基于马达驱动的流盘装置设计

孙昂，马文琦，罗薇

(1.大连海事大学，辽宁大连 116026;2.辽宁海事局，辽宁大连 116001)

基于马达驱动的流盘装置设计

孙昂1，马文琦1，罗薇2

(1.大连海事大学，辽宁大连 116026;2.辽宁海事局，辽宁大连 116001)

基于马达驱动的流盘装置是专门用于散货适运水分极限测定的新型工具。整套装置由机械部分、液压系统和电控系统组成。由于采用了马达驱动，输出功率大，可适用于不同种类的散货。设备结构紧凑简单、控制可靠、操作方便。详细介绍了此设备的机械部分组成、设备的安装与润滑及驱动系统的原理与控制。

马达;流盘;适运水分极限

《国际海运固体散装货物规则》 (《IMSBC规则》)于2011年1月1日生效。《IMSBC规则》规定了固体散装货物海上运输的安全要求，包括评定货物的安全适运性，装载、载运和卸载的一般性预防措施，平舱程序等。我国是固体散装货物海上运输和进出口大国，每年有大量矿砂和煤等散装货物通过船舶运输。由于缺乏强制性的技术标准和相应的管理措施，近年来在我国沿海发生了多起载运固体散装货物船舶的沉没事故，造成了严重的人员伤亡、财产损失和环境污染。因此履行《IMSBC规则》，是加强对固体散装货物海上运输安全监管的必要措施。辽宁海事局目前开展了测定固体散装货物的含水量和静止角等参数测试仪器的研究，减少固体散货的运输存在的严重的安全隐患［1］。

《IMSBC规则》给出了测试适运水分极限的3种通用方法:流盘实验、插入度实验和葡氏实验。为了进行固体散货安全性检测，文中设计了用于测定最大粒度为1 mm的精矿和其他颗粒物质的适运水分极限的流盘试验装置。

1 流盘装置的组成、要求和结构设计

1.1 流盘与座架［2］

文中设计的试验装置如图1所示。该装置包括以下组成:

图1 流盘装置结构

(1)流盘由刚性铸铁座架、直径 (25.4± 0.254)cm刚性圆盘、与圆盘相连的竖向轴和螺栓、凸轮等构成。竖向轴与螺栓连接形成接触肩，如图2所示。竖向轴与座架连接后应保证竖向轴在凸轮驱动下垂直升落规定的高度，允许误差为0.127 mm。圆盘采用青铜铸成，无砂眼，表面无瑕疵，洛氏硬度不小于HRB25，边缘厚度7.62 mm，并有6个径向加强骨。

图2 竖向轴的结构及性能要求

(2)凸轮和竖向轴采用中碳钢制成，相应的部位需进行硬化处理。竖向轴直径与座架腔筒内径之差应在0.050 8～0.076 2 mm范围内。轴的底端在下落时不应落在凸轮上。竖向轴从下落点到与凸轮接触点不小于120°。凸轮边曲线采用了平滑螺线，如图3所示。流盘下落时与座架接触的表面保持水平，360°圆周面上相互完全接触。

图3 凸轮的等速螺线曲线

(3)流盘的座架材料为铸铁。为了保证座架的刚性，采用了均匀分布的3根加强骨。座架的顶部进行了淬火处理，表面进行研磨和抛光，使之与腔筒垂直，并与竖向轴的接触肩有360°的接触。座架底部的外表面应加工，使之与下面的安装平面完全接触。

(4)模制试样的圆模由青铜铸成。圆模顶边的外缘设计成凸缘，以便于将其提起。所有表面应进行光面修整。为防止灰浆溅洒在盘顶，圆模与流盘间安装防护板。防护板采用不易与水粘附的聚四氟乙烯制作。

1.2 流盘的安装

安装流盘座架时，首先采用螺栓固定在厚度为25.4 mm，254 mm见方的钢板上。钢板表面加工成光滑表面，用螺栓固定在水泥座上。为了使钢板与水泥座各点完全接触，水泥座反铸在钢板上。水泥座的底部四角嵌入软木垫进行水平调整。

1.3 流盘的润滑

为了保证流盘的正常使用，流盘的竖向轴应保持清洁，以轻质油作轻度润滑。凸轮的接触面涂油可以减轻凸轮的磨损，使运行平稳。

2 流盘的驱动控制系统

由于流盘装置需要适合不同密度的散货作适运水分极限实验，如典型货物煤的密度1 000 kg/m3，铅精矿的密度可达5 000 kg/m3，驱动力变化范围较大，因此采用输出功率大的液压马达驱动。马达首先通过涡轮减速机改变转动方向，再通过弹性柱销联轴器与凸轮轴相连。这种挠性联轴器传递的转矩大，结构简单，安装方便，有一定的缓冲减振能力和少量补偿能力。

由于凸轮的作用，马达转速过程中所受的负载不同。顶升时负载大，流盘下落时则为空载。为保证凸轮轴转速恒定100 r/min，采用闭环控制定量马达液压系统。

图4为比例变量泵控马达系统的组成原理图。比例变量泵从电机吸收功率，通过输出液压能，驱动定量马达恒转速输出。由于马达为定量马达，所以马达输入流量直接对应马达输出速度。补油泵用作液压系统的冷却和补充变量泵和液压马达的泄漏。

由于负载的变化会引起马达输出转速的波动，因此采用闭环控制，电控单元根据马达输出转速的变化调整比例变量泵的控制信号从而调节变量泵斜盘倾斜角度，保持马达输出转速恒定。

图4 装置的液压系统原理图

3 结论

基于马达驱动的流盘装置集机械、液压和电控技术于一体，可以实现流盘的上下往复运动，用于散货适运水分极限的检测。此设备由于采用马达驱动，输出功率变化范围较大，因此可以适用于不同密度的散货。目前此设备已经用于实验室检测，运行平稳，安全可靠。

【1】韩俊松，张晓慧.论我国履行《国际海运固体散装货物规则》的策略［J］.中国海事，2009(11):24－27.

【2】国际海事组织.国际海运固体散装货物规则［M］.

【3】力士乐公司.力士乐电子项目概述［M］.

【4】资新运，郭峰.电液比例变量泵控定量马达调速特性研究［J］.工程机械，2007(7):45－48.

Design of Flow Table Driven by Motor

SUN Ang1，MA Wenqi1，LUO Wei2
(1.Dalian Maritime University，Dalian Liaoning 116026，China; 2.Liaoning Maritime Safety Administration of the People's Republic of China，Dalian Liaoning 116001，China)

The flow table driven by motor is especially used to measure the transportable moisture limit of drybulk cargo.The whole equipment consists of three parts:mechanical part，hydraulic system and electric control system.By using motor，the horse power becomes bigger，the equipment can be used for a variety of drybulk cargos.It possesses simple construction，reliable control and convenient operation.The composition of mechanical part，the mounting and the lubrication of equipment，the principle and control of the hydraulic system were illustrated.

Motor;Flow table;Transportable moisture limit

TH137

A

1001－3881(2014)8－075－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.025

2013－03－31

孙昂 (1970—)，女，博士，副教授，目前主要从事气动零件、气压传动与控制及气体润滑技术等研究。E－mail:sunangdl0772@sina.com。