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关键词:煤矿机械;传动齿轮;失效;有效措施
在煤矿产业中,传动齿轮应用非常广泛,是煤矿机械的一个重要组成部分,但是煤矿的运输重量一般都很大,在施工过程中,很容易导致超重现象,长时间高强度的工作就会导致传动齿轮出现问题,导致机器瘫痪,影响煤矿的施工作业,降低生产效率,甚至造成安全隐患。
1 传动齿轮的工作环境及工作特点
煤矿的生产作业一般都是在矿井中进行的,传动齿轮的工作环境大多都是在地下进行生产作业,井下的环境比较复杂恶劣,所以传动齿轮要适应井下复杂的结构情况,因此相对而言传动结构也复杂一点。由于煤矿是重型产业,要求传动齿轮具有比较高的承载能力和性能,矿井一般空间不是很大,所以传动齿轮还要满足体积小,抗冲击能力强等特点,传动要求高效率,尽量减少过程中能量的损失。
2 传动齿轮失效的表现形式
2.1 传动齿轮磨损失效
磨损的程度分为很多种,一般分为:正常的磨损、中度磨损、破坏性磨损、磨料性磨损以及腐蚀性磨损等。一般性的磨损不会对齿轮的传动造成重大的影响,比如正常的磨损,这是齿轮传动过程中必然存在的,在齿轮的使用寿命中,不会造成齿轮失效,这个磨损是经过时间慢慢磨损的,不影响齿轮的正常转动;对于中度磨损,这个要比正常的磨损速度快一点,在齿轮传动工作的过程中,可能会发出噪音,由于磨损的程度比较大,损失机械能,会降低齿轮工作的效率;破坏性磨损,这个磨损的程度就很大了,齿轮表面会形成严重的损伤,严重影响传动齿轮工作的效率,破坏了齿轮的结构,大大缩短齿轮的使用寿命;磨料性磨损是指在齿轮中间进入了一些颗粒,增大了齿轮间的摩擦系数,摩擦力增大,加速了齿轮的磨损,可能会出现齿轮停止转动的现象;腐蚀性磨损就是在齿轮转动的过程中与周围的化学物质发生的反应,发生了齿轮表面的腐蚀,严重影响齿轮的工作效率。
2.2 传动齿轮疲劳失效
在加工过程中,齿轮的表面肯定存在初始裂纹,加之传动齿轮工作的过程中应力的反复作用下,造成材料的疲劳,当作用的应力超出了材料的疲劳极限时,裂纹就会延伸扩张,加速齿轮的损坏,出现齿轮失效。
2.3 传动齿轮胶合失效
齿轮的转动需要油的帮助,在强重力作用下,齿轮间的油不能及时的补充,造成两个齿轮接触面的油膜挤破,两个金属齿轮直接接触在一起,在高速运转的情况下,温度上升,可能造成齿轮的胶合,出现失效。
2.4 传动齿轮断裂失效
齿轮的断裂意味着彻底不能工作,断裂分为疲劳断裂,高负荷断裂以及淬性断裂等。疲劳断裂就是齿轮在弯曲应力的反复作用下,出现裂痕,当应力超出了齿轮的疲劳极限时,裂痕继续扩张,导致断裂;高负荷断裂是指在高强度的作业状态下,负荷已经超出了齿轮的额定负荷导致的破坏性断裂,或者由于腐蚀使得齿轮部分点出现点蚀,导致断裂等;淬性断裂是指传动齿轮经过热处理时产生了过大的内应力,产生裂纹,外界的压应力与弯曲应力的作用下,产生疲劳,当超过它的疲劳极限时就会促使裂纹延伸,导致淬性断裂,这种断裂的特点就是初始断裂的部位颜色会有点深,这是氧化的结果。
3 传动齿轮出现失效的具体原因
设计阶段:由于齿轮工作环境的特殊性,决定了煤矿机械齿轮设计的特殊性,在设计阶段,可能忽视了传动齿轮在矿井工作的特殊性,按照传统的设计来设计煤矿机械传动齿轮,造成传动齿轮不能满足矿井下高强度,环境复杂的要求,达不到韧度、抗冲击和耐疲劳的要求,这是导致传动齿轮失效的自身原因之一。
齿轮的制造加工阶段:即使齿轮的设计没有问题,若在制造加工方面不合格,齿轮一样会失效,如果质量把控不严格,锻造时化学成分超标或者化学成分有残留,降低了齿轮的性能,不能满足工作的需要。例如:在加工过程中C的含量超标,就会增加齿轮的脆性,容易发生断裂,造成失效。
齿轮的安装使用阶段:不正确的安装方式同样会导致传动齿轮的失效,安装的位置出现偏差,影响整个传动齿轮的安全,同时,传动齿轮的工作需要油的不断补充,一旦缺少油就会增大摩擦力,降低齿轮工作的效率,增加磨损,导致传动齿轮的失效。
4 避免传动齿轮失效的有效措施
根据上述传动齿轮出现时效的形式和失效的原因,制定防止传动齿轮失效的有效措施,避免失效问题的出现。
4.1 齿轮设计阶段控制
设计阶段要充分的对煤矿齿轮的工作环境进行研究考察,只有充分了解齿轮的工作环境和工作性能的需要,才能对齿轮提出合理化的设计。根据煤矿齿轮工作的特殊性,优化齿轮的设计方案,满足齿轮抗冲击力、耐疲劳性以及承载力的要求,进行精确的计算,在符合国家标准的前提下,选择适合煤矿特殊工作的材料,尤其是钢材的选用尤为重要,这直接影响着齿轮的强度,最好经过研究确定选材,确定油等,以免后期工作出现漏洞。
4.2 齿轮工艺制造阶段控制
选材好工艺也好才能保证传动齿轮的质量,要严格控制齿轮制造过程中的质量,改善制造工艺,提高工艺质量。传动齿轮的表面不能过于光滑,研究表明,表面略微粗糙的齿轮要比表面光滑的齿轮使用寿命更长,这个粗糙度应该根据实验来确定,合理的控制粗糙度,将齿轮的性能提升到最佳状态。
4.3 齿轮安装阶段控制
齿轮的安装看起来很简单,其实有比较高的要求,对于传动齿轮的平衡度、垂直度都是有要求的,而且这个标准还很严格,稍微有一点偏差就会影响整体的性能,所以,在安装阶段应该有专业人士来进行指导,运用专业的工具辅助安装,最大限度的减少齿轮间的摩擦,降低损耗,提高工作效率,延长使用寿命。
4.4 齿轮使用及维护阶段控制
在传动齿轮的使用过程中,应尽量不要超过传动齿轮的额定负荷量,油也要及时补充,保证传动齿轮是在油的辅助下工作,此外,油不能掺入杂质,保持纯净,杂质进入齿轮间会增大摩擦系数,影响齿轮的正常工作。设备的使用过程中应该定期维护保养,并检查传动齿轮,及时发现问题并处理问题,对于可能发生的问题做到及早预防,防患于未然,防止出现传动齿轮的失效问题。
5 结束语
煤矿产业是我国比较重要的一部分,煤矿的产量决定于煤矿机械的工作效率,影响着经济的发展,传动齿轮在煤矿机械中发挥着重要的作用,保证传动齿轮的正常工作是保证煤矿机械正常工作的重要前提,传动齿轮失效是齿轮常见的问题,我们必须对其进行研究,找到避免失效的有效措施,每个阶段严格把关,将失效概率降到最低,提高生产效率。
参考文献
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论文摘要 随着液压伺服控制技术的飞速发展,液压伺服系统的应用越来越广泛,随之液压伺服控制也出现了一些新的特点,基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究,并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向,以期能够对于相关工作人员提供参考。
一、引言
液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础,应用现代控制理论、模糊控制理论,将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中,为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术,它广泛的应用于国民经济的各行各业,在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用,尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快,技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高,对液压控制技术的要求也越来越高,文章基于此,首先分析了液压伺服控制系统的工作特点,并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。
二、液压伺服控制系统原理
目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛,液压伺服控制具有以下优点:易于实现直线运动的速度位移及力控制,驱动力、力矩和功率大,尺寸小重量轻,加速性能好,响应速度快,控制精度高,稳定性容易保证等。
液压伺服控制系统的工作特点: (1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接,从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的,电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈,即反馈信号与输入信号相反,两者相比较得偏差信号控制液压能源,输入到液压元件的能量,使其向减小偏差的方向移动,既以偏差来减小偏差。 (3)系统的输入信号的功率很小,而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置,功率放大所需的能量由液压能源供给,供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。
综上所述,液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号,再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量,使系统向着减小偏差的方向变化,从而使系统的实际输出与希望值相符。
在液压伺服控制系统中,控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件,常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机,形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点,可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。
三、液压传动帕优点和缺点
液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用,是因为它与机械传动、电气传动相比,具有以下主要优点:
1 液压传动是由油路连接,借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构,这是比机械传动优越的地方。例如,在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动,以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大,且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动,不仅操作方便,而且外形美观大方。
2 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12%~13%。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1/10,可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速,调速范围可达1:2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。
3 传递运动均匀平稳,负载变化时速度较稳定。因此,金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护,使用安全、可靠,不会因过载而造成主件损坏:各液压元件能同时自行,因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀,特别是采用液压控制和电气控制结合使用时,能很容易的实现复杂的自动工作循环,而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化,便于设计、制造和推广使用。
液压传动系统的主要缺点:1液压系统的漏油等因素,影响运动的平稳性和正确性,使液压传动不能保证严格的传动比:2液压传动对油温的变化比较敏感,温度变化时,液体勃性变化引起运动特性变化,使工作稳定性受到影响,所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作:3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求,液压元件制造和装配精度要求比较高,加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源,不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。
总之,液压传动的优点是主要的,随着设计制造和使用水平的不断提高,有些缺点正在逐步加以克服。
四、机床数控改造方向
(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度,一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小,另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中,对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的,反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时,必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量,一般要求比加工精度高一个数量级。总之,高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。
(二)先局部后整体。确定改造步骤时,应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行,如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等,待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中,应先做技术性较低的、工作量较大的工作,然后做技术性高的、要求精细的工作,做到先易后难、先局部后整体,有条不紊、循序渐进。
(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备,如果发生故障其损失就更大,所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一,其定义为:产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率。对数控机床来说,它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等,例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能,例如数控机床的各种机能,伺服性能等。
关键词:直升机;电动负荷操纵系统;分析
引言
飞行员进行飞行训练,人感系统对训练水平的影响很大,高逼真度的杆力特性模拟,可以使飞行员体会到与上天飞行中一样的操纵“手感”,飞行员的操纵动作,驾驶技巧也能得到良好的锻炼。相反,如果养成错误的操作习惯,不但没有起到地面培训的效果,反而会在空中飞行中产生风险隐患。
典型的负荷系统是由弹簧、阻尼筒组成的机械式系统,当飞行员操纵驾驶杆产生位移时,弹簧拉伸或压缩,反馈到驾驶杆的作用力,即为操纵杆力。选择不同刚度的弹簧,即可改变操纵系统的杆力-杆位移梯度,而改变阻尼筒,即可改变驾驶杆自由运动时的振荡阻尼。电动负荷系统的电机代替了弹簧阻尼系统,由自动控制设备控制电机的力输出,通过控制软件的精心设计,可以模拟出弹簧阻尼系统的力学特性。
1 系统结构
直升机的机动飞行是绕着3条轴线来转动的:横轴、纵轴和立轴。它可以绕纵轴做横滚运动,绕横轴做俯仰运动,绕立轴做航向运动[1]。同其他航空器一样,直升机在正副驾驶位置也可以是双套操纵装置,而有些直升机的副驾驶操纵装置还会被设计成可拆卸的,以便满足飞行的需要(见图1)。
电动负荷操纵系统主要包括机械、电气两大部分,如图2所示。其中机械部分包括主动杆手柄、减速器、连杆、支撑件、外壳等;电气部分包括控制器、电机、力传感器和位移传感器。力传感器测量主动杆手柄上的飞行员操纵力,位移传感器测量当前主动杆手柄的位移及电机转子位置。控制器根据力和位移传感器的反馈信号以及设定的系统模型参数控制电机的输出扭矩,最终通过减速器给主动杆手柄提供相应的动力或阻力。控制器与主控平台之间通过RS422总线通讯,实时收发系统指令及工作状态[3]。
1.1 周期变距杆负荷系统
周期变距杆负荷系统俯仰姿态回路原理如图3所示,电动负荷系统通过力传感器、机械传动装置,与驾驶杆相连接。
周期变距杆负荷系统滚转姿态回路原理如图4所示,电动负荷系统通过力传感器、机械传动装置,与驾驶杆相连接。
1.2总距杆负荷系统
总距杆负荷系统如图5所示。
1.3 脚蹬负荷系统
脚蹬负荷系统如图6所示。
2 各部件主要功能
2.1 加载系统
加载系统主要为驾驶杆上输出杆力,使得飞行员感受到逼真的杆力特性。本论文研究的加载系统是以电能为能量源的力输出系统,即核心为电机输出的扭矩。因此,电机工作模式应为力矩模式,产生的力矩通过钢索滑轮组或减速器等传动机构后传送至操纵杆端产生力反馈效果[4]。
2.2 控制器
控制器也称为人感计算机,为嵌入式计算机。为实现杆力特性模拟的高逼真度,需要进行高速迭代计算。相关研究论文表明,控制器的采样频率应不小于2000Hz。
2.3 传感器
电动式操纵负荷系统中传感器主要包括力传感器与位移传感器。力传感器主要用来测量负荷系统实际输出的负载力信号,与人感计算机计算输出理论力信号进行比较,用来进行力反馈控制,提高系统的力控精度。位移传感器主要是测量飞行员操纵驾驶杆的位移行程,通过控制器采集来计算负荷系统输出力的大小。
3 系统工作原理
下面描述一下该系统工作时的运行原理:
如图7所示,当飞行员对驾驶杆施加操纵力时,驾驶杆产生位移,此时位移传感器采得的即为飞行员操纵位移信号。人感计算机通过AD板卡采集位移信号,根据力函数模型,进行杆力计算。计算得到的杆力,即作为力控信号进入负荷系统,同时,电机输出的力与力传感器采集的力进行反馈控制,即形成力跟踪控制。输出的力通过连杆机构反馈到驾驶杆上,即给飞行员提供了模拟的杆力特性。同时操纵负荷系统负责实时将操纵位移信号传送给主仿真计算机,参与飞行动力学解算。
4结束语
直升机电动负荷操纵系统是现代先进直升机模拟器的关键设备,利用该系统,可以模拟出不同类型直升机的人感特性,对行员训练,加深飞行员的感知有重要的提升作用。本文对直升机电动负荷系统的关键部件和系统工作原理进行了介绍,该研究内容对于今后的工程化研制有着指导作用,通过对该系统的深刻理解,为今后的设计工作奠定了坚实的理论基础。
参考文献
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关键词:液压 煤矿机械 煤矿工程机械 故障 研究分析
概括地说,凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备,都称为工程机械。
它主要用于国防建设工程、交通运输建设,能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设等领域。因此,工程机械是中国装备工业的重要组成部分。而煤矿工程机械主要是用于煤矿的采掘、支护、选煤等生产过程的矿山机械。
液压传动是一个在各行各业都不可缺少的系统,随着机电液一体化的发展,液压水平的高低,直接成为衡量工程机械技术性能的重要指标之一。自20世纪90年代以来,煤矿开采进入了一个新的发展时期,近年来,液压技术迅速发展,液压元件日臻完善,使得液压传动在煤矿工程机械传动系统中的应用突飞猛进,液压传动所具有的优势也日渐凸现。为了井下煤矿开采安全,现在的煤矿机械大部分设备均采用液压动力,可想而知,液压传动在煤矿开采中发挥了巨大的功用。
液压传动优点虽然很多,但无论是在露天开采的煤矿机械,还是在井下开采的煤矿机械,由于工程环境差、运转负荷大等多个因数的影响,其故障时有发生,故障的诊断与排除也较为复杂 ,本篇论文将针对煤矿工程机械液压系统的主要环节作故障研究分析。
一、 液压主要构件故障及排除方法
一个完整的液压系统由五个部分组成,即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件(附件)和液压油。在煤矿工程机械中的液压系统的故障主要出现在动力元件、执行元件、和控制元件上。下面分别针对以上三种液压系统元件做故障分析:
1、液压泵
液压泵是液压系统的动力元件,其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,液压泵是液压系统的心脏,它一旦发生故障就会立即影响系统的正常工作。液压泵主要故障分析及解决方法见表1。
2、液压缸
和液压马达一样,都是液压系统的执行元件,它的动作,直接决定了液压系统的工作结果。液压缸主要故障分析及解决方法见表2。
3、液压阀
液压阀是一种用压力油操作的自动化元件,是液压系统中的控制元件,它通常与电磁配压阀组合使用(也有手动控制) ,可用于远距离控制水电站油、气、水管路系统的通断。液压阀分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。根据煤矿工程上普遍使用溢流阀,换向阀构成的简单阀站,现分别作相应的故障分析及处理办法,见表3、表4。
二、系统温度过高造成的液压系统故障分析
温度过高,对液压系统是致命的危险,液压油(液压系统的血液)的加速变质,会大幅度的缩短液压系统元件的使用寿命,因此,控制好液压系统温度,就能延长液压构件的使用寿命,降低煤矿开始的生产成本。煤矿工程机械中的液压系统温度过高解决方法有:
1、在系统工作时,多余的油液尽量避免或减少从溢流阀中溢流回油箱,此时可采取以下措施:多余的油液自动低压卸荷,是高压油低压卸荷回油箱;用变量泵供给相应的油量。
2、合理选择控制阀:液压油经过阀体的压力损失要远远大于管路中的压力损失,阀体内部结构复杂,液压油经过阀体时会产生较大的热量。因此,在满足煤矿机械工况的情况下要尽可能选配压力损失较小的控制阀。
3、对冷却系统进行排查,更换或清洗过滤器,检查冷却水系统压力。
结语
一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣,还因系统的污染防护和处理,系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命,据统计,国内外的的液压系统故障大约有70%是由于污染引起的。在煤矿开采过程中的污染是较为严重的,煤矿机械中的液压系统故障主要来源于污染,因此,控制和防范污染是保证液压系统使用寿命的关键所在。在污染较为严重的位置,对液压系统的隔绝保护是比较理想的防范举措。防患于未然才是最好的方式,维修和处理故障是最坏的选择。为了使煤矿工程机械中的液压系统故障降低,不仅仅要通过技术知识来提高维修工人的基本技能,而且要通过管理从而有效的克服一些基本的污染问题!只有管理和故障处理相互相成,才能更好的将煤矿工程机械中的液压系统维护好,才能更好的为煤矿开采服务!
参考文献
[1]刘忠,杨国平;工程机械液压传动原理、故障诊断与排除;机械工业出版社;2005.
【关键词】齿轮传动;装调;维修;措施
齿轮传动是现代机械中最常见的传动形式之一,在日程生活、工作中得到了广泛的使用,工程机械、机床,冶金机械,汽车以及机械钟表中都包含齿轮传动。机械设备中必不可少的零件就是齿轮,它起着传递动力的作用,机器中最主要的传动形式也是齿轮传动了。齿轮传动在整个机器中发挥着核心作用,如果没有动力的传输就无法运作,也就无法进行生产。因此,齿轮传动机构的装配和调试技术,直接影响机器的质量和性能。本文研究的重点就是齿轮传动在装配调试维修过程中应该注意的问题。
1.齿轮传动的基本特点
齿轮传动在机械中,主要负责传递运动和动力。在古代的时候,人们其实已经开始应用齿轮传动,例如西汉时期的“指南车”,它就是以齿轮机构为核心的机械装置。后来一些复杂的齿轮传动系统被应用在水利仪器和天文仪器上;在翻车上,还有水力、风力提水时都应用过齿轮传动,只是当时的齿轮传动主要是传递运动,对于强度的要求不是很高,后来用于生产过程中的齿轮传动机构就复杂一些,强度要求也达到了一定的标准。古代的齿轮传动机构都是依据经验制作的,没有设计理论的指导。
现代机械中使用的的齿轮传动机构,主要用于传递任意两轴间的运动和动力,是现代机械中应用最广泛的一种机械传动。它的传递功率很大、结构十分紧凑、具有高速度、高效率的优势,使用寿命一般都比较长,且传动准确可靠。但是现代的齿轮传动机构自身也慈宁在这一些缺点,比如说运转过程中的噪音很大;它的平稳性比带传动低;由于制作的精良度和安装时的要求很高,就导致成本投入比较大。
2.齿轮传动的安装
2.1制造精度的要求
首先要考虑接触精度,通过齿轮传动中的齿面接触斑点来判断,同时,接触的位置也是评判的一个重要依据;加强运动精度,可以保证齿轮传动运转时的传动比保持精确。根据实际应用的情况,还要充分考虑传动比的变化来保证运行的平稳性,以及一对齿轮在非工作齿面上所留出的齿侧间隙的大小和比例。这些都需要达到很高的精良度,才能确保齿轮传动整体结构的精良和工作质量、工作效率的提升。
2.2齿轮传动机构的装配要求
首先要保证齿轮孔和轴之间不能出现歪斜、或者偏心的情况,孔和轴之间的配合字安装时必须做到精密无比,还要避免出现端末紧贴轴肩这一类误差;中心距和齿侧隙要准确,因为如果侧隙过大或过小都会对整体结构产生不良影响,如果侧隙太小,齿轮传动在受热膨胀时,齿轮会被咬住或者卡死等现象,这样齿轮传动不能灵活工作,就会对齿面造成严重损坏。反之如果侧隙太大,容易产生振动或是强力的冲击。
另外,还要特别注意,相啮合的一对齿轮之间的接触面积要测算和安置准确,接触部位要妥当。根据需要,如果齿轮要进行高速传动,装配后应做相应的平衡试验。保证齿轮在高速运转的时候,保持规定范围内的稳定度。在装配过程中,一定要避免滑动齿轮的阻滞或是齿轮互相啃住的现象,那样整个齿轮传动系统就无法正常运转。齿轮传动在进行机构变换时,齿轮定位的规范值要确定好,保持准确性。精度要求较高的齿轮传动机构,在安装后都需要进行检查,却确保轴上齿轮的位置和咬合没有障碍,进一步提高齿轮传动的精确度。
3.齿轮传动机构的维修
齿轮传动过程中,在载荷的作用下,会发生折断和损坏的状况,也不可避免地会出现齿面被磨损的情况。这时候就会影响到轮齿的正常工作能力。由于齿轮传动的应用情况和条件、工作范围的差异,导致故障出现的原因也有所不同。常见的问题主要是轮齿的磨损。其中包括折断、齿面磨损等现象,有时还会产生齿面塑性变形等情况。如果齿轮出现断裂,或者是磨程度很严重损时,就要及时换新。新的齿轮一般最好采用热处理方式降低降低齿根弯曲应力,在材料的选择和模数、齿宽的规格上,都要尽量做到降低表面摩擦,增加表面光滑度。
一般情况下,小齿轮与大齿轮咬合,都是小齿轮磨损的速度比较快,这时应及时更换小齿轮,这样可以有效避免大齿轮再受到更加严重的磨损。在更换的时候,增大模数,要提高小齿轮面的硬度,保持表面光滑,增加的强度,尽量降低表面粗糙度。在有条件的情况下,尽量采用闭式齿轮传动结构,这样会达到更好的维修效果。
当出现齿面胶合现象时,大齿轮和小齿轮都要及时更换,除了提高齿面硬度,降低表面粗糙度外,要积极改善条件,使用的油,黏度要大、并且要求具有很强的抗胶合性能。对于低速运转的齿轮,在模数相对比较大的时候,如果发生个别齿轮断裂,不需要换下来,对其进行修复即可,可运用镶齿的方法。
一般情况下,锥齿轮的轮齿和垫圈,经常会受到磨损,产生侧隙变大的现象。在调整时,采用沿轴向移动两个锥齿轮的方法以减小侧隙。然后,再选择适当厚度的垫圈将两齿轮的位置固定好。如果齿轮的轮缘发生裂断,可以进行补焊。同时要注意保证齿距和齿形不能因为焊接而变形,对齿轮传动要求不太高的情况下,适合采用此种方法。用螺钉与夹板固定,将拉紧板加热后套在靠近裂缝穿上的销钉上,等到拉紧板的温度降下来,拉紧轮缘,最后要在断裂处加固一下。圆锥齿轮也经常出现齿轮和调整垫的损坏现象,导致侧隙增大,调整方法与锥齿轮的调整方法一致。不同类型的齿轮在维修中要根据具体情况,采用不同的修复方法,调整维修方式,对齿轮传动机构进行维护和保养,从而保持机械的整体性能。
4.结语
齿轮传动作为机械中传递运动、传递动力的最主要形式,影响着机械的整体性能,因此,分析齿轮传动机构装调和维修过程中应注意的问题,具有重要的实际意义。在齿轮出现损坏的时候,要根据不同类型齿轮的损坏的差异,采取有针对性的、有效的维修方法,及时进行更换或者修复,科学的,合理的维护和保养可以延长齿轮传动的使用寿命,确保机器性能的优良度,也为机械的正常运转和生产提供有力的保障。对齿轮传动机构进行研究和分析,为以后设计齿轮传动结构提供理论的设计指导,也为安全、高效生产和带来经济效益提供基础条件。
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[4]韩振南.齿轮传动系统的故障诊断方法的研究[D].太原理工大学,2003.DOI:10.7666/d.y619975.
论文关键词:钻机,电控,网电
一、概述:
胜利油田是我国东部重要的石油工业基地,是全国第二大油田。目前,胜利石油管理局共有陆上钻机166台,其中电动钻机37台,混合驱动钻机25台,其余104台钻机为机械钻机,占钻机总量的63%。
油田电网目前分220kV、110kV、35kV、10kV和6kV等五个电压等级,油田钻机采用网上电力主要涉及6kV线路。目前油田电网6kV线路有979条,其中电力管理总公司284条,采油厂695条。在所有6KV线路中,运行负荷低于1200kW的有478条,也就是说这些6kV线路有能力为钻机用网电提供1300kW的供电负荷,占6KV线路总数的48.8%。
二、网电钻机改造方案:
1、目前油田钻井柴油机驱动现状:
现在我国各油田使用的钻机大部分采用2-3台PZ12V190柴油机并车驱动。柴油机结构复杂、故障率高、无自保功能,需要24小时值班。大修过的柴油机可靠性差,油耗高、噪音大,跑、冒、滴、漏和环境污染严重。
2、网电驱动的优点
通过对机械钻机进行网电驱动改造,可以大大提高钻机工作的可靠性、先进性和经济性,降低钻井成本和工人的劳动强度,降低噪音、减少污染。同时油田电网发展迅速,电网容量和密度可以较好的满足钻井的需求。因此将柴油机驱动改为网电驱动,实现绿色环保钻井已成为今后发展的必然趋势。
3、根据油田实际情况,制定ZJ30L机械钻机改造方案:
(1)基本结构是,利用原有的井架、底座、绞车、转盘、并车箱等机械传动系统、悬吊系统、泥浆泵及泥浆净化系统等。采用网电供电系统带动钻机工作的方式为:取消一台原有柴油机,增加与柴油机功率相匹配的交流电机,加装10(6)kV/600(400)V的干式变压器、高低压开关、谐波抑制和功率补偿装置、软启动、液力偶合器等设备,电动机通过可调速液力减速偶合器与原有的并车装置直接连接,其余部分基本不变。如果现场不满足网电条件,则可以恢复到使用原来的柴油机。
在网电钻机改造后,因为电网供电的可靠性不能达到100%,为保障钻井生产的安全,网电改造时,将保留一台备用柴油机提供应急动力。
(2)改造方案电气连接示意图
三、网电钻机改造后使用情况:
胜利油田第一台ZJ30L机械钻机改造后首先在东辛采油厂的营1-斜70井进行了施工,这口井设计井深2134米,2007年4月22日开始钻进,2007年6月8日8:00完钻。随后该网电钻机又进行了辛34-斜62井的施工作业,整个钻井施工运行期间,现场噪音小,设备运行平稳、可靠,没有出现任何异常。
四、结束语:
1、胜利油田钻井系统目前各型陆上钻机都是以柴油机作为原动力。柴油在燃烧过程中会产生大量的碳烟微粒和氮氧化合物等气体污染物,对环境造成污染;柴油机在运转过程中还会产生高分贝的噪声污染,影响周边人群的生活。实施网电钻机改造,直接从电网获得动力,提高了能源的利用率,降低了钻井过程中的噪声污染,实现了大气污染物的零排放,使“绿色钻井”变为现实。
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关键词:电动物流汽车;电机;现状与趋势
中图分类号:F253.9 文献标识码:A
Abstract: With the development of China's express delivery business blowout, a rapid growth in the number of logistics vehicles. In the context of energy constraints, environmental pollution, our government put the development of electric vehicles as a logistics solution to energy and environmental problems and realize the sustainable development of one of the major initiatives, the auto production enterprises will also electric car logistics as an important strategic direction grab the commanding heights of the auto industry in the future, the key components of the motor for electric vehicle logistics is currently using more ac asynchronous motor, permanent magnet synchronous motor and switched reluctance motor, the motor has advantages and disadvantages of each. From the angle of technological development, permanent magnetic motor will be a development trend. At the same time, from the point of automotive electrical installation convenience, etc, will be electric logistics hub motor car driving mode of the ideal.
Key words: electric automobile logistics; the motor; current situation and trend
动物流汽车是新能源汽车中发展较快的一个类型。新能源汽车用的驱动电机要满足频繁启/停、加减速,爬坡或低速时能提供较大转矩,在高速行驶时提供小转矩高转速,而且变速范围要宽。由于新能源汽车车载能源为动力电池,容量有限,为获得最大的行驶里程,大多数车辆都采用了能量回馈技术,即在汽车制动时,通过控制器将车轮损耗的动能反馈到电池中,并使电机处于发电状态,将发出的电输送到电池中[1]。因此,电动汽车的驱动机不能单纯的称为电动机,而应称为电机。
科技部要求新能源汽车技术研发将重点围绕电机驱动与电力电子、动力电池与电池管理等6个技术方向展开。考核指标为电机控制器峰值功率密度≥17kW/L,最高效率≥98.5%,匹配电机额定功率20kW至60kW,功能安全满足ISO26262标准ASCIL C级的要求,设计寿命达到15年或40万公里;装车应用≥10 000套[2]。
1 电动物流汽车对电机的要求
与工业生产机械、家用电器等的电机相比,电动物流汽车用驱动电机的工作比较特殊:
(1)电机工况复杂:电动汽车经常启停、加减速、上下坡等,电机的输出转矩和功率变化频繁。
(2)电机在冲击、振动的环境下工作:电动汽车的颠簸和振动都会传递给电机,此外,电机还要承受汽车在紧急制动、急转弯、急加速时的惯性力。
(3)车载电源能量有限:电动汽车的电源能源是有限的,当能量用尽时,需要停止运行,进行充电或添加燃料来恢复其消耗的能量。
(4)电机本身也是负载:电机及其控制器本身的质量也是车辆质量的一部分。
与工业用电机相比,针对电动物流汽车的驱动特点所设计的电机有着特殊的性能要求:
(1)电动物流汽车驱动电机要满足频繁的启停、加减速、转矩控制的动态性能要求较高,电机要有自动调速功能,能减轻使用者的操作强度,提高驾驶的舒适性,并且控制响应能达到与燃油车油门踏板同样的要求。
(2)在允许范围内尽量采用高电压,可减小电机和逆变器及其它装备的尺寸。
(3)为了减少整车的重量,通常取消多级变速器,这就要求在低速或爬坡时,电机可以提供较高的转矩,通常来说要能够承受4~5倍的过载。
(4)调速范围要宽,还需要在整个调速范围内保持较高的运行效率。
(5)电机设计时尽量设计为高额定转速,同时尽量采用铝合金外壳,各种控制器装备的质量和冷却系统的质量等也要求尽可能小,有利于减少电动汽车的重量。
(6)电动汽车应具有最优化的能量利用,具有制动能量回收功能,再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%~20%。
(7)电机工作环境较差,要求电机要有很好的可靠性、耐高低温和耐潮性好、噪声低运行,同时还要保证电机的制造成本低。
(8)为保证安全,需要安装高压保护设备。
(9)结构要简单以便于维修,价格还要低廉。
2 电动物流汽车常用电机类型
直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机是电动物流汽车常用的动电机。直流电机应用最早,这种电机的特点是控制性能好、成本低,但其重量过大、效率低、电刷和滑环的存在增加维护成本,尤其是电刷的磨损会带来安全隐患。
电动物流汽车对车用电机的要求不断提出新的要求,随着电控、机械制造和材料等技术的进步,交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机的性能将更为优越,是目前应用较为广泛的电动物流汽车用电机。电动物流汽车常用电机的性能和优缺点比较及应用车型如表1、表2所示。
3 电动物流汽车用电机发展趋势
3.1 永磁同步电机
由于永磁同步电机效率高、转矩密度高、高效区宽、调速范围宽、重量轻等优点,电机永磁化是未来电机的发展趋势之一[4]。
3.2 轮毂电机
轮毂电机技术又称为车轮内装式电机技术,是一种将电机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置技术。轮毂电机可采用永磁无刷、直流无刷、开关磁阻等电机类型。由于电机处于车轮轮毂内,受体积限制,要求电机为扁形结构,即电机短而粗。
轮毂电机具有:更方便的底盘布置,更灵活的供电系统,更好的汽车底盘主动控制性能,最优的驱动力分配等技术优点。
由于采用了电动轮驱动的形式,没有了机械传动系,使车厢的空间更大,底盘布置更灵活,底盘通用性增强。同时,汽车的电源供电系统无论是采用燃料电池、超级电容或者蓄电池,或者是它们的组合,都不受限制,原来的机械硬连接动力传动形式也变为电缆进行供电的软连接形式。
轮毂电机的控制响应快、精度高,并且每个驱动轮由各自的控制器控制,可以实现最理想的控制效果。轮毂电机也有比如密封和起步电流/扭矩间的平衡关系,以及转向时驱动轮的差速问等题,但从电机驱动技术的特点和发展趋势来看,轮毂电机将是电动物流汽车最理想的驱动方式。
4 结束语
2015年,我国快递业务总量达到211亿件,同比增长54%,相比去年提高8%。随着整个快递业务量的爆发,物流车辆的增长数量也得到了快速增长。在能源制约、环境污染等大背景下,我国政府把发展电动物流汽车作为解决能源及环境问题、实现可持续发展的重大举措之一,各汽车生产企业也将电动物流汽车作为抢占未来汽车产业制高点的重要战略方向[5]。在政府与企业的共同努力下,我国电动物流汽车近几年展现出良好的发展势头。电机作为电动物流汽车上的关键零部件,其技术、产品品质等还要提升,行业标准还不完善,整个行业还处于起步阶段,关键技术方面还落后于发达国家。因此,加快新一代电机等技术研发,已成为我国“十三五”规划的重点突破方向。
参考文献:
[1] 李登辰. 轮边驱动电动汽车高速齿轮系统的设计与研究[D]. 青岛:青岛科技大学(硕士学位论文),2014.
[2] 刘重才. 电动物流车放量催生电机需求[N]. 上海证券报,2015-12-10(A06).
[3] 陈艺端. 改进转子结构互感耦合开关磁阻电机性能的研究[D]. 北京:北京交通大学(硕士学位论文),2014.
关键词:10kV开关站间隔;故障;原因;技术措施
电力线路杆线下地,是城市线路改造的趋势。作为线路运行重要环节‘开关站’,越来越受到人们的重视,形同人的心脏,以此为中心将电力输送到千家万户。间隔一旦出现故障,那将影响大片居民用电。因此,间隔的安全可靠运行至关重要。基于此,应用多样化技术去改良开关站的可靠运行是确保电力系统高效运转的有效对策,而积极分析运行故障是切入点。本文将对此展开详细论述。
1 开关站运行故障原因分析
1.1 开关站间隔的绝缘故障
笔者对开关站放电击穿事故原因进行剖析,常见放电部位有以下两处:一是导电部位和绝缘支撑件之间放电,二是母线和绝缘套之间发生放电,如支柱瓷绝缘子的闪络、开关柜导体对地的闪络等。分析可见主要是因为元器件的绝缘间隙不够或者是绝缘强度达不到要求,当然也不排除设备电压加载过大超出设定限值。
1.2 开关站间隔发热故障
间隔在正常运转时也会产热,一旦出现间隔故障,热量不断升高,没有及时发现加以制止,那就可能出现跳闸甚至火灾现象。笔者对发热故障原因进行收集总结,发现可以分为接头发热、涡流发热和导体发热。发热原因多种多样,当然发热根源也是五花八门。像生产厂家为压缩成本,降低导线横截面积以及采用不合格的铜排都是引起导体发热的重要原因。又如设备的安装与调试不符合规范甚至漏装、漏检都可能使接头未拧紧或接触面过小引起接头发热。再者设备的设计不规范以及超负荷运行也是涡流发热的元凶。找到了发热根源,那就为解决发热问题找到了突破口。
1.3 开关站间隔机械传动操作机构故障
开关站运行二、三十年是常有的事,这对间隔机械性能要求比较高。笔者所在区域开关站运行最长的也不过二十年,但仅仅这些年就出现不少问题。像杆件变形断裂、传动销子断裂、手车接触点不对称以及铁板厚度不达标等情况也偶有发生。日常巡视不到位甚至会发生间隔相间短路,单相接地等事故。另外,开关站间隔日常操作中出现拒分、拒合现象,以及调试阶段也频频出现分合闸速度及时间合格性缺乏的问题,引起中置柜的机构弹跳幅度明显的强于固定柜,如果检修人员不及时修复,会严重干扰运维人员对设备停电与否的判断。
2 开关柜间隔运行质量的提升
2.1 技术角度分析
间隔一旦出现上述故障,作为笔者所从事的运维工作就必须采取停电抢修措施。在没有厂方人员提供技术支持的情况下可做如下一般应急措施。
2.1.1 间隔绝缘性故障的发生,一般情况下代表部件的损坏,更换零部件是常见的措施。
2.1.2 间隔发热故障,常见的像隔离刀闸触头发热,一旦确定是满负荷甚至超负荷运行时,应及时对负荷转移,并用红外测温仪实时监控温度变化情况。但如果隔离刀闸是处于正常负荷下运行的,首先采取的措施是对触头的外部构造进行检查,看其是否有烧伤以及氧化问题存在,一旦有就用汽油对动静触头的氧化物进行清理,切忌使用砂纸对其摩擦,完成触头的氧化物的清洁工作以后,可适当涂凡士林,起到养护的作用。我们知道一个常识,一旦出现长时间加热或金属面氧化,都可能影响接触面的导电性。因此,在对触头做检修保养后,我们还要检查其咬合度。方法就是用厚度为0.05mm的塞尺作为测量工具,如果发现刀闸存在接触不良的情况,可以借助调整压紧弹簧压紧梁的方式去解决间隔内刀闸触头接触不良问题。
2.1.3 间隔机械传动操作机构故障,针对先前论述的不能分闸或者合闸问题,对于年久失修的设备,首先应用除锈剂把各个传动构件的油垢清理干净,继而将优质的油(变压器油)涂擦到各个传动构件上,确保多次手动分合操作都能正常实现。再如,面对间隔电机不运转这一故障现象,可以采取检查储能回路,以及查看储能电机性能,更换故障构建等处理措施,当然这都需要厂家的配合。
2.2 管理角度分析
现在的开关站间隔部件、组装、运行、维护等分工越来越细,给管理带来了不小难度。像部件由不同厂方生产、组装又由集成公司负责,运行、维护由用户或者供电公司负责。往往运行维护单位碰到稍大故障又无法独立解决,需要不同单位的协同处理。笔者查阅部分资料,发现从管理角度分析故障处理的相关论文较少。因此,有必要具体详述。
2.2.1 制定应急预案,间隔一旦出现故障直接影响到相应10kV出线用户,预案以减少停电用户时间,尽快排除故障为出发点。首先,切断故障点上一级电源,防止事故的进一步扩大;其次,将停电负荷导入手拉式电源中。本地区调度中心组织相关运检部门、应急抢修班制定倒电源步骤,对相应线路联络开关、开关站母线柜等操作,实现停电负荷安全转移;再者,联系厂方协助排除故障。开关柜出现故障有部分是不可逆的,即使试送电成功也可能影响整个故障间隔今后的正常运行。此时联系厂方目的是维修甚至更换设备并分析故障原因。
2.2.2 加强巡视,排除隐患:开关站内巡视相信很多单位在做,但仅仅是打开门,观察下指示信号灯正常与否,内部隐患是无法察觉到的。这就需要运维部门制定计划,采用红外测温仪进行定期检查。为了切实执行,我们可以制作一张表格,分别列出关键部位及相应测温情况。运维部门留档,作为处理隐患依据。
2.2.3 积极做好现场勘查、现场交底工作:很多地区还有一批10年前投运的开关柜,手拉式开关柜年久失修再加上设备质量参差不齐,真正到了线路设备检修时就有可能拉不出来。像这种情况,作为运检部门现场勘查是很重要的,针对开关柜的操作一方面查找最近一次检修记录,询问设备主人设备运行状况。如果存在故障问题及时排除;另一方面设备在检修前是在运行状态,很难确定设备是否有异常。此时我们应当及时向上级部门报告,万一检修当天设备故障无法检修,应提前制定断开上级电源的预案并采取相应措施安抚停电用户,对整个开关柜进行全面检修。
2.2.4 把好质量验收关:如今开关柜种类繁多,特别是城区商住楼不断拔地而起,对应开关站也不断兴建。开发商为了减少成本,对于开关柜的质量把关普遍不到位,这就需要我们运维人员在验收移交时擦亮眼睛。需要调试与试验的环节必须严格执行,出现状况及时解决,要不然移交后麻烦问题都要留给自己。
3 结束语
越碓蕉嗟牡缌Ω讼呦碌兀带来许多的开关站的投入运行。由于种种原因,开关站在笔者所在的新兴城市不断出现故障,相信其他城市也有类似状况发生。本文就是对间隔运行中常见的故障进行归纳,有针对性地提出了技术及管理方案,较全面分析当下运行维护开关站重点要求。
参考文献
[1]崔志文.局放测试仪在变电站10kV开关柜运维中的应用[J].山东工业技术,2014,20:206-207.