基于馬達驅動的流盤裝置設計

孫昂，馬文琦，羅薇

(1.大連海事大學，遼寧大連 116026;2.遼寧海事局，遼寧大連 116001)

基于馬達驅動的流盤裝置設計

孫昂1，馬文琦1，羅薇2

(1.大連海事大學，遼寧大連 116026;2.遼寧海事局，遼寧大連 116001)

基于馬達驅動的流盤裝置是專門用于散貨適運水分極限測定的新型工具。整套裝置由機械部分、液壓系統和電控系統組成。由于采用了馬達驅動，輸出功率大，可適用于不同種類的散貨。設備結構緊湊簡單、控制可靠、操作方便。詳細介紹了此設備的機械部分組成、設備的安裝與潤滑及驅動系統的原理與控制。

馬達;流盤;適運水分極限

《國際海運固體散裝貨物規則》 (《IMSBC規則》)于2011年1月1日生效。《IMSBC規則》規定了固體散裝貨物海上運輸的安全要求，包括評定貨物的安全適運性，裝載、載運和卸載的一般性預防措施，平艙程序等。我國是固體散裝貨物海上運輸和進出口大國，每年有大量礦砂和煤等散裝貨物通過船舶運輸。由于缺乏強制性的技術標準和相應的管理措施，近年來在我國沿海發生了多起載運固體散裝貨物船舶的沉沒事故，造成了嚴重的人員傷亡、財產損失和環境污染。因此履行《IMSBC規則》，是加強對固體散裝貨物海上運輸安全監管的必要措施。遼寧海事局目前開展了測定固體散裝貨物的含水量和靜止角等參數測試儀器的研究，減少固體散貨的運輸存在的嚴重的安全隱患［1］。

《IMSBC規則》給出了測試適運水分極限的3種通用方法:流盤實驗、插入度實驗和葡氏實驗。為了進行固體散貨安全性檢測，文中設計了用于測定最大粒度為1 mm的精礦和其他顆粒物質的適運水分極限的流盤試驗裝置。

1 流盤裝置的組成、要求和結構設計

1.1 流盤與座架［2］

文中設計的試驗裝置如圖1所示。該裝置包括以下組成:

圖1 流盤裝置結構

(1)流盤由剛性鑄鐵座架、直徑 (25.4± 0.254)cm剛性圓盤、與圓盤相連的豎向軸和螺栓、凸輪等構成。豎向軸與螺栓連接形成接觸肩，如圖2所示。豎向軸與座架連接后應保證豎向軸在凸輪驅動下垂直升落規定的高度，允許誤差為0.127 mm。圓盤采用青銅鑄成，無砂眼，表面無瑕疵，洛氏硬度不小于HRB25，邊緣厚度7.62 mm，并有6個徑向加強骨。

圖2 豎向軸的結構及性能要求

(2)凸輪和豎向軸采用中碳鋼制成，相應的部位需進行硬化處理。豎向軸直徑與座架腔筒內徑之差應在0.050 8～0.076 2 mm范圍內。軸的底端在下落時不應落在凸輪上。豎向軸從下落點到與凸輪接觸點不小于120°。凸輪邊曲線采用了平滑螺線，如圖3所示。流盤下落時與座架接觸的表面保持水平，360°圓周面上相互完全接觸。

圖3 凸輪的等速螺線曲線

(3)流盤的座架材料為鑄鐵。為了保證座架的剛性，采用了均勻分布的3根加強骨。座架的頂部進行了淬火處理，表面進行研磨和拋光，使之與腔筒垂直，并與豎向軸的接觸肩有360°的接觸。座架底部的外表面應加工，使之與下面的安裝平面完全接觸。

(4)模制試樣的圓模由青銅鑄成。圓模頂邊的外緣設計成凸緣，以便于將其提起。所有表面應進行光面修整。為防止灰漿濺灑在盤頂，圓模與流盤間安裝防護板。防護板采用不易與水粘附的聚四氟乙烯制作。

1.2 流盤的安裝

安裝流盤座架時，首先采用螺栓固定在厚度為25.4 mm，254 mm見方的鋼板上。鋼板表面加工成光滑表面，用螺栓固定在水泥座上。為了使鋼板與水泥座各點完全接觸，水泥座反鑄在鋼板上。水泥座的底部四角嵌入軟木墊進行水平調整。

1.3 流盤的潤滑

為了保證流盤的正常使用，流盤的豎向軸應保持清潔，以輕質油作輕度潤滑。凸輪的接觸面涂油可以減輕凸輪的磨損，使運行平穩。

2 流盤的驅動控制系統

由于流盤裝置需要適合不同密度的散貨作適運水分極限實驗，如典型貨物煤的密度1 000 kg/m3，鉛精礦的密度可達5 000 kg/m3，驅動力變化范圍較大，因此采用輸出功率大的液壓馬達驅動。馬達首先通過渦輪減速機改變轉動方向，再通過彈性柱銷聯軸器與凸輪軸相連。這種撓性聯軸器傳遞的轉矩大，結構簡單，安裝方便，有一定的緩沖減振能力和少量補償能力。

由于凸輪的作用，馬達轉速過程中所受的負載不同。頂升時負載大，流盤下落時則為空載。為保證凸輪軸轉速恒定100 r/min，采用閉環控制定量馬達液壓系統。

圖4為比例變量泵控馬達系統的組成原理圖。比例變量泵從電機吸收功率，通過輸出液壓能，驅動定量馬達恒轉速輸出。由于馬達為定量馬達，所以馬達輸入流量直接對應馬達輸出速度。補油泵用作液壓系統的冷卻和補充變量泵和液壓馬達的泄漏。

由于負載的變化會引起馬達輸出轉速的波動，因此采用閉環控制，電控單元根據馬達輸出轉速的變化調整比例變量泵的控制信號從而調節變量泵斜盤傾斜角度，保持馬達輸出轉速恒定。

圖4 裝置的液壓系統原理圖

3 結論

基于馬達驅動的流盤裝置集機械、液壓和電控技術于一體，可以實現流盤的上下往復運動，用于散貨適運水分極限的檢測。此設備由于采用馬達驅動，輸出功率變化范圍較大，因此可以適用于不同密度的散貨。目前此設備已經用于實驗室檢測，運行平穩，安全可靠。

【1】韓俊松，張曉慧.論我國履行《國際海運固體散裝貨物規則》的策略［J］.中國海事，2009(11):24－27.

【2】國際海事組織.國際海運固體散裝貨物規則［M］.

【3】力士樂公司.力士樂電子項目概述［M］.

【4】資新運，郭峰.電液比例變量泵控定量馬達調速特性研究［J］.工程機械，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

孫昂 (1970—)，女，博士，副教授，目前主要從事氣動零件、氣壓傳動與控制及氣體潤滑技術等研究。E－mail:sunangdl0772@sina.com。