在管道切割作業(yè)中,實施管道機械冷切割的切管機XJQG-1/3是由液壓泵站及液壓切管機組成。而液壓泵站中液壓泵的作用在于將原動機(汽油發(fā)動機或防爆電機)輸人的機械能轉(zhuǎn)換為管道切割液壓系統(tǒng)內(nèi)液壓油的壓力能,而切管機內(nèi)液壓馬達(dá)則是將液壓油的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能輸出,以帶動銑刀和坡口刀進(jìn)行管道的同時切割/坡口作業(yè)以及驅(qū)動切管機繞管道自動爬行進(jìn)行切割。
如果僅就液壓系統(tǒng)的工作原理而言,任何容積式泵(結(jié)構(gòu)上采用單向吸排閥者除外),如果對其輸人液壓油,都將被壓力油所驅(qū)動而成為液壓馬達(dá)。也就是說液壓泵與液壓馬達(dá)的原理相通,可以互相轉(zhuǎn)換。但因容積式液壓泵為盡量減小工作容積,通過相應(yīng)增高轉(zhuǎn)速的方法來縮小尺寸,所以當(dāng)液壓泵直接改為液壓馬達(dá)時,將是高速小扭矩的液壓馬達(dá)。
為了構(gòu)成管道切割作業(yè)時切管機的低速大扭矩液壓馬達(dá),以便無需減速機構(gòu)即可直接拖動作用機械,實際應(yīng)用的液壓馬達(dá)在具體結(jié)構(gòu)上必然與液壓泵站中的液壓泵存在一定差異。
1.切管機液壓馬達(dá)的工作性能
1.1管道切割作業(yè)專用防爆切管機中液壓馬達(dá)輸入的液壓能,可用工作油的壓力P和流量Q來表示,而其輸出的機械能,則以輸出軸的扭矩M和轉(zhuǎn)速二項指標(biāo)來度量。
馬達(dá)的工作壓力p:馬達(dá)入口油液的實際壓力
馬達(dá)的工作壓差Δp:馬達(dá)入口壓力和出口壓力的差值。即 Δp=p-p出 ,通常設(shè) p出=0
則Δp=p 。
馬達(dá)的實際流量:馬達(dá)入口處的流量。
考慮到泄漏,則馬達(dá)的理論流量:qt= q· ηV
式中:ηV——馬達(dá)的容積效率
馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速等于理論流量 qt與排量 V (每轉(zhuǎn)排量)的比值,即
n= qt/V= q· ηV /V
馬達(dá)的實際輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮機械效率的影響,即
T=Tt· ηm
若馬達(dá)的出口壓力為零,入口工作壓力為p,排量為V,則馬達(dá)的理 論輸出轉(zhuǎn)矩為
Tt=pV/2π
而馬達(dá)的實際輸出轉(zhuǎn)矩為
T=PV/2π*ηm
而其理論輸入功率則可表達(dá)為:
P=Mω=2πn*M/60
式中M為液壓馬達(dá)的理論扭矩,Nm,
ω為液壓馬達(dá)的理論角速度,rad/s;
n為液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)速,r/min。
1.2管道切割機的液壓馬達(dá)工作參數(shù)
假設(shè)液壓馬達(dá)按幾何尺寸確定每轉(zhuǎn)排量為q(ms/r),則液壓馬達(dá)的理論轉(zhuǎn)速為:
N=60Q/q r/min
顯然,在不考慮液壓馬達(dá)中所有能量損失的情況下,液壓馬達(dá)的理論輸出功率就等于其輸入功率,然而,任何實際的液壓馬達(dá),在進(jìn)行管道切割施工的機械運轉(zhuǎn)過程中總存在著各種損失包括密封縫隙的泄漏損失,油流流動時的壓力損失(液壓膠管膨脹)以及各運動接觸部件之間的摩擦損失等(而電動機在運行時其機械損失同液壓一樣,但由于其體積大、功率較小而不適合工程所用,尤其是啟動時動力明顯不足)。因此,液壓馬達(dá)的實際轉(zhuǎn)速
ηm =60Qe/q=60qηV/q r/min
2.液壓馬達(dá)性能優(yōu)化
2.1在實際的管道切割作業(yè),液壓馬達(dá)的實際轉(zhuǎn)速n,主要取決于供入液壓馬達(dá)的流量Q、液壓馬達(dá)的工作容積(即每轉(zhuǎn)排量)Q,和容積效率。因此,要改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速,可采用的方法有容積調(diào)速(采用變量油泵,改變其流量,或采用變理油馬達(dá),改變其排理,也可以采用節(jié)流調(diào)速(通過流量控制閥來改變供入油馬達(dá)的流量)。
2.2液壓馬達(dá)的扭矩M,主要取決于工作油的壓力P和液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量q,提高工作油壓p,不僅可增大液壓馬達(dá)的輸出扭矩M,而且還可以在功率不變的前提下,使液壓元件和管路的尺寸相應(yīng)減小,但同時會受到強度與密封等的條件限制,會大幅度地提高后期的維修和保養(yǎng)成本,并給管道切割施工單位和企業(yè)的管理工作帶來不利的影響。
2.3增大管道切割作業(yè)中切管機液壓馬達(dá)的容積,亦即提高液壓馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量q,則可在工作油壓不變的情況下增大扭矩,而轉(zhuǎn)速則相應(yīng)變低,從而構(gòu)成人低速大扭矩液壓馬達(dá)。一般認(rèn)為額定轉(zhuǎn)速低于500r/min即屬于低速馬達(dá),高于500的屬于高速馬達(dá),而后者用于管道切割作業(yè)時,在機箱內(nèi)往往需要增加機械減速機構(gòu)。
總之,在管道切割施工作業(yè)中的切管機液壓馬達(dá)的優(yōu)化應(yīng)當(dāng)應(yīng)對不同的管道材質(zhì)和專用的刀具確定馬達(dá)的合理轉(zhuǎn)速和管道切削扭矩。例如,在進(jìn)行鑄鐵管道切割作業(yè)時,選用普通刀片則需要速度扭矩較大,可以相應(yīng)的減小切割速度,而使用XJ-DP3型不銹鋼管道專業(yè)切割刀片時,因本身具有高強度和較小的切削面積,所需要析扭矩較小,則可以在實際操作時提高流量和速度進(jìn)行管道切割作業(yè),以提高管道切割作業(yè)的工作效率。
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