液壓驅動(dòng)生物質(zhì)成型機機械系統設計

　　液壓驅動(dòng)生物質(zhì)成型機機械系統設計【1】

　　摘要：文章提出了一種以液壓驅動(dòng)雙活塞雙向壓縮為核心，兩級預壓為輔，對生物質(zhì)進(jìn)行壓縮成型的機械系統方案。

　　根據該方案用分模塊設計方法，對該系統展開(kāi)了詳細的結構設計，成功研制出一套以液壓驅動(dòng)雙向活塞雙向沖壓成型的生物質(zhì)成型機機械系統。

　　關(guān)鍵詞：生物質(zhì)液壓成型機;雙活塞雙向成型三級壓縮

　　0　引言

　　生物質(zhì)能是僅次于石油、天然氣和煤炭而居于世界能源消費總量第四位的可再生資源，生物質(zhì)能在整個(gè)能源系統中占有重要地位，有可能成為未來(lái)可持續能源系統的重要組成，在20世紀40年代生物成型技術(shù)出現研究熱潮，把生物質(zhì)粉碎、擠壓成型成為相關(guān)學(xué)者研究熱點(diǎn)。

　　生物質(zhì)成型機在這樣的背景下產(chǎn)生。

　　本文以農作物秸稈為生物質(zhì)原料，研究了一種以液壓驅動(dòng)雙活塞雙向沖壓成型的生物質(zhì)成型機機械系統，對提高生產(chǎn)率具有重要意義。

　　1　液壓驅動(dòng)生物質(zhì)成型機機械系統結構設計

　　本文用分模塊設計方法，按作用將成型機機械系統劃分成五個(gè)模塊，各模塊來(lái)同步設計，對縮短成型機設計和安裝周期具有重大意義。

　　1.1　主壓裝置是成型機機械系統核心，是生物質(zhì)原料沖壓成型的主要動(dòng)力原件

　　根據相關(guān)生物質(zhì)成型機專(zhuān)家和學(xué)者實(shí)驗研究表明：在一定范圍內，成型壓力與成型密度呈正相關(guān)系，成型密度隨著(zhù)壓力的增大而增大，所以調高成型壓力，一定程度上提高了生產(chǎn)率。

　　F=PAη=P(S1-S2)η=P(∏d2/4-D2/4)η

　　(1)式中F–生物質(zhì)成型壓力;P—單活塞活動(dòng)工作壓力;

　　A—活塞有效工作面積;S1—液壓缸內徑橫截面積

　　S2—活塞桿橫截面積;η—液壓油缸機械效率

　　d—液壓缸內徑　D—活塞桿外徑

　　根據(1)公式可知：設計雙缸雙活塞雙向沖壓結構，增大了活塞有效工作面積，在液壓缸體積和單活塞工作壓力一定條件下，提高了成型壓力，對提高生產(chǎn)率具有重要意義。

　　為此，根據成型機整體體積和布局要求，主壓裝置設計成液壓驅動(dòng)雙液壓缸串聯(lián)雙活塞雙向沖壓結構，具體結構如圖所示。

　　1.2　成型裝置設計

　　成型裝置是生物質(zhì)原料加熱和成型的主要構成，改裝置的設計是否合理，直接影響系統能耗和原料成型質(zhì)量。

　　為了提高加熱系統熱利用率，成型裝置利用保溫棉提高保溫效果。

　　由于生物質(zhì)原料中存在水分，溫度過(guò)高，生物質(zhì)在干餾過(guò)程中易產(chǎn)生高壓蒸氣，會(huì )發(fā)生“放氣”和“放炮”現象，中斷成型，在成型安置的錐套上設計排氣小孔，可以降低筒內水蒸汽的壓力，減少“放氣”和“放炮”現象。

　　為了工作安全，在成型裝置外表面設計了防護蓋，避免了生物質(zhì)成型過(guò)程中高壓水蒸汽及成型棒傷及工作人員。

　　1.3　兩級預壓裝置設計

　　由于農作物秸稈加工前密度很小，為了提高生產(chǎn)率，需在單位時(shí)間內一次增加原料壓縮量，一次增加原料增加量途徑有兩種：增加原料密度或增加原料進(jìn)給量。

　　增加原料密度，需要對原料進(jìn)行預壓。

　　增加原料進(jìn)給量需要原料多次進(jìn)給或增大進(jìn)料倉體積。

　　分析這兩種途徑，增大原料密度意義較大，為此該成型機機械系統中設計了兩級預壓裝置。

　　1.4　液壓驅動(dòng)生物質(zhì)成型機機械系統總設計圖如下：

　　2　結語(yǔ)

　　本文設計了一種以液壓驅動(dòng)雙活塞雙向壓縮成型為核心，螺旋預壓裝置和水平液壓預壓裝置為輔的生物質(zhì)成型機機械系統，用分模塊設計方法，按作用將成型機機械系統進(jìn)行模塊劃分，并使用AutoCAD、UG等相關(guān)機械設計軟件輔助，分別對各模塊同步進(jìn)行詳細結構設計，最后各模塊組合出成型機的機械系統。

　　該設計方法提高了成型機設計質(zhì)量，縮短了設計和安裝周期。

　　根據成型壓力和活塞工作壓力關(guān)系：F=PAη，可知在液壓缸體積和活塞工作壓力一定條件下，增大活塞有效工作面積，能有效提高生物質(zhì)成型壓力，一定程度上提高了生產(chǎn)率。

　　液壓機械系統常見(jiàn)故障【2】

　　【摘 要】為提高液壓機械系統的使用效率并延長(cháng)其使用壽命，在其故障時(shí)應采取相應的故障診斷技術(shù)，為確保維修質(zhì)量提供相應的保障。

　　【關(guān)鍵詞】常見(jiàn)故障;診斷技術(shù)

　　0 前言

　　液壓機械系統在使用中，由于受工作環(huán)境，作業(yè)時(shí)間，生產(chǎn)任務(wù)等因素的影響，而造成故障多發(fā)，由于產(chǎn)生故障的原因是多方面的，因此故障的判斷和排除也較為復雜，要做好故障診斷工作，首先要做到熟悉液壓元件的工作特性和液壓系統的結構，工作原理，掌握液壓元件，輔件，系統的配置關(guān)系及工作條件和環(huán)境要求。

　　其次是建立健全設備技術(shù)狀況檢查，維護，修理制度和故障技術(shù)檔案，積累數據和設備運轉記錄。

　　還應熟悉各類(lèi)液壓元件的故障現象及故障檢查方法，同時(shí)要有一定的現場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗和設備管理知識，在實(shí)踐中不斷總結提高。

　　還應熟悉和運用液壓系統故障診斷分析方法并合理選用，具備必要的檢測儀器和一定的檢測手段，注意學(xué)習和應用現代先進(jìn)的診斷技術(shù)。

　　1 液壓機械系統常見(jiàn)故障

　　通過(guò)實(shí)際調查分析歸納出液壓機械系統常見(jiàn)故障如下：溫度過(guò)高，主要原因有油粘度過(guò)高、內泄嚴重、冷卻器堵塞、泵修理后性能差及油位低、壓力定值過(guò)大、摩擦損失大。

　　液壓系統的零件因過(guò)熱而膨脹，破壞了相對運動(dòng)零件原來(lái)正常的配合間隙，導致摩擦阻力增加、液壓閥容易卡死，同時(shí)，使潤滑油膜變薄、機械磨損增加，結果造成泵、閥、馬達等的精密配合面因過(guò)早磨損而使其失效或報廢。

　　因為潤滑不良、摩擦阻力變化、空氣進(jìn)入、壓力脈沖較大或系統壓力過(guò)低、閥出現故障、泄漏增大、別勁、燒結造成的執行機構運動(dòng)速度不夠或完全不動(dòng)。

　　因為泵不供油、油箱油位過(guò)低吸油困難、油液粘度過(guò)高、泵轉向不對、泵堵塞或損壞、接頭或密封泄漏、主泵或馬達泄漏過(guò)大、油溫過(guò)高、溢流閥調定值低或失效、泵補油不足、閥工作失效造成的系統無(wú)壓力或壓力不足。

　　因為泵工作原理及加工裝配誤差引起、控制閥閥芯振動(dòng)、換向時(shí)油液慣性造成的壓力或流量的波動(dòng)。

　　因為油溫過(guò)高、油粘度過(guò)大及油液自身發(fā)泡、泵自吸性能低、吸油阻力大、油箱液面低、密封失效或接頭松動(dòng)、零件結構及加工質(zhì)量造成的氣穴與氣蝕。

　　2 液壓機械系統故障診斷技術(shù)及應用

　　2.1 主觀(guān)診斷技術(shù)。

　　指維修人員利用簡(jiǎn)單的診斷儀器憑借個(gè)人的實(shí)踐經(jīng)驗分析判斷故障產(chǎn)生的原因和部位。

　　方便快捷，可靠性較低，屬于較簡(jiǎn)單定性分析。

　　包括直覺(jué)經(jīng)驗法、參數測量法、邏輯分析法、堵截法、故障樹(shù)分析法等。

　　直覺(jué)經(jīng)驗法指維修人員憑感官和經(jīng)驗,通過(guò)看、聽(tīng)、摸、聞、問(wèn)等方法判斷故障原因，看執行元件是否爬行、無(wú)力、速度異常，液位高度、油液變質(zhì)及外泄漏,測壓點(diǎn)工作壓力是否穩定，各連接處有無(wú)泄漏及泄漏量;聽(tīng)泵和馬達有無(wú)異常聲響、溢流閥尖叫聲、軟管及彎管振動(dòng)聲等。

　　摸系統元件的油溫和沖擊、振動(dòng)的大小、聞?dòng)鸵菏欠褡冑|(zhì)、軸承燒壞、油泵燒結等。

　　詢(xún)問(wèn)設備操作者，了解液壓系統平時(shí)工況、元件有無(wú)異常、設備維護保養及出現過(guò)的故障和排除方法。

　　參數測量法指通過(guò)測得系統回路中所需點(diǎn)處工作參數，將其與系統工作正常值比較,即可判斷出參數是否正常、是否有故障及故障所在部位，適于在線(xiàn)監測、定量預報和診斷潛在故障。

　　邏輯分析法指根據元件、系統、設備三者邏輯關(guān)系和故障現象,通過(guò)研究液壓原理圖和元件結構,進(jìn)行邏輯分析,找出故障發(fā)生部位。

　　堵截法指根據液壓系統的組成及故障現象選擇堵截點(diǎn)，堵截法觀(guān)察壓力和流量的變化，從而找出故障的方法。

　　堵截法快速準確，但使用較麻煩，拆裝量大，需要整套的堵截工具和元件。

　　故障樹(shù)分析法指對系統做出故障樹(shù)邏輯結構圖，系統故障畫(huà)在故障樹(shù)的頂端為頂事件，根據各元件部位的故障率數據，最終確定系統故障。

　　適合較大型、較復雜系統故障的判定和預測。

　　2.2 設備故障精密診斷方法。

　　設備狀態(tài)診斷的實(shí)施一般可分兩個(gè)層次，即簡(jiǎn)易診斷和精密診斷。

　　工廠(chǎng)的設備故障大多數可以通過(guò)簡(jiǎn)易診斷予以確定，因此它是診斷工作的基礎，只有當簡(jiǎn)易診斷難以確診是，才選用精密診斷。

　　精密診斷是指使用精密的儀器和方法，對簡(jiǎn)易診斷難以確診的設備狀態(tài)作出詳細評價(jià)。

　　一般包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：使用各種比較復雜的診斷分析儀器或專(zhuān)用診斷設備;由具有一定經(jīng)驗的工程技術(shù)人員及專(zhuān)家在生產(chǎn)現場(chǎng)或診斷中心進(jìn)行;需對設備故障的存在部位，發(fā)生原因及故障類(lèi)型進(jìn)行識別和定量;涉及的技術(shù)知識和經(jīng)驗比較復雜，需要較多的學(xué)科配合;進(jìn)行深入的信號處理。

　　常用的精密診斷方法主要包括：振動(dòng)測定，設備的零部件、整機都有不同程度的振動(dòng)。

　　液壓機械系統的振動(dòng)往往會(huì )影響其工作精度，加劇設備的磨損，加速疲勞破壞;而隨著(zhù)磨損的增加和疲勞損傷的瘇，機械設備的振動(dòng)將更加劇烈，如此惡性循環(huán)，直至設備發(fā)生故障、破壞。

　　設備發(fā)生故障時(shí)，常表現為振動(dòng)頻率的變化，通過(guò)檢測振動(dòng)的頻率、轉數、振動(dòng)的速度、加速度、位移量、相位等參數，并進(jìn)行分析，從中可以找出產(chǎn)生振動(dòng)變化的原因。

　　油液監測分析，對液壓油、潤滑油進(jìn)行監測或定期取樣檢測分析，通過(guò)對其清潔度及其他理化指標的檢驗，確定其劣化程度和使用性能的狀態(tài);或用鐵譜分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)等磨粒檢測技術(shù)，獲得摩擦副磨損的信息，判斷設備主要零部件的磨損程度。

　　紅外線(xiàn)測溫診斷，通過(guò)測定設備輻射出的紅外線(xiàn)，確定溫度分布(如加熱管的溫度分布)，以確定設備是否有異常。

　　紅外線(xiàn)探測器可分為熱探測器和光子探測器兩類(lèi)。

　　熱探測器技術(shù)根據入射紅外線(xiàn)的熱效應引起探測器材料某一性質(zhì)變化而實(shí)現探測目的。

　　光子探測器技術(shù)根據入射光子流引起物質(zhì)電學(xué)性質(zhì)的變化達到探測目的。

　　紅外線(xiàn)測溫技術(shù)已廣泛應用于液壓機械系統運行過(guò)程各階段的狀態(tài)監測與診斷。

　　超聲波無(wú)損探傷技術(shù)是利用材料本身或內部缺陷對超聲波傳播的影響，來(lái)探測材料內部及其表面缺陷的大小、形式及分布情況。

　　超聲波無(wú)損探傷技術(shù)是在不損傷和不破壞材料或設備結構的前提下，對材料或設備構件的物理性質(zhì)、工作狀態(tài)和內部結構實(shí)行檢測的質(zhì)量評價(jià)的檢測技術(shù)。

　　2.3智能診斷技術(shù)。

　　指模擬人腦機能，有效獲取、傳遞、處理、再生和利用故障信息，運用大量獨特的專(zhuān)家經(jīng)驗和診斷策略，識別和預測診斷對象包括模糊診斷法、灰色系統診斷法、專(zhuān)家系統診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統診斷法等。

　　目前研究最活躍的是專(zhuān)家系統和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，使故障診斷智能化，具有廣闊發(fā)展應用前景。

　　基于人工智能的專(zhuān)家診斷系統，是計算機模仿在某一領(lǐng)域內有經(jīng)驗的專(zhuān)家解決問(wèn)題的方法，將故障現象輸入計算機，計算機根據輸入現象及知識庫中知識按推理集中存放的推理方法，推算出故障原因，并提出維修或預防措施。

　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是模仿人的大腦神經(jīng)元結構特性，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的容錯、學(xué)習、聯(lián)想記憶、分布式并行信息處理等功能，把專(zhuān)家經(jīng)驗輸入網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)對故障實(shí)例和診斷經(jīng)驗的訓練學(xué)習依據一定的訓練算法，得到最佳接近的理想輸出。

　　3 結束語(yǔ)

　　對液壓機械系統故障的分析與診斷的目的是為確保維修質(zhì)量打基礎，維修方式的選擇應從故障發(fā)生的安全性、經(jīng)濟性考慮。

　　機械設備的維修方式是對機械維修時(shí)機和維修深度的控制模式。

　　采用合理的維修方式可以有效地延長(cháng)工程機械的使用壽命，提高機械設備的工作效率，以確保液壓機械系統運轉的可靠性和經(jīng)濟性。

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