液压双动力同步分料器设计

孔祥臻，臧发业，王保平，吴清珍

(山东交通学院 工程机械学院，山东 济南 250357)

现有的物料输送系统中，常用的分料器为三通翻板分料器，在物料输送领域得到了广泛应用，特别是在输送量小、物料粒度小和不需要经常改变物料流向的输送系统中应用非常广泛。现有的设备一般通过翻板将物料分流，翻板的控制是采用单液压缸控制，设备容易频繁出现跑偏卡滞现象。

随着物料输送技术的发展，特别是在煤炭、矿山、冶金等行业领域，物料输送量越来越大(可达到5000～10000t/h)，物料粒度范围变化较大，给料连续性要求越来越高。特别是采用大型输送机给料，改变物料流向时，需先停止运行输送机，或停止物料的输送，否则会经常出现断轴、翻板变形等现象。这样会无形的增大设备频繁启动的故障率，降低效率。三通翻板分料器体积较小，现有的大型分料器体积较大，特别是长度尺寸较大，在已有的空间内不能安装现有的大型分料器。

因此，市场急需一种既能满足连续给料、输送量大、强度大、体积小，分料比例可调、物料流向调节方便，又能够实现双液压缸同步控制的新型分料器。

1 新型分料器结构设计

为解决上述现有的技术问题和不足，设计了一种适用于带式输送机、料仓、配料机等多种给料方式，不同分料要求和物料粒度、调节方便、运行可靠的双动力同步分料器。新型分料器分料原理如图1所示，其分料原理：通过改变移动分料小车的位置，改变物料移动方向，达到按比例分配物料或完全改变物料流动方向的目的。

图1 新型分料器原理图

新型分料器主要结构如图2所示，该双动力同步分料器，主要由固定的支撑装置和上部活动的运行机构、导料机构和控制机构组成。

1—控制机构；2、3—分料小车液压缸I、II；4—支架；5—框架；6—滚轮；7—三角架；8—导轨；9—导料支撑装置图2 新型分料器结构图

在该分料器中，支撑装置9是由钢板和型钢拼接而成的框架结构，既支撑上部所有设备，又可以对物料起导向作用。该装置中两出料口位置可根据具体情况确定，其固定方式可采用螺栓固定或直接焊接在相邻板梁上。

支撑装置9上部为导料装置和行走机构。行走装置由分料小车液压缸2、3，支架4，框架5，滚轮6等组成。液压缸2、3固定在支架4上，长度尺寸与设备本体保持一致，结构紧凑；与框架5通过销轴连接，框架5两端分别装有一根轴，并与导料装置焊接牢固。动作时，控制机构1控制液压缸 2、3的同时动作，从而带动行走机构和导料装置运动，以改变物料分流方向，实现行走机构和导料装置的同步控制，克服了目前的翻板由于单缸控制而出现的跑偏卡滞现象。轴两端装有滚轮6，滚轮采用四个装有抗冲击轴承的刚性滚轮，能够适用于各种密度和粒度物料，特别是密度、硬度和粒度较大的矸石、油页岩等物料的冲击，解决了传统设备出现的断轴等现象。

行走机构和导料装置如图3所示，由导料板3、耐磨衬板4、加强角钢和其两侧的固定钢板等组成。 导料板3与其两侧的钢板直接焊接，耐磨衬板4通过螺钉固定在导料板上，导料板3下部焊接有加强角钢。此结构采用倒梯形，内部采用三角形结构分料装置，配有可拆耐磨衬板，结构稳定，抗冲击能力强，耐磨衬板4便于拆装和更换。外部的分叉溜槽作为支撑装置。此结构既起到支撑作用，又可以对物料起导向作用。

图3 行走机构和导料机构结构示意图

2 新型分料器液压控制系统

新型分料器的控制机构由电磁换向阀、流量控制阀、节流阀、行程开关、液压泵、蓄能器、管路等组成。该分料器液压控制系统原理如图4所示。

1、4—定量仓的液压缸；2、3—分料小车液压缸；5—换向及保压机构；6—液压泵；7—调压机构图4 分料器液压控制系统原理图

该液压控制系统的工作原理描述如下。由液压泵6为系统提供动力，经过换向及保压机构5的调节，油液供应给定量仓的液压缸1、4，待液压缸运动到指定位置时，液压缸2、3 的换向阀开始动作，经过三位四通电磁换向阀的调节，控制油液的流量，使两油缸同时动作，带动行走机构的运动，改变物料的分流方向，液压缸运动到指定的位置后，换向阀断电，由于中位是Y型结构，可以实现由双向液压锁组成的锁紧功能，可以长时间保持液压缸内的压力不变。

通过采用双液压缸控制，使两个液压缸同步动作，有效解决了以前采用单液压缸控制料斗，设备频繁出现的跑偏卡滞现象，同时可以实现液压缸的长时间保压。

3 同步分料器的同步控制效果

为了验证同步分料器的同步控制效果，对液压控制系统进行了仿真实验。阀控液压缸动力机构如图5所示。

图5 阀控液压缸动力机构

图5中，A1，A2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效作用面积；V1，V2分别为液压缸无杆腔和有杆腔的容积；p1，p2分别为液压缸两腔的压力；q1，q2分别为液压两腔的流量；ps为系统压力；xv为阀芯位移；m为负载质量。

推-导液压阀控双缸同步系统的传递函数，得到输出量Y(s)关于给定输入xv(s)的传递函数为：

表1 参数值统计表

根据以上参数计算得阀控缸1的固有频率ω1=98rad/s及阀控缸2的固有频率ω2=110rad/s；液压阻尼分别为ξ1=0.042和ξ2=0.042。

由式(1)可以得两个液压缸位移Y对伺服阀输入电信号U的传递函数分别为：

液压缸1：Y/U=(1.7×106)/(s3+11.5s2+9500s)

液压缸2：Y/U=(2.1×106)/(s3+11.4s2+12113s)

采用PID控制策略，得到如图6所示的控制效果。

图6 同步控制正弦响应仿真曲线

图6中表示的曲线，分别为标准正弦曲线和两只油缸的跟踪曲线。由于跟踪曲线和标准正弦曲线吻合的比较好，控制系统能够基本无偏差地跟踪输入信号，表明两只油缸的同步控制达到了较高的精度。

4 结 语

本文中设计了一种新型液压双动力同步分料器，该分料器可以满足连续给料、输送量大、强度大、体积小，分料比例可调、物料流向调节方便的要求，同时采用双液压缸同步控制的原理，有效的解决了原先采用单液压缸控制料斗，设备频繁出现的跑偏卡滞现象。仿真结果显示，该分料器的同步控制效果良好。