摘要：辊压机在工作过程中由于辊缝位移发生变化，对液压系统中蓄能器的压力和容积产生影响。针对蓄能器几种功能进行理论分析和设计计算，解决了主液压缸保压时间短、压力脉动大及液压冲击大等问题，保证了辊压机安全平稳运行。
关键词：辊压机；液压系统；蓄能器；设计与计算
辊 挤压压机物是料用时于，挤其压挤粉压碎力脆大性小物和料辊的缝机间械隙。随磨着辊物料的反压力及颗粒大小而变化，所以磨辊挤压力和辊缝间隙直接影响物料成品的质量和产量。随着液压技术和电气技术的快速发展，辊压机普遍采用液压系统控制磨辊挤压力和调整辊缝间隙。由于机械设备和液压系统在工作过程中有压力冲击现象，所以在辊压机液压系统中采用蓄能器作为保护装置，当辊压机正常工作和发生事故时，蓄能器既能吸收系统产生的压力脉动，又能防止系统出现的压力冲击；同时蓄能器还可以保护压力仪表，确保辊压机能够长期平稳、安全可靠运行[1-2]。
笔者对某水泥厂辊压机液压蓄能器的几种功能进行理论分析与计算，以说明蓄能器在辊压机液压系统中应用的重要性。
1 辊压机液压系统原理
液压系统在辊压机中的作用主要表现在 2 个方面：一是向磨辊提供工作所需的挤压力；二是在物料发生变化时，液压系统能保证辊压机在设定的压力、辊缝下运行。辊压机液压系统原理如 1 所示。辊压机游动辊两侧分别安装 2 个相同的主液压缸 15，在辊压机主电动机启动时，首先启动液压泵站电动机 2 和液压泵 3，一部分油液经电磁换向阀 4 和电磁球阀 5，流入蓄能器 6、7、8、9 和压力元件 13、14，另一部分流入主液压缸 15。通过控制阀 5 和 4 油液的流向来控制磨辊辊缝位移；通过阀 11 和蓄能器的充气压力设定值来维持液压缸的工作压力，以控制磨辊的挤压力大小。当系统满足正常工作条件时，电动机 2 与液压泵 3 停止工作，系统处于保压状态，此时液压部分允许辊压机主电动机启动。
图 1 辊压机液压系统原理
Fig. 1 Working principle of hydraulic system of roller press
2 蓄能器在液压系统中的设计计算
蓄能器是将油液的液压能转换成势能储存起来，当系统需要时再由势能转化为液压能；因此，蓄能器可以作为辅助或者应急动力源，用以补充系统的泄漏，稳定系统的工作压力，以及吸收液压系统压力脉动和液压冲击等。
以 RP170-120 型辊压机液压系统为例，其相关参数如表 1 所列。
表 1 辊压机相关参数
Tab. 1 Parameters of roller press
左右侧液压缸两端各有 2 个主液压缸，当辊压机正常给料时，主液压缸位移波动范围 Δl =±5 mm，设定液压系统正常工作压力 P1= 9 MPa，正常工作压力波动范围 ΔP =±2 MPa；当不可挤压物通过时，主液压缸最大位移波动范围 Δlmax= 20 mm，液压系统最高压力 Pmax= 14 MPa。初选皮囊式蓄能器 a、b、c、d，容量分别为 Va= 40 L，Vb= 25 L，Vc= 40 L，Vd= 0.63 L。
2.1 液压泵的流量[3]
所选液压泵的排量 vB=16 mL/r，电动机转速 nD= 1 450 r/min，则液压泵的流量
式中：ηv为液压泵的容积效率，取 0.83～0.87 。
2.2 蓄能器充气压力的计算
(1) 为了保护蓄能器的气囊，延长其使用寿命，蓄能器 a、b 的充气压力[2]
(2) 蓄能器 c 起防止压力冲击的作用，其充气压力[4]
因此，选择液压系统中蓄能器 a、b 的充气压力P0= 6.5 MPa，蓄能器 c 的充气压力 P0′= 10 MPa。
2.3 吸收压力脉动设计
辊压机正常运行时，由于给料不均匀会导致辊缝变化，造成主液压缸位移及液压系统压力波动。蓄能器 a、b 在系统中起到吸收压力脉动、稳定油压的作用。在蓄能器工作过程中，气体状态的变化规律符合理想气体状态方程[1-4]
(1) 当辊缝增大，主液压缸压缩到最大距离 Δl1= -5 mm 时，
则
式中：P2为辊缝增大时主液压缸压缩到最大距离时的系统压力，MPa；n 为气体多变指数，快速膨胀时是绝热的，取 n＝1.4；ΔVa、ΔVb、ΔV 分别为辊压机辊缝增大时蓄能器 a、b 及总供给系统的油液体积，L；k 为主液压缸数量；D 为主液压缸直径，mm。
辊缝增大时各参数计算结果如表 2 所列。
表 2 吸收压力脉动时辊缝增大各参数计算结果
Tab. 2 Calculation results of all parameters while roller gap widening due to absorption of pressure fl uctuation
(2) 当辊缝减小，主液压缸伸长到最大距离 Δl2= 5 mm 时，各参数计算结果如表 3 所列。
表 3 吸收压力脉动时辊缝减小各参数计算结果
Tab. 3 Calculation results of all parameters while roller gap narrowing due to absorption of pressure fl uctuation
通过以上计算可知，辊压机正常运行时，蓄能器能够保证系统压力在波动范围 ΔP 内，并满足系统理论设计要求。
2.4 防止压力冲击的设计
辊压机运行过程中，当不可挤压物通过时，会导致辊缝发生较大变化，造成主液压缸位移发生较大变化，液压系统压力会突然升高。蓄能器 a、b、c 起到防止突然出现的压力冲击的作用。
当辊缝增大，主液压缸压缩到最大距离 Δlmax= 20 mm 时，在蓄能器的工作过程中，气体状态的变化规律符合理想气体状态方程[3-4]：
则
式中：ΔVc为蓄能器 c 供给系统的油液体积，L。辊缝增大时各参数计算结果如表 4 所列。
表 4 防止压力冲击时辊缝最大各参数计算结果
Tab. 4 Calculation results of all parameters while roller gap being maximum to prevent absorption of pressure impact
当不可挤压物通过时，主液压缸在 +20 mm 的位移波动下，系统压力满足了最高压力 Pmax。
2.5 保护压力仪表
辊压机液压系统的液压冲击和压力脉动现象对仪表元器件的使用寿命有很大的影响，所以辊压机液压系统设计时，一般需要配置保护仪表元器件的小蓄能器 d (0.63 L) 和串联一个节流组件，以使系统正常平稳运行。
3 合理配置蓄能器
通过以上对辊压机液压蓄能器各种功能和工况条件下的设计与计算表明，满足了辊压机液压系统正常工作的理论设计要求。经查蓄能器手册样本，选用如下[4]：
(1) 大、中蓄能器 NXQ1/2 - L40、NXQ1/2 - L25，用于吸收压力脉动；
(2) 大蓄能器 NX Q1/2 - L40，用于吸收压力冲击，对辊压机液压系统起保护作用；
(3) 小蓄能器 NXQ1/2 - L0.63，对辊压机液压系统中的压力变送器、耐振压力表等起保护作用。
4 结语
通过对蓄能器在辊压机液压系统中的各种功能分析和设计计算，为辊压机设计及合理配置蓄能器提供了理论参考，解决了辊压机液压系统压力脉动大、液压冲击大、液压仪表元器件使用寿命短等一系列问题，避免了系统事故的发生，为辊压机的安全平稳运行提供了可靠的保障。
