篦冷机篦床液压驱动比例速度控制系统

２　压与气动　５７　

高凤阳　，王君帅　，丁雪　

Ａ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｃｏｏｌｅｒ　Ｂｅｄ　Ｄｒｉｖｉｎｇ　

ＧＡＯ　Ｆｅｎｇ－ｙａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｊ　ｕｎ－ｓｈｕａｉ　，ＤＩＮＧ　Ｘｕｅ２　

（１．沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁沈阳１１０１６８；　２．沈阳建筑大学信息控制学院，辽宁沈阳１１０１６８）　

摘要：液压驱动的篦冷机篦床驱动速度控制系统采用液压比例控制技术，达到篦冷机篦床驱动速度控　制，代替了原有的篦冷机篦床机械传动驱动系统。分析了机械传动与液压传动优缺点；探讨了液压比例同步　

速度控制系统的工作原理和可行性；提出和构成了液压比例同步速度控制系统。从液压比例速度控制系统　

的工作原理上来看这种液压比例驱动的篦冷机篦床速度控制系统具有实用价值。　

关键词：液压驱动；比例速度控制；篦冷机　

中图分类号：ＴＨ１３７．３文献标识码：Ｂ文章编号：１０００—４８５８（２００６）１１．００５７．０４　

０引言　篦冷机其全称为熟料篦式冷却机，其主要功能是　

对水泥熟料进行冷却、热回收和输送，同时还可以起到　

破碎和筛分的作用。篦冷机是水泥行业熟料煅烧生产　

持＊—＊一　Ｈ　卜　卜音卜　卜＊—＊—＊—＊—＊　卜＊　卜　收稿日期：２００６—０４—０６　作者简介：高凤阳（１９５５一），男，辽宁沈阳人，副教授，硕士，主　要从事液压技术、机电一体化技术等方面的科研和教学工作。　

５结论　本文基于ＣＭＡＣ神经网络，结合ＰＩＤ控制器设计　

了一种并行控制算法，它们的输出和作为电液伺服系　

统的控制作用。在这种算法中，ＰＩＤ控制器是作为反　

馈控制器，其目的是为了保证系统的稳定性。而　

ＣＭＡＣ是作为前馈补偿器，目的是得到系统的逆动态　

模型。通过ＣＭＡＣ的学习算法，ＰＩＤ控制器的输出很　快趋于零，电液伺服系统的实际控制作用由ＣＭＡＣ神　

经网络产生。从仿真结果上看，该算法有跟踪精度高，　

响应速度快，超调量小的特点。　

参考文献：　［１］Ｙ．ｘ．ｓｕ，Ｂ．Ｙ．Ｄｕａｎ，Ｃ．Ｈ．Ｚｈｅｎｇ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ＰＩＤ　ｃｏｎ—　ｔｒｏｌ　ｏｆ　ａ　ｓｉｘ－ＤＯＦ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥ　Ｐｒｏｃ．Ｃｏｎ—　ｔｒｏｌ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ａｐｐ１．，２００４，１５１（１）．　［２］　Ｂｏｕｄｒｅａｕ，Ｒ．，Ｄａｒｅｎｆｅｄ，Ｓ．，Ｇｏｓｓｅｌｉｎ，Ｃ．Ｍ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ　ｏｆ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｕｓｉｎｇ　ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｓｙｓｔ．，Ｍａｎ，　Ｃｙｂｅｍ．，１９９８，２８（２）：２１３—２２０．　［３］黄真，孔令富，方跃法．并联机器人机构学理论及控制　［Ｍ］，北京：机械工业出版社，１９９８．　［４］Ｔａｎ，Ｋ．Ｋ，Ｌｅｅ，Ｔ．Ｈ，Ｚｈｏｕ，Ｈ．Ｘ．Ｍｉｃｒｏ－ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｎｅａｒ　ｐｉｚｅｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥ／ＡＳＭＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，２００１，６　（４）：４２８—４３６．　［５］Ｈａｎ，Ｊ．Ｑ，Ｗａｎｇ，Ｗ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｏｒ　［Ｊ］．Ｊ．Ｓｙｓｔ．Ｓｃｉ．Ｍａｔｈ．Ｓｃｉ．，１９９４，１４（２）：１７７—１８３．　［６］　Ｍｉｌｌｅｒ，Ｗ．Ｔ，Ｇｌａｎｚ，Ｆ．Ｈ，Ｋｒａｆｔ，Ｌ．Ｇ．　Ｃ：ａｎ　ａｓ—　ｓｏｃｉａｔｉｖｅ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　ｔｏ　ｂａｃｋＦＩｒｏｐａｇａｔｉｏｎ［Ｊ］．　Ｐｒｏｃ　ＩＥＥＥ　１９９０，７８：１５６１—１５６７．　［７］　Ｅｒｋａｎ　Ｍｅｓｅ．Ａ　ｒｏｔｏｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｅｓｔｉｍａｔｏｒ　ｆｏｒ　ｓｗｉｔｃｈｅｄ　ｒｅｌｕｃ—　ｔａｎｃｅ　ｍｏｔｏｒｓ　ｕｓｉｎｇ　ＣＩ江ＡＣ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｎ—　ａｇｅｍｅｎｔ，２００３，４４：１１２９—１２４５。　［８］Ｌｅｅ，Ｚ．Ｊ，Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｐ，Ｓｕ，Ｓ．Ｆ．Ａ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｒｏｂｕｓｔ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｃｒｅｄｉｔ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ　ｃｅｌｅｂｅｌｌａｒ　ｍｏｄｅｌ　ａｒ—　ｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｏｆｔ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，２００４（４）：　３５７～３６７．　［９］刘金琨．先进ＰＩＤ控制ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．北京：电子　工业出版社，２００３．　［１０］徐丽娜．神经网络控制［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出　版社。１９９９．

　维普资讯 http://www.cqvip.com ５８　液压与气动　２００６年第１１期　

系统的重要配套设备，广泛应用于水泥工业熟料生产　

线上。水泥熟料的冷却是水泥工业生产中的重要环　

节，对水泥的品质至关重要，其主要性能要求是：尽可　

能地对水泥熟料均匀冷却，同时具有高冷却效率、高热　

回收率和高运转率，达到高效又高产。为了保证篦冷　

机能够达到高冷却效率和高热回收率的要求，篦冷机　

篦床可以通过反馈自动调整推动速度，使其传动装置　

能够适应各种复杂的工作情况，来控制合理的料层厚　

度，再由篦冷机的反馈控制系统调节出合理的冷却风　量，这样可以达到这两项要求；传动装置在调速过程中　

必须保证平稳，无任何冲击和振动，保证篦冷机能够长　

期稳定的工作，就可以保证高运转率的要求。　

篦式冷却机是伴随着水泥工业的进步而出现的一　

种崭新的水泥熟料冷却设备，它是利用空气对熟料进　

行冷却的水泥生产设备。篦式冷却机的理论与实践都　已自成体系，许多国家的水泥工业单位都有自己的篦　

冷机的设计、研究和制造机构。８０年代初，沈阳水泥　

机械厂引进美国ＦＵＬＬＥＲ公司篦冷机生产技术；１９８３　

年与天津水泥工业设计院设计出我国第１台日产　

２０００　ｔ篦冷机，在生产当中取得巨大的经济效益。随　

着水泥工业发展，生产规模越来越大，日产５０００　ｔ以　

上生产线已不是新鲜事物，原有小于５０００　ｔ的篦冷机　多为机械传动，已不适应这种高产量的需求，在国外已　

经出现了以液压传动驱动的篦式冷却机。液压传动系　

统的篦冷机比机械传动的篦冷机有很多优势，当然也　

带来了新的问题，本文就是对这些新的问题进行探讨　

和研究，以利于这种液压传动的篦冷机在生产实际中　

发挥更大的作用。　目前，我国在篦冷机技术的理论研究和制造运行　

方面都已有了很多的研究和实践。但应当看到，与世　

界先进水平比较，我国篦冷机冷却技术在实践中差距　

还很大，需要走的路还很长。国家建设部确定水泥生　

产行业中，工程机械建设的重点是采用最优，最发达的　

生产技术。因此，篦冷机作为水泥生产冷却环节的主　

要设备，对其进行改进和技术变革，刻不容缓。　１篦冷机的工作原理和过程　图１所示是篦式冷却机工作原理图。篦冷机由动　篦板和定篦板组成篦床，加上机架和外罩。所有的定　

篦板固定在机加上，而所有动篦板连接在一起，由一个　

往复驱动系统驱动，动、定篦板相互间隔，动篦板在定　

篦板间往复滑动。无论动篦板还是定篦板上面都有可　

通风的气孔。从回转窑煅烧出来的水泥熟料经窑口落　到篦冷机头部的篦床上，在动篦板的驱动下向前运动，　经过各个篦板组成的篦床，同时在篦床下通过鼓风机　

打人压缩空气，经过篦板气孔，吹入水泥熟料中渗透扩　

散，使得熟料迅速冷却。在动篦板、水泥熟料自重和风　

力的作用下，水泥熟料在往复推动的动篦板组成的篦　

床上向前运动，均布，不断冷却，温度渐渐降低，直到达　

到环境温度。这就是篦冷机的工作原理和工作过程。　

图１篦式冷却机工作原理图　

篦冷机篦床这样的往复运动在中小型篦冷机上　

是采用机械传动驱动的。这种机械传动系统由电动　

机、减速机、小链轮链条、大链轮连杆、滑块、同步轴、　

篦床等组成。其传动路线是：电动机一减速机一链　

轮链条一大链轮连杆、滑块及篦床。其结构如图２ａ　

所示，设置了多级减速装置，结构比较复杂。其中同　

步轴是把动力分别传递到篦床的两端；小链轮转动，　由链条带动大链轮转动，偏心轴是固定在大链轮上　

的，大链轮起到曲柄连杆的作用，把链轮的转动变成　

滑快的往复运动，推动篦床往复运动，这就是机械传　

动的工作原理。　为了保证均匀地冷却物料，使气体均匀地穿过物　

料，物料本身要具有一定的厚度，额定工况要求物料厚　

度在６００　ｒａｉｎ左右。当物料层太薄，可能引起漏风过　

多，浪费风量，此时要降低动篦板的运行速度，相反要　

加快动篦板的运行速度，所以篦床动篦板的运行速度　

要求是可控的。一般运动速度为４～１２次／ｍｉｎ。另外　

当篦床篦板下气压过低时，也要求减小运行速度，因为　

此时气压过低意味着水泥熟料在篦床上分布不均，反　

之加速运行。物料的薄厚与气压有很大关系，通常情　

况下，料层分布均匀，料层厚，气压高；反之，料层分布　

不均匀或料层薄，气压低。但是当物料层的分布不均　匀时，这个关系就不太准确。因而篦床的运动速度粗　

略与上述２个因素有关：

气压和物料质量的大小。因　维普资讯 http://www.cqvip.com １１　压与气动　５９　

而在篦床的驱动控制中，除了常规的电动机启停控制、　

电机状态监测外，还必须有篦床的运动速度控制。对　

于机械传动的篦冷机，电动机作为动力源，其运行速度　

调节需要变频器。　由上述工作原理可以归纳出篦床机械传动系统具　

有以下几个特点：传动级数较多，结构较复杂；负载严　

重的不对称性使传动不够平稳，换向有冲击；运行速度　

调节需要变频器。上述３个方面，在篦冷机产量进一　

步提高时，机械传动的结构变得更为不利，相应部件要　

加大，不利因素更为显著。　

２篦冷机篦床液压驱动系统构成　

目前，大于２５００　ｔ／ｄ的篦冷机在国外多采用液压　

传动来实现，因为液压传动可以发挥传动功率大，传动　平稳，速度控制容易，与篦冷机篦床的负载特性匹配好　

等特点。本文涉及到篦冷机篦床的液压驱动系统的驱　

动构成如图２ｂ所示。这种液压驱动系统将机械传动　

中减速机、小链轮链条、大链轮连杆去掉，保留其中的　

连杆和同步轴，使用２个同样规格的液压缸在篦床的　

２侧同步驱动篦床运动，但此处的同步轴不需要像原　

来的那样粗，因为此处同步轴仅仅是用来强制２个液　

压缸同步运行。篦冷机篦床的液压驱动系统由液压泵　

站、液压比例控制阀、液压缸、篦床等组成。液压泵站　

配置３台负载敏感变量泵（２工作１备用）；液压比例　

控制阀由２台比例方向阀和减压阀组成比例调速方向　

阀，控制流量。　从篦床液压驱动系统的组成上来看其特点是：首　

先是传动级数较少，结构相当简单，传动过程较为简　单，所用部件较少；其次传动平稳，换向基本无冲击。　

因为篦冷机篦床采用液压驱动系统后，驱动装置是一　

对规格相同的液压缸，内部充满液压油。液压油本身　

具有一定的弹性，能够吸收部分负载冲击能量。另外　

在液压缸中可以方便地加入缓冲装置，在液压系统也　

可以加入平衡阀，两项措施都能够限制篦床速度突变，　

减少冲击；其三运行速度调节容易，液压传动系统的调