某型液压缸张紧装置的蓄能器组件设计研究

0 引言

张紧装置是皮带机不可缺少的重要组成部分，对皮带机的稳定运行有着至关重要的作用。而液压缸张紧装置是张紧装置中最常用的形式，将其分为动力组件、油箱组件、油路板组件、蓄能器组件及液压缸组件等主要部件，为此本文对蓄能器组件的设计进行了分析研究，为液压缸张紧装置的设计打下了坚实的基础。

1 蓄能器基本概念和作用

蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要的时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统。当系统瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量。保证整个系统压力正常。蓄能器的种类主要分为：弹簧式和充气式。蓄能器的功能主要分为存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量四种。

蓄能器组件的作用是在液压泵卸载（通过溢流阀实现）或停转（通过电动机停转实现）条件下，向以液压锁（双液控单向阀）锁紧的张紧液压缸供应液压能，以保证它对皮带（通过滑轮组件、锁紧的张紧绞车和活动小车）的拉（张）紧力，从而保证皮带机的正常运行。如前所述，当绞车—液压缸张紧装置使皮带机达到静启动张力时，液压系统卸载或停转，液压锁将张紧液压缸锁紧。皮带机正常运行后，由于动摩擦力小于静摩擦力，所需张力变小，张紧液压缸活塞杆上负载力变小，活塞杆腔内液压力大于皮带的动态张紧力，活塞杆向内退回，这时，蓄能器向张紧液压缸供液，以保证所需的张紧力，在动态张紧过程中，由于各种因素，使张紧液压缸内的液压力变小，当达到皮带临界打滑压力时，液压系统向蓄能器和液压缸再次供液，达到动张力上限，液压系统再次卸载和停转，液压锁将张紧液压缸锁紧，蓄能器保持张紧压力。如此循环不止。

蓄能器组件如图1 所示。其中单向节流阀2 的作用是防止皮带机由张紧到突然松弛引起的冲击。蓄能器组件设计的关键是蓄能器容量的选择。

图1 蓄能器组件结构图

1-蓄能器；2-蓄能器安装夹板；3-阴阳接管；4-密封圈；5-阴阳接头；6-单向节流阀；7-双阳接头；8、10-蓄能器接头件1；9-蓄能器接头件2；11-液压阀接管；12-螺栓；13-垫圈；14-螺母.

2 蓄能器组件设计原则及选择

蓄能器的作用是在液压泵卸载或停转条件下向液压缸供液，以保证皮带机正常运行的张力。如果选择大容器蓄能器，系统工作可靠，但成本高，尤其对生产厂家销售不利。由于蓄能器容量较大，液压泵非工作周期较长，采用电动机停卸载是恰当的。

另一方案是选择小容量蓄能器。工作的可靠性也是没有疑问的。由于蓄能器容量较小时保压时较短，采用电动机停转卸载，将导致电动机频繁启动，不如使液压泵卸载方便。采用液压泵卸载时的功率消耗为：

式中：p5——阀卸载压力，通常为p5=0.5Mpa；

QB——液压泵输出流量，按前选择的液压泵，QBmax=Qt=18L/min。

由于电动机停转使控制电路稍复杂。厂家可根据蓄能器容量大小及简化设计原则卸载方式。

一旦选择出蓄能器，便可进行结构原理图设计，如图1 所示。

3 设计建议

如前述，选用两台40L 的蓄能器是基于设计无过错的保险考虑：既然他人已经生产并使用证明是可行的，故照搬别人的设计是最保险的，尤其是在不知其锁然的情况下，不失为一种可行的选择。至于中国矿业大学选择两台40L 容量的蓄能器的根据所在，没听说过，也无从查起。从燕山大学的研究论文中，得出40L 容量的计算依据为：蓄能器的排液体积等于活塞杆完全退回时的液压缸容积变化量。问题在于，在整个过程中，完全使用蓄能器供液，而液压泵处于卸载或停车状态，这是相当不合理的，与蓄能器作应急或辅助液压源或保压作用不相符。作为应急或辅助液压源，供液是短暂的，作为保压，供液体积是很小的，仅仅补充系统的泄漏。

中国矿业大学的液压张紧装置所需的液压泵电机为35KW，再使用两台40L 的蓄能器，保压时间长，故采用电动机停转卸载，实际上是不必要的，但由于具体计算的困难，有如下建议：①在液压泵停转条件下，实验确定蓄能器的所需的容量。如果可以节省一台40L、压力为32MPa 的蓄能器，可节省成本近万元。从长远看，实验是必要的。②实验方案是，在两台40L 蓄能器和额定张力条件下，实测周期时间T1，在一台40L 蓄能器和额定张力条件下，实测周期时间是T2。如果T1过大或T1与T2相差不大，则可省去一台40L 蓄能器。③如果可省去一台，则进一步用两台15L 或两台10L 或一台15L 和一台10L 的蓄能器再次实验。如果时间较短，则改用在原泵卸载而非停转条件下实验，可否满足张紧要求。估计两台10L 的蓄能器在理论是可行的。④最省事的方法，将两台40L 的蓄能器的额定压力选为20MPa。在以后的计算中可知，在各种最大负载条件下，系统最高工作压力Pmax≤16MPa。压力级别降低一个等级，节约不少成本（估计约为1/3）。