卧螺离心机液压驱动及控制系统的设计

卧螺离心机液压驱动及控制系统的设计
1 前言
卧螺离心机工作时，转鼓转速以及与螺旋推料器之间的速差，决定着物料的分离效果和产量等，是离心棚良重要的可变参数。

目前国内离心机驱动方式通常较为单一，采用最多的驱动方式是双电机结构，即一台电机通过皮带直接驱动转鼓产生转动，另一台电机通过减速器驱动螺旋。

这种驱动方式普遍存在可靠性和稳定性差、使用寿命短、分离能力低、分离精度差以及物性变化的适应性差等缺点。

而采用液压驱动，具有其他驱动方式所不可比拟的优点，如更大的驱动转矩、更为简便的速差控制方式以及更低的速差[z]。

本文结合液压传动的优点，采用全闭环控制2个马达的转速，实现转鼓转速和速差的任意可调;并可通过合适的控制方法提高可靠性和稳定性;同时提高了分离精度以及物性变化的适应性。

2 卧螺离心机液压系统的设计
1) 卧螺离心机液压系统工作原理
根据卧螺离心机的功能要求，设计的液压系统原理图如图h所示。

本系统由主传动回路、控制回路和补油回路3部分组成。

2) 卧螺离心机液压系统的主传动回路
主传动回路采用变量泵一定量马达容积调速回路共有2条:一条主要由变量泵1和马达13组成。

马达与螺旋推料器相连，通过变量泵n推动马达13旋转，驱动螺旋推料器工作;另一条由变量泵21和马达19组成，马达19与转鼓相连，通过变量泵21推动马达19旋转，驱动转鼓高速旋转。

其中安全阀12、20起到过载保护的作用。

改变变量泵11、21的排量就可分别控制转鼓和螺旋推料器的输出速度。

3) 卧螺离心机液压系统控制回路控制回路主要由泵2提供的控制油经过高压过滤器3、电液比例方向阀7、26分别到达变量泵双杆缸9、23 的两腔;通过改变电液比例方向阀大26 的输人电流来控制双杆缸9、23 的位置，从而达到调节变量泵11、21的排量的目的，最终调节转鼓和螺旋推料器的输出速度。

4) 臣卜螺离心机液压系统补油回路补油油路主要由补油泵32、单向阀27、30、溢流阀16、24和冷却器35组成。

通过补油泵32对传动回路低压侧供油，多余油液分别经溢流阀16、24流到冷却器35排回油箱。

主要作用是对主传动回路补油和冷却。

3 卧螺离心机液压系统控制策略
从整体来看，卧螺离心机液压系统主要通过控制电液比例方向阀7、26 的输人电压来分别调整螺旋推料器和转鼓的输出速度。

但由于负载的变化使主油路压力波动，引起系统的泄漏，输出流量不稳定，导致螺旋推料器和转鼓输出速度不稳定，影响卧螺分离机的分离效果。

因此根据分离精度要求，由转速传感器得到控制速度的参数输出量，与输人电压构成闭环控制，实现实时控制卧螺离心机转鼓速度和螺旋推料器的输出速度的目的，提高系统的稳定性，增强系统的抗干扰能力，使输出速度达到满意程度。

卧螺离心机液压系统控制原理框图如图lb
所示。

需要显示的数值是输人转鼓速度vl及转鼓与螺旋推料器的速差△二。

4 卧螺离心机液压控制系统数学模型从图 lb 可知，本系统实际是2套闭环控制系统，通过分别控制转鼓和螺旋推料器的输出速度来确定系统转鼓输出速度及转鼓与螺旋推料器的速差。

在设计时，考虑到系统的可互换性，2套系统的硬件选择一致，因此2套闭环控制系统的开环传递函数相同;但由于其负载的不同，引起传递函数的仿真结果不同。

根据系统液压原理图及系统控制框图，可建立闭环控制系统的开环传递函数。

1) 泵控马达的数学模型
泵控马达的数学模型是由转鼓(或螺旋推料器)、定量马达和变量泵组成。

其传递函数为:
4) 臣卜螺离心机液压系统的闭环控制系统的方块图卧螺离心机液压系统的闭环控制系统的方块图如图2所示。

将各参数代人图Za，可分别得到转鼓的闭环控制系统的方块图和螺旋推料器的闭环控制系统的方块图。

具体如图Zb，图ZC所示。

5 卧螺离心机液压驱动系统仿真分析
输人为 25 mV的阶跃信号，通过Matlab提供的Simuhnk软件包对控制系统的动态特性进行仿真，得到结果如图3所示。

从图 3可知，控制系统的闭环阶跃响应曲线无超调量，稳定性较好，但上升时间较长，这主要是因为系统惯性大的缘故。

故本系统能够达到离心机的实际需要;若改变控制系统的控制效果，可进一步校正以达到更优的性能要求。

6 结论
(1) 所设计的一种新型的以液压方式驱动的卧螺离心机克服了传统驱动方式的缺点，提高系统的分离精度及物性变化的适应性;
(2) 由系统仿真结果可知，系统稳定性较好，因系统惯性太大引起上升时间较长，但根据实际工矿，本系统完全能够达到离心机的实际需要;
(3) 所设计的液压驱动系统为寻求更优的控制策略提供平台，以达到更高的需求。

图3 卧螺离心机闭环控制系统时域仿真。