數(shù)

P有——有桿腔設(shè)定工作壓力

當(dāng)V有工＜V有時(shí)，

V有工max=V有工+ΔV有下

V有工min=V有工-ΔV有上

當(dāng)V有工max＜V有時(shí)，

P有工max=P有工×（V有工/V有工min）γ

P有工min=P有工×（V有工/V有工max)γ

當(dāng)V有工max≥V有時(shí)（氣體體積超出蓄能器額定體積），

P有工max=P有工×（V有/V有工min）γ

P有工min=0

式中：

V有工max——有桿腔蓄能器工況最大體積

ΔV有上——活塞桿上行時(shí)有桿腔體積變化

V有工min——有桿腔蓄能器工況最小體積

ΔV有下——活塞桿下行時(shí)有桿腔體積變化

P有工min——有桿腔最小工作壓力

P有工max——有桿腔最大工作壓力

當(dāng)V有工≥V有時(shí)（氣體體積超出蓄能器額定體積，此時(shí)，蓄能器提供的液壓油不能滿足活塞運(yùn)動(dòng)需要的液壓油），

V有工min=V有-V有上

P有工max=P有充×（V有/V有工min）γ

P有工min=0

1.2 無(wú)桿腔壓力計(jì)算

根據(jù)氣體方程：

式中：

V無(wú)工——無(wú)桿腔蓄能器工況體積

P無(wú)充——無(wú)桿腔充氣壓力

P無(wú)工——無(wú)桿腔正常工作壓力

T無(wú)工——無(wú)桿腔工作溫度

T無(wú)充——無(wú)桿腔充氣溫度

V無(wú)——無(wú)桿腔蓄能器體積

式中：

f無(wú)——無(wú)桿腔蓄能器充壓系數(shù)

P無(wú)——無(wú)桿腔設(shè)定工作壓力

當(dāng)V無(wú)工＜V無(wú)時(shí)，

V無(wú)工max=V無(wú)工+ΔV無(wú)上

V無(wú)工min=V無(wú)工-ΔV無(wú)下

當(dāng)V無(wú)工max＜V無(wú)時(shí)，

當(dāng)V無(wú)工max≥V無(wú)時(shí)（氣體體積超出蓄能器額定體積），

式中：

V無(wú)工max——無(wú)桿腔蓄能器工況最大體積

ΔV無(wú)上——活塞桿上行時(shí)無(wú)桿腔體積變化

V無(wú)工min——無(wú)桿腔蓄能器工況最小體積

ΔV無(wú)下——活塞桿下行時(shí)無(wú)桿腔體積變化

P無(wú)工max——無(wú)桿腔最大工作壓力

P無(wú)工min——無(wú)桿腔最小工作壓力

當(dāng)V無(wú)工≥V無(wú)時(shí)（氣體體積超出蓄能器額定體積，此時(shí)蓄能器提供的液壓油不能滿足活塞運(yùn)動(dòng)需要的液壓油），

P無(wú)min=0

1.3 受力計(jì)算

式中：

F有——有桿腔產(chǎn)生的力

S有——有桿腔面積

式中：

D——液壓缸直徑

d——活塞桿直徑

式中：

F有max——有桿腔產(chǎn)生的最大力

式中：

F有min——有桿腔產(chǎn)生的最小力

式中：

F無(wú)——無(wú)桿腔產(chǎn)生的力

式中：

F無(wú)max——無(wú)桿腔產(chǎn)生的最大力

S無(wú)——無(wú)桿腔面積

式中：

F無(wú)min——無(wú)桿腔產(chǎn)生的最小力

式中：

式中：

F液——液壓缸產(chǎn)生的力

式中：

F液max——液壓缸產(chǎn)生的最大力

式中：

F液min——液壓缸產(chǎn)生的最小力

式中：

P比壓——物料受到的比壓

L缸——液壓缸相對(duì)搖臂軸的力臂

G輥——磨輥?zhàn)灾禺a(chǎn)生的粉磨力

L輥——磨輥相對(duì)搖臂軸的力臂

d輥——磨輥直徑

B輥——磨輥寬度

式中：

P比壓max——物料受到的最大比壓

式中：

P比壓min——物料受到的最小比壓

式中：

α比壓——比壓變化相對(duì)正常比壓的變化率

將相關(guān)參數(shù)展開后，α比壓的表達(dá)式為：α比壓={[（P有工max×S有-P無(wú)工min×S無(wú)）×k+G輥]/（d輥×B輥）-[（P有工min×S有-P無(wú)工max×S無(wú)）×k+G輥]/（d輥×B輥）}/P比壓

其 中 ，P有工max、P有工min、P無(wú)工max、P無(wú)工min的數(shù)值由1.1節(jié)和1.2節(jié)的方法計(jì)算獲得。

圖2 有桿腔蓄能器選型計(jì)算圖

2 蓄能器的選型計(jì)算

根據(jù)上述公式對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行選型計(jì)算，并就相關(guān)參數(shù)對(duì)粉磨力的影響進(jìn)行分析（以西普集團(tuán)的VRMR360.4輥磨為例）。

根據(jù)磨輥需要的粉磨力選擇液壓缸規(guī)格為：液壓缸直徑D=420mm，活塞桿直徑d=220mm，液壓缸相對(duì)搖臂軸的力臂L缸=1.413m，磨輥相對(duì)搖臂軸的力臂L輥=1.621m，磨輥直徑d輥=1.85m，磨輥寬度B輥=0.67m，磨輥?zhàn)灾禺a(chǎn)生的粉磨力G輥=171kN。

2.1 有桿腔蓄能器選型

取ΔL=6mm，f=0.7，有桿腔蓄能器以αF有=10%為選型依據(jù)。根據(jù)1.1節(jié)和1.3節(jié)提供的計(jì)算方法可得 ΔV有上=3.02L，ΔV無(wú)上=4.16L，ΔV有下=3.02L，ΔV無(wú)下=4.16L；V有和αF有的數(shù)值關(guān)系見圖2。

由圖2可知，當(dāng)αF有=10%時(shí)，V有可取120L。

2.2 無(wú)桿腔蓄能器選型

以α比壓的數(shù)值為選型依據(jù)，α比壓可控制在10%～15%之間。

采用P無(wú)=0.1×P有，P比壓=500kN/m2，計(jì)算可得P有工=5.94MPa，P無(wú)工=0.594MPa。V無(wú)選擇不同數(shù)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的α比壓見圖3。根據(jù)α比壓的變化趨勢(shì)，結(jié)合蓄能器樣本，可選取V無(wú)=50L。

3 工況探討

3.1 相同比壓下不同無(wú)桿腔工作壓力時(shí)，無(wú)桿腔蓄能器體積對(duì)α比壓的影響

在相同的工作比壓下（P比壓=500kN/m2），使用不同的無(wú)桿腔工作壓力時(shí)（P無(wú)工=0.1P有工=0.594MPa，P無(wú)工=0.15P有工=0.891MPa，P無(wú)工=0.2P有工=1.188MPa，P無(wú)工=2MPa），根據(jù)上述計(jì)算方法計(jì)算的不同體積的蓄能器的α比壓的結(jié)果見圖4。

由圖4可知，相同的無(wú)桿腔壓力下，V無(wú)值越大，α比壓越小，且變化幅度越來(lái)越小，當(dāng)V無(wú)值增大到一定程度時(shí)，α比壓的數(shù)值或變化率達(dá)到工程使用要求時(shí)（α比壓=10%～15%）即可作為選型依據(jù)。

圖3 無(wú)桿腔蓄能器選型計(jì)算圖

圖4 相同比壓下無(wú)桿腔工作壓力不同時(shí)，無(wú)桿腔蓄能器體積對(duì)α比壓的影響

3.2 相同比壓下不同無(wú)桿腔蓄能器體積時(shí)，無(wú)桿腔工作壓力對(duì)α比壓的影響

在相同的工作比壓下（P比壓=500kN/m2），根據(jù)上述計(jì)算方法計(jì)算的不同體積的蓄能器，使用不同的無(wú)桿腔壓力時(shí)的α比壓結(jié)果見圖5。由圖5可見，相同的蓄能器在使用不同的無(wú)桿腔壓力時(shí)，無(wú)桿腔壓力越大，α比壓越大，且蓄能器體積越小，α比壓的變化值越大。在實(shí)踐中，若液壓系統(tǒng)的蓄能器選型較小時(shí)需采用較低的P無(wú)工，使磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 不同體積無(wú)桿腔蓄能器P無(wú)工=0.1P有工時(shí)，不同工作比壓對(duì)α比壓的影響

不同體積的蓄能器，P無(wú)工=0.1P有工，根據(jù)上述計(jì)算方法計(jì)算的使用不同的工作比壓時(shí)的α比壓結(jié)果見圖6。由圖6可見，相同體積的蓄能器在不同P比壓下使用時(shí)，P比壓越大，α比壓越大，且蓄能器體積越小，α比壓越大。

圖5 相同比壓下無(wú)桿腔蓄能器體積不同時(shí)，無(wú)桿腔工作壓力對(duì)α比壓的影響

圖6 不同體積的無(wú)桿腔蓄能器P無(wú)工=0.1P有工時(shí)，不同工作比壓對(duì)α比壓的影響

3.4 不同體積蓄能器使用不同充壓系數(shù)對(duì)α比壓的影響

不同體積蓄能器使用不同充壓系數(shù)時(shí)的α比壓根據(jù)上述計(jì)算方法計(jì)算的結(jié)果見圖7、圖8。由圖7、8可知，相同的V無(wú)下，P比壓越大，α比壓越大；相同的P比壓下，f值越大，α比壓越小。在圖7中，f=0.8時(shí)的α比壓比f(wàn)=0.9時(shí)的α比壓小，這是因?yàn)楫?dāng)V無(wú)=25L，f=0.9時(shí)，液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，V無(wú)工＞V無(wú)，P無(wú)min=0；相同的f值，且沒(méi)有出現(xiàn)V無(wú)工＞V無(wú)時(shí)，相同的P比壓，V無(wú)越小，α比壓越大。

4 結(jié)論

圖7 V無(wú)=50L時(shí)，不同充壓系數(shù)下，工作比壓對(duì)α比壓的影響

圖8 V無(wú)=25L時(shí)，不同充壓系數(shù)下，工作比壓對(duì)α比壓的影響

在相同的工作比壓和相同的無(wú)桿腔壓力下，V無(wú)值越大，α比壓越小，且變化幅度越來(lái)越小，當(dāng)V無(wú)值增大到一定程度時(shí)，達(dá)到工程使用要求的α比壓數(shù)值即可作為選型依據(jù)；在相同的工作比壓下，相同的蓄能器在使用不同的無(wú)桿腔壓力時(shí)，無(wú)桿腔壓力越大，α比壓越大，且蓄能器體積越小，α比壓值的變化越大。在實(shí)踐中，若液壓系統(tǒng)的蓄能器選型較小時(shí)，應(yīng)采用較低的P無(wú)工，使磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定；相同體積的蓄能器在不同P比壓下使用時(shí)，P比壓越大，α比壓越大；相同的P比壓下，不同體積蓄能器的體積越小，α比壓越大；相同的V無(wú)，P比壓越大，α比壓越大；相同的V無(wú)，相同的P比壓，f值越大，α比壓越小。相同的V無(wú)，相同的f值，且沒(méi)有出現(xiàn)V無(wú)工＞V無(wú)時(shí)，相同的P比壓，V無(wú)越小，α比壓越大。