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車間負(fù)壓風(fēng)機(jī)_上振式振動(dòng)篩工作原理分析汽車車速仿真跟蹤風(fēng)機(jī)系

　　隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，高爐產(chǎn)量連年增加，盡管燒結(jié)礦產(chǎn)量也在大幅度提高，但燒結(jié)礦入爐比仍從90 降到70 左右，供需矛盾日益突出。為此，廣鋼燒結(jié)廠在不斷進(jìn)行技術(shù)改造的同時(shí)，狠抓生產(chǎn)管理，目前燒結(jié)礦年產(chǎn)量已突破90萬(wàn)t ，獲得了較好的發(fā)展勢(shì)頭。該篩的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單電機(jī)傳動(dòng)，只有一個(gè)振動(dòng)器，振動(dòng)器內(nèi)的兩對(duì)偏心輪靠齒輪傳動(dòng)；缺點(diǎn)是使用過(guò)程中易漏油，故障多，使用壽命短，且更換振動(dòng)器的時(shí)間長(zhǎng)。上振式振動(dòng)篩替換了原來(lái)的熱振篩。新篩采用雙電機(jī)雙振動(dòng)器結(jié)構(gòu)，使用后，振動(dòng)器運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，故障少，更換時(shí)間縮短至1～2小時(shí)，且無(wú)需經(jīng)常加油，篩分效率高，為燒結(jié)生產(chǎn)爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。點(diǎn)火爐改造原點(diǎn)火爐系環(huán)縫式燒結(jié)點(diǎn)火爐，其爐膛高，體積大，煤氣消耗高，且壽命短。1995年～1996年大修時(shí)，我們采用了長(zhǎng)沙院設(shè)計(jì)的雙斜帶式點(diǎn)火爐，其爐膛低，體積小，火焰集中，點(diǎn)火強(qiáng)度高，投產(chǎn)后大大改善了點(diǎn)火質(zhì)量，使煤氣消耗明顯降低。而且該點(diǎn)火爐的使用壽命長(zhǎng)，投產(chǎn)至今已使用5年，爐體仍保持完好，預(yù)計(jì)其壽命可達(dá)燒結(jié)球團(tuán)2.3大煙道改造燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)幾經(jīng)改造，風(fēng)量已大大增加，煙道內(nèi)的風(fēng)速也不斷加快，這一方面不利于粉塵的沉降，同時(shí)也加劇了煙道的磨損。為避免煙道磨穿而產(chǎn)生有害漏風(fēng)， 1997年在更換大煙道時(shí)，并將導(dǎo)風(fēng)管向外移動(dòng)100mm使其與煙道相切。同時(shí)，取消了設(shè)計(jì)時(shí)用于調(diào)節(jié)風(fēng)量的風(fēng)閘，以防使用過(guò)程中因兩端軸承卡死，失去調(diào)節(jié)功能，反而造成阻力上升。當(dāng)需要進(jìn)行空臺(tái)車復(fù)產(chǎn)時(shí)，可采用油氈紙、橡膠板或紙皮鋪蓋于臺(tái)車爐篦條上以代替風(fēng)閘，防止氣流短路。配料電子秤改造1998年我廠采用可編程序控制器和變頻技術(shù)對(duì)配料系統(tǒng)進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)主機(jī)同時(shí)控制13臺(tái)電子秤。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，配料精度大大提高，設(shè)備故障顯著減少，每年節(jié)約維修費(fèi)用和電費(fèi)超過(guò)25萬(wàn)元，為增產(chǎn)降耗創(chuàng)造了條件。

　　上海市教委科技基金資助項(xiàng)目2000年8月21日收到上海市200092汽車車速仿真跟蹤風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的研制王振亞陳禮番孫澤昌王菊弟同濟(jì)大學(xué)從氣動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及葉輪強(qiáng)度校核兩個(gè)方面闡述了仿真跟蹤風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作。介紹了電氣控制系統(tǒng)。給出了風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果，得出了該風(fēng)機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)要求等結(jié)論。

　　一、前言在汽車試驗(yàn)中，汽車在底盤測(cè)功機(jī)上能按多種工況進(jìn)行模擬行駛，由于汽車相對(duì)地面是靜止的，所以需要風(fēng)機(jī)來(lái)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，以保證試驗(yàn)的正常進(jìn)行。近年來(lái)，底盤測(cè)功機(jī)成為汽車排放污染物測(cè)試的加載設(shè)備，它與廢氣分析儀一起構(gòu)成了汽車排放污染物的測(cè)試系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。根據(jù)測(cè)試規(guī)范要求，風(fēng)機(jī)的風(fēng)速與底盤測(cè)功機(jī)上汽車的車速應(yīng)該同步，嚴(yán)格控制多工況下進(jìn)行測(cè)試的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的溫度，否則會(huì)影響排放試驗(yàn)結(jié)果。

　　二、仿真跟蹤風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)根據(jù)研制仿真跟蹤風(fēng)機(jī)項(xiàng)目的要求，跟蹤風(fēng)機(jī)的最高跟蹤風(fēng)速v = 120km /h.為此在進(jìn)行了兩種跟蹤風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)方案的比較后，確定了GZF　11仿真跟蹤風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)方案和氣動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　跟蹤風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)采取了可移動(dòng)的，變頻調(diào)速單級(jí)軸流風(fēng)機(jī)加氣流加速噴口方案，噴口截面為0.

　　2，大于桑塔那轎車的散熱器進(jìn)風(fēng)口面積。氣動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)為：跟蹤風(fēng)速達(dá)120km /h時(shí)的風(fēng)機(jī)風(fēng)量全壓最高轉(zhuǎn)速1.仿真跟蹤風(fēng)機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)以上確定的氣動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)，本跟蹤風(fēng)機(jī)采用孤立葉型法進(jìn)行氣動(dòng)計(jì)算，葉片扭曲按等環(huán)量規(guī)律分布（ΔC R=常數(shù)） ，具體計(jì)算結(jié)果如下。

　�。� 1）風(fēng)機(jī)的軸功率N電機(jī)配置功率N電（ 2）確定輪轂比，葉輪外徑及輪轂直徑輪轂比ν= 0. 4葉輪外徑D輪轂直徑d□設(shè)計(jì)試驗(yàn)2.仿真跟蹤風(fēng)機(jī)葉輪強(qiáng)度校核計(jì)算軸流風(fēng)機(jī)的葉輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片上受到離心力和氣流壓力的作用而產(chǎn)生拉伸和彎曲應(yīng)力。這兩種應(yīng)力的疊加在葉片根部達(dá)到最大值。本葉輪強(qiáng)度校核是在n下計(jì)算出葉片根部的總應(yīng)力后根據(jù)安全系數(shù)來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)的，具體計(jì)算結(jié)果如下。

　�。� 1）總應(yīng)力： e（ 2）強(qiáng)度校驗(yàn)： n=根據(jù)以上校核計(jì)算， GZF 11仿真跟蹤風(fēng)機(jī)的葉輪完全滿足了超速10工況的強(qiáng)度要求。

　　三、仿真跟蹤風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)仿真風(fēng)機(jī)風(fēng)速是否能跟蹤底盤測(cè)功機(jī)上汽車的車速是由電氣控制部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該電氣控制系統(tǒng)如圖2.

　　該控制系統(tǒng)具有以下功能。

　　（ 1）風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速能自動(dòng)跟蹤底盤測(cè)功機(jī)上按各種工況運(yùn)行的汽車車速。

　　（ 2）系統(tǒng)應(yīng)具備手動(dòng)和自動(dòng)風(fēng)速設(shè)定及運(yùn)行控制，兩種控制方式可方便地進(jìn)行切換。

　�。� 3）系統(tǒng)為車速測(cè)量信號(hào)設(shè)置模擬與數(shù)字兩種接口，以便與其他底盤測(cè)功機(jī)匹配。

　　（ 4）系統(tǒng)能直接顯示風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速值，同時(shí)也能監(jiān)控風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及系統(tǒng)自身的工況狀況。

　　1.電氣控制系統(tǒng)的控制方法系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，汽車底盤測(cè)功機(jī)上的車速傳感器輸出的電壓作為實(shí)際車速信號(hào)傳送給圖2中的單片機(jī)控制器M C，單片機(jī)控制器按圖3曲線將車速傳感器輸出電壓換算成對(duì)應(yīng)的變頻器控制電壓V c，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)流量使得風(fēng)機(jī)噴口氣流速度與車速一致。

　　2.跟蹤風(fēng)機(jī)電機(jī)制動(dòng)能耗控制電路為了實(shí)現(xiàn)仿真風(fēng)機(jī)的跟蹤控制，風(fēng)機(jī)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須滿足試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)電機(jī)加減速的要求。筆者對(duì)電機(jī)容量及變頻器容量進(jìn)行了合理的選擇（電機(jī)容量為22kV A，變頻器容量為33.

　　具有1分鐘120的過(guò)載能力） ，因此完全能滿足對(duì)加速的要求。但是當(dāng)風(fēng)機(jī)從高轉(zhuǎn)速區(qū)域以較大的減速度減速至低轉(zhuǎn)速乃至零轉(zhuǎn)速時(shí)，僅靠氣流對(duì)葉輪產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩是不夠的。所以風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)還必須能提供一定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以克服葉輪的慣性。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理，當(dāng)電機(jī)供電頻率迅速降低時(shí)，風(fēng)機(jī)葉輪的一部分動(dòng)能將反饋給變頻器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷骰芈返碾妶?chǎng)能，從而使電動(dòng)機(jī)以再生制動(dòng)方式提供相應(yīng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這部分被轉(zhuǎn)化的電場(chǎng)能必須及時(shí)地通過(guò)一個(gè)制動(dòng)能耗電路消耗掉，否則會(huì)導(dǎo)致變頻器中間直流回路過(guò)電壓而使變頻器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，中斷制動(dòng)過(guò)程。

　　在本控制系統(tǒng)中還采用了自行研制的制動(dòng)能耗控制單元。跟蹤風(fēng)機(jī)電機(jī)制動(dòng)能耗控制電路如圖4所示。

　　四、仿真跟蹤風(fēng)機(jī)的性能試驗(yàn)仿真跟蹤風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的主要目的就是要了解：a.仿真跟蹤風(fēng)機(jī)是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求（即最高跟蹤風(fēng)速v汽車散熱器進(jìn)氣口處氣流流場(chǎng)不均勻度如汽車車速仿真跟蹤風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的研制何c.仿真跟蹤風(fēng)機(jī)風(fēng)速跟蹤響應(yīng)的時(shí)間。

　　1.仿真跟蹤風(fēng)機(jī)最高跟蹤風(fēng)速試驗(yàn)試驗(yàn)的目的是讓風(fēng)機(jī)在滿足葉輪強(qiáng)度和振動(dòng)要求的情況下，盡可能地提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以觀察距離噴口1. 5m處截面氣流速度能達(dá)到多高。試驗(yàn)結(jié)果。

　　風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r /min）1. 5m處風(fēng)速圓周速度風(fēng)機(jī)額定工況（ 1450）排放法規(guī)最高工況（ 1600）風(fēng)機(jī)極限工況（ 1750）試驗(yàn)環(huán)境條件： p從試驗(yàn)結(jié)果分析看， GZF 11仿真跟蹤風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求，即最高跟蹤風(fēng)速可達(dá)123km /h，此時(shí)的葉輪圓周速度為92. 1 m /s符合強(qiáng)度校核要求。風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)30分鐘10超速運(yùn)行后，葉輪和轉(zhuǎn)動(dòng)部件未出現(xiàn)異常情況。

　　2.汽車散熱器進(jìn)氣口處氣流流場(chǎng)不均勻度的測(cè)量和評(píng)價(jià)將跟蹤風(fēng)機(jī)氣流出口至汽車頭部進(jìn)風(fēng)口之間的距離調(diào)整到1. 5m，用變頻器將跟蹤風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至760r /min，使離車頭進(jìn)氣口40mm處測(cè)量截面中心點(diǎn)上的氣流速度恒定在60km /h ，然后用固定在三維坐標(biāo)架上的氣動(dòng)探針按事先畫好的坐標(biāo)位置測(cè)量沿噴口高度方向和寬度方向上的氣流速度。由于每小時(shí)60km /h左右的跟蹤風(fēng)速是在按法規(guī)檢測(cè)汽車排放的整個(gè)過(guò)程中最為普遍應(yīng)用的，所以采用此跟蹤風(fēng)速來(lái)考核測(cè)量截面上的流場(chǎng)品質(zhì)是比較實(shí)際的。圖5為車頭進(jìn)風(fēng)口處的氣流速度場(chǎng)。根據(jù)計(jì)算：（ 1）發(fā)散氣流面積比_風(fēng)機(jī)噴口后發(fā)散氣流面積比不大于2 （ 2）有效風(fēng)速截面上的氣流速度不均勻度Y= 0. 086.可見(jiàn)，車頭進(jìn)風(fēng)口有效截面上的氣流速度3.仿真跟蹤風(fēng)機(jī)風(fēng)速跟蹤響應(yīng)測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，采用多通道數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)采集風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和車速信號(hào)，并對(duì)所得到的波形進(jìn)行數(shù)字濾波處理得到試驗(yàn)曲線，見(jiàn)圖6.

　　由跟蹤性能試驗(yàn)曲線可知,負(fù)壓風(fēng)機(jī)廠，跟蹤風(fēng)機(jī)的跟蹤性能相當(dāng)好，響應(yīng)時(shí)間很短，兩者的波形基本一致，響應(yīng)時(shí)間小于2s.由于按排放法規(guī)做汽車15工況試驗(yàn)時(shí)加速、減速過(guò)程相對(duì)比較緩慢,大型屋頂風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和氣動(dòng)載荷也相對(duì)比較小，所以,鐵皮廠房通風(fēng)降溫，從試驗(yàn)曲線圖6看，風(fēng)速在V= 0～60km /h范圍內(nèi)跟蹤響應(yīng)是相當(dāng)令人滿意的。

　　五、結(jié)論通過(guò)對(duì)仿真跟蹤風(fēng)機(jī)的研制以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析可以得出以下結(jié)論。

　�。� 1）本仿真跟蹤風(fēng)機(jī)跟蹤風(fēng)速最高可達(dá)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，達(dá)到項(xiàng)目規(guī)定的要求。

　�。� 2）仿真跟蹤風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能和強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

　�。� 3）車頭散熱器進(jìn)氣口處的氣流流場(chǎng)的不均勻度 10 （日本小野公司同類型的風(fēng)機(jī)的氣流流場(chǎng)不均勻度為10 ）。

　�。� 4）采用變頻開(kāi)環(huán)控制技術(shù)，風(fēng)速跟蹤響應(yīng)最大滯后時(shí)間 2s，達(dá)到試驗(yàn)規(guī)范要求。

　�。� 5）本跟蹤風(fēng)機(jī)系統(tǒng)可以替代同類進(jìn)口配套設(shè)備，所需費(fèi)用只是進(jìn)口設(shè)備的20左右。

　　□設(shè)計(jì)試驗(yàn)


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