淺析如何改進(jìn)氪氣流量計(jì)并大幅度提升其效率
點(diǎn)擊次數(shù)：1770 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 07:23:35
摘要：氪氣流量計(jì)是超深超大礦井提升系統(tǒng)不可或缺的裝備。 針對(duì)氪氣流量計(jì)存在的效率低、能耗大及液壓元件選型不合理等問題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)工作效率高、節(jié)能降耗，能夠保證氪氣流量計(jì)安全高效工作，進(jìn)而保證超深超大礦井整個(gè)提升系統(tǒng)安全運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
引言
近年，隨著特大型礦井建設(shè)，現(xiàn)已出現(xiàn)超深井、超大噸位載荷工況。 目前 2 km 以下的深豎井大噸位高速提升技術(shù)也已列入**科技部重點(diǎn)研究計(jì)劃。 在超深超大礦井提升過程中，罐籠的穩(wěn)定性起著舉足輕重的作用，因此氪氣流量計(jì)在超深超大礦井提升系統(tǒng)中尤為重要。 對(duì)氪氣流量計(jì)而言，其液壓系統(tǒng)是否穩(wěn)定可靠對(duì)整個(gè)裝置的可靠運(yùn)行起著決定性作用，穩(wěn)定良好的液壓系統(tǒng)能夠保證氪氣流量計(jì)良好工作，進(jìn)而保證整個(gè)提升系統(tǒng)工作高效安全。 本文從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，通過對(duì)其液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，旨在設(shè)計(jì)出一套更加穩(wěn)定可靠的氪氣流量計(jì)。
1 原液壓系統(tǒng)所存在問題的分析
氪氣流量計(jì)原液壓系統(tǒng)圖如圖 1 所示。 通過分析圖 1 發(fā)現(xiàn)，原液壓系統(tǒng)中剪叉油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組并聯(lián)安裝，并均由齒輪泵供油，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機(jī)發(fā)熱大，主要存在的問題：
（1）工作周期長(zhǎng)、效率低。 原氪氣流量計(jì)中，齒輪泵同時(shí)對(duì) 3 組共 6 個(gè)油缸進(jìn)行供油，整個(gè)工作時(shí)間較長(zhǎng)，另外電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵長(zhǎng)時(shí)間供油，造成系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重，故障率高，液壓系統(tǒng)壽命較短；
（2）由于升降油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，所需油壓也不同，原液壓系統(tǒng)中齒輪泵統(tǒng)一供油，整個(gè)工作過程中系統(tǒng)功率消耗大，不夠節(jié)能，工作電機(jī)始終帶載運(yùn)行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對(duì)整個(gè)提升系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)的性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓系統(tǒng)中無減振緩沖裝置，在回程工作過程中沖擊較大，瞬間卸荷時(shí)造成很大沖擊，對(duì)系統(tǒng)破壞性很大，很容易造成系統(tǒng)泄漏，對(duì)密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓系統(tǒng)中選用 O型機(jī)能換向閥來實(shí)現(xiàn)在其行程的任意位置處對(duì)油缸組鎖緊，由于滑閥式換向閥的泄漏現(xiàn)象不可避免，僅適用于時(shí)間短且要求不高的回路，此鎖緊方式可靠性差。 另外本裝置安裝于惡劣的礦山環(huán)境下，由于缺乏回油過濾器，惡劣的礦山環(huán)境將會(huì)對(duì)系統(tǒng)油液嚴(yán)重污染，加重系統(tǒng)泄漏進(jìn)而失去保壓功能。
2 氪氣流量計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì)
根據(jù)氪氣流量計(jì)在整個(gè)提升系統(tǒng)中的實(shí)際工況，對(duì)該裝置的液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，運(yùn)用液壓集成技術(shù)，現(xiàn)代節(jié)能理念，采用機(jī)電液一體化思路，改進(jìn)設(shè)計(jì)出的新型液壓系統(tǒng)如圖 2 所示。
改進(jìn)后液壓系統(tǒng)工作原理：通過溢流閥調(diào)整剪叉油缸工況所需壓力，通過疊加溢流閥來調(diào)整托爪和鎖爪工況所需壓力。 剪叉平臺(tái)上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸出）時(shí) 0DT 先得電，當(dāng)剪叉油缸到位后 0DT 失電，大泵供油無壓流回油箱。 通過電磁換向閥 17（1DT 和 2DT 的得失電）來控制剪叉油缸的伸出或縮回，通過電磁換向閥 18（3DT 和4DT 的得失電）來控制托爪和鎖爪的伸出和縮回。改進(jìn)后液壓系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序如表 1 所示。
改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用雙聯(lián)高壓齒輪泵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)。大泵側(cè)設(shè)置電磁溢流閥，實(shí)際工作時(shí)，0DT 先得電，當(dāng)泵的壓力達(dá)到電磁溢流閥所設(shè)定的壓力后 0DT 失 電。其后續(xù)的工況由小泵進(jìn)行供油，大泵所供的油則無壓流回油箱，實(shí)際工況下小泵持續(xù)供油，大泵補(bǔ)油，從而大大減少系統(tǒng)發(fā)熱量及故障率，提高了整個(gè)液壓系統(tǒng)的使用壽命；
（2）剪叉（升降）油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，其所需油壓也不同，改進(jìn)后的系統(tǒng)對(duì)托爪和鎖爪油缸組均配置了疊加式溢流閥，可根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整其所需油壓， 增加整個(gè)系統(tǒng)靈活性的同時(shí)也大大降低整個(gè)系統(tǒng)功耗，體現(xiàn)了節(jié)能性設(shè)計(jì)；
（3）在剪叉（升降）油缸的有桿腔回路中配置平衡閥，有桿腔回油時(shí)可通過平衡閥調(diào)節(jié)其油壓，能夠使整個(gè)平臺(tái)下降過程更加平穩(wěn)， 避免了由于瞬間卸荷所產(chǎn)生的巨大沖擊， 使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，液壓元件匹配更加合理；
（4）系統(tǒng)保壓更可靠。 改進(jìn)后的系統(tǒng)采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式雙液控單向閥，使系統(tǒng)泄露大大降低，確保了油缸組的保壓功能。單向閥超低的泄漏量也可以大大降低整個(gè)系統(tǒng)壓力的衰減率，從而使系統(tǒng)保壓穩(wěn)定，裝置運(yùn)行可靠。
3 結(jié)語
對(duì)氪氣流量計(jì)的重要意義進(jìn)行了闡述，在對(duì)其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷及存在重大問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)罐籠裝置的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品安全性并降低了能耗。 實(shí)踐證明該液壓系統(tǒng)能更好地保證氪氣流量計(jì)可靠運(yùn)行，能夠保證整個(gè)提升系統(tǒng)良好工作。 現(xiàn)場(chǎng)使用情況表明：該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。 該系統(tǒng)的研發(fā)提高了氪氣流量計(jì)的自動(dòng)化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
引言
近年，隨著特大型礦井建設(shè)，現(xiàn)已出現(xiàn)超深井、超大噸位載荷工況。 目前 2 km 以下的深豎井大噸位高速提升技術(shù)也已列入**科技部重點(diǎn)研究計(jì)劃。 在超深超大礦井提升過程中，罐籠的穩(wěn)定性起著舉足輕重的作用，因此氪氣流量計(jì)在超深超大礦井提升系統(tǒng)中尤為重要。 對(duì)氪氣流量計(jì)而言，其液壓系統(tǒng)是否穩(wěn)定可靠對(duì)整個(gè)裝置的可靠運(yùn)行起著決定性作用，穩(wěn)定良好的液壓系統(tǒng)能夠保證氪氣流量計(jì)良好工作，進(jìn)而保證整個(gè)提升系統(tǒng)工作高效安全。 本文從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，通過對(duì)其液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，旨在設(shè)計(jì)出一套更加穩(wěn)定可靠的氪氣流量計(jì)。
1 原液壓系統(tǒng)所存在問題的分析
氪氣流量計(jì)原液壓系統(tǒng)圖如圖 1 所示。 通過分析圖 1 發(fā)現(xiàn)，原液壓系統(tǒng)中剪叉油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組并聯(lián)安裝，并均由齒輪泵供油，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機(jī)發(fā)熱大，主要存在的問題：
（1）工作周期長(zhǎng)、效率低。 原氪氣流量計(jì)中，齒輪泵同時(shí)對(duì) 3 組共 6 個(gè)油缸進(jìn)行供油，整個(gè)工作時(shí)間較長(zhǎng)，另外電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵長(zhǎng)時(shí)間供油，造成系統(tǒng)發(fā)熱嚴(yán)重，故障率高，液壓系統(tǒng)壽命較短；
（2）由于升降油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，所需油壓也不同，原液壓系統(tǒng)中齒輪泵統(tǒng)一供油，整個(gè)工作過程中系統(tǒng)功率消耗大，不夠節(jié)能，工作電機(jī)始終帶載運(yùn)行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對(duì)整個(gè)提升系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)的性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓系統(tǒng)中無減振緩沖裝置，在回程工作過程中沖擊較大，瞬間卸荷時(shí)造成很大沖擊，對(duì)系統(tǒng)破壞性很大，很容易造成系統(tǒng)泄漏，對(duì)密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓系統(tǒng)中選用 O型機(jī)能換向閥來實(shí)現(xiàn)在其行程的任意位置處對(duì)油缸組鎖緊，由于滑閥式換向閥的泄漏現(xiàn)象不可避免，僅適用于時(shí)間短且要求不高的回路，此鎖緊方式可靠性差。 另外本裝置安裝于惡劣的礦山環(huán)境下，由于缺乏回油過濾器，惡劣的礦山環(huán)境將會(huì)對(duì)系統(tǒng)油液嚴(yán)重污染，加重系統(tǒng)泄漏進(jìn)而失去保壓功能。
2 氪氣流量計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì)
根據(jù)氪氣流量計(jì)在整個(gè)提升系統(tǒng)中的實(shí)際工況，對(duì)該裝置的液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，運(yùn)用液壓集成技術(shù)，現(xiàn)代節(jié)能理念，采用機(jī)電液一體化思路，改進(jìn)設(shè)計(jì)出的新型液壓系統(tǒng)如圖 2 所示。
改進(jìn)后液壓系統(tǒng)工作原理：通過溢流閥調(diào)整剪叉油缸工況所需壓力，通過疊加溢流閥來調(diào)整托爪和鎖爪工況所需壓力。 剪叉平臺(tái)上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸出）時(shí) 0DT 先得電，當(dāng)剪叉油缸到位后 0DT 失電，大泵供油無壓流回油箱。 通過電磁換向閥 17（1DT 和 2DT 的得失電）來控制剪叉油缸的伸出或縮回，通過電磁換向閥 18（3DT 和4DT 的得失電）來控制托爪和鎖爪的伸出和縮回。改進(jìn)后液壓系統(tǒng)的電磁鐵動(dòng)作順序如表 1 所示。
改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用雙聯(lián)高壓齒輪泵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)。大泵側(cè)設(shè)置電磁溢流閥，實(shí)際工作時(shí)，0DT 先得電，當(dāng)泵的壓力達(dá)到電磁溢流閥所設(shè)定的壓力后 0DT 失 電。其后續(xù)的工況由小泵進(jìn)行供油，大泵所供的油則無壓流回油箱，實(shí)際工況下小泵持續(xù)供油，大泵補(bǔ)油，從而大大減少系統(tǒng)發(fā)熱量及故障率，提高了整個(gè)液壓系統(tǒng)的使用壽命；
（2）剪叉（升降）油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，其所需油壓也不同，改進(jìn)后的系統(tǒng)對(duì)托爪和鎖爪油缸組均配置了疊加式溢流閥，可根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整其所需油壓， 增加整個(gè)系統(tǒng)靈活性的同時(shí)也大大降低整個(gè)系統(tǒng)功耗，體現(xiàn)了節(jié)能性設(shè)計(jì)；
（3）在剪叉（升降）油缸的有桿腔回路中配置平衡閥，有桿腔回油時(shí)可通過平衡閥調(diào)節(jié)其油壓，能夠使整個(gè)平臺(tái)下降過程更加平穩(wěn)， 避免了由于瞬間卸荷所產(chǎn)生的巨大沖擊， 使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，液壓元件匹配更加合理；
（4）系統(tǒng)保壓更可靠。 改進(jìn)后的系統(tǒng)采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式雙液控單向閥，使系統(tǒng)泄露大大降低，確保了油缸組的保壓功能。單向閥超低的泄漏量也可以大大降低整個(gè)系統(tǒng)壓力的衰減率，從而使系統(tǒng)保壓穩(wěn)定，裝置運(yùn)行可靠。
3 結(jié)語
對(duì)氪氣流量計(jì)的重要意義進(jìn)行了闡述，在對(duì)其液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷及存在重大問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)罐籠裝置的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品安全性并降低了能耗。 實(shí)踐證明該液壓系統(tǒng)能更好地保證氪氣流量計(jì)可靠運(yùn)行，能夠保證整個(gè)提升系統(tǒng)良好工作。 現(xiàn)場(chǎng)使用情況表明：該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠。 該系統(tǒng)的研發(fā)提高了氪氣流量計(jì)的自動(dòng)化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。