淺析如何改進防爆型渦街流量計并大幅度提升其效率
點擊次數：1499 發布時間：2021-01-06 11:18:17
摘要：防爆型渦街流量計是超深超大礦井提升系統不可或缺的裝備。 針對防爆型渦街流量計存在的效率低、能耗大及液壓元件選型不合理等問題進行改進設計。 改進后的液壓系統可實現工作效率高、節能降耗，能夠保證防爆型渦街流量計安全高效工作，進而保證超深超大礦井整個提升系統安全運行，具有良好的經濟效益。
引言
近年，隨著特大型礦井建設，現已出現超深井、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也已列入國家科技部重點研究計劃。 在超深超大礦井提升過程中，罐籠的穩定性起著舉足輕重的作用，因此防爆型渦街流量計在超深超大礦井提升系統中尤為重要。 對防爆型渦街流量計而言，其液壓系統是否穩定可靠對整個裝置的可靠運行起著決定性作用，穩定良好的液壓系統能夠保證防爆型渦街流量計良好工作，進而保證整個提升系統工作高效安全。 本文從設計角度出發，通過對其液壓系統進行改進，旨在設計出一套更加穩定可靠的防爆型渦街流量計。
1 原液壓系統所存在問題的分析
防爆型渦街流量計原液壓系統圖如圖 1 所示。 通過分析圖 1 發現，原液壓系統中剪叉油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組并聯安裝，并均由齒輪泵供油，該系統設計簡單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機發熱大，主要存在的問題：
（1）工作周期長、效率低。 原防爆型渦街流量計中，齒輪泵同時對 3 組共 6 個油缸進行供油，整個工作時間較長，另外電動機帶動齒輪泵長時間供油，造成系統發熱嚴重，故障率高，液壓系統壽命較短；
（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，原液壓系統中齒輪泵統一供油，整個工作過程中系統功率消耗大，不夠節能，工作電機始終帶載運行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對整個提升系統及液壓系統的性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓系統中無減振緩沖裝置，在回程工作過程中沖擊較大，瞬間卸荷時造成很大沖擊，對系統破壞性很大，很容易造成系統泄漏，對密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓系統中選用 O型機能換向閥來實現在其行程的任意位置處對油缸組鎖緊，由于滑閥式換向閥的泄漏現象不可避免，僅適用于時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境下，由于缺乏回油過濾器，惡劣的礦山環境將會對系統油液嚴重污染，加重系統泄漏進而失去保壓功能。
2 防爆型渦街流量計改進設計
根據防爆型渦街流量計在整個提升系統中的實際工況，對該裝置的液壓系統進行技術改進，運用液壓集成技術，現代節能理念，采用機電液一體化思路，改進設計出的新型液壓系統如圖 2 所示。
改進后液壓系統工作原理：通過溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力，通過疊加溢流閥來調整托爪和鎖爪工況所需壓力。 剪叉平臺上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸出）時 0DT 先得電，當剪叉油缸到位后 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。改進后液壓系統的電磁鐵動作順序如表 1 所示。
改進后的液壓系統的優點：
（1）采用雙聯高壓齒輪泵實現系統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實際工作時，0DT 先得電，當泵的壓力達到電磁溢流閥所設定的壓力后 0DT 失 電。其后續的工況由小泵進行供油，大泵所供的油則無壓流回油箱，實際工況下小泵持續供油，大泵補油，從而大大減少系統發熱量及故障率，提高了整個液壓系統的使用壽命；
（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，改進后的系統對托爪和鎖爪油缸組均配置了疊加式溢流閥，可根據實際工況調整其所需油壓， 增加整個系統靈活性的同時也大大降低整個系統功耗，體現了節能性設計；
（3）在剪叉（升降）油缸的有桿腔回路中配置平衡閥，有桿腔回油時可通過平衡閥調節其油壓，能夠使整個平臺下降過程更加平穩， 避免了由于瞬間卸荷所產生的巨大沖擊， 使整個系統運行更加穩定可靠，液壓元件匹配更加合理；
（4）系統保壓更可靠。 改進后的系統采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式雙液控單向閥，使系統泄露大大降低，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系統壓力的衰減率，從而使系統保壓穩定，裝置運行可靠。
3 結語
對防爆型渦街流量計的重要意義進行了闡述，在對其液壓系統的設計缺陷及存在重大問題進行分析的基礎上，對罐籠裝置的液壓系統進行了改進設計，提高了產品安全性并降低了能耗。 實踐證明該液壓系統能更好地保證防爆型渦街流量計可靠運行，能夠保證整個提升系統良好工作。 現場使用情況表明：該系統實用性強、穩定可靠。 該系統的研發提高了防爆型渦街流量計的自動化水平，具有良好的經濟效益。
引言
近年，隨著特大型礦井建設，現已出現超深井、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也已列入國家科技部重點研究計劃。 在超深超大礦井提升過程中，罐籠的穩定性起著舉足輕重的作用，因此防爆型渦街流量計在超深超大礦井提升系統中尤為重要。 對防爆型渦街流量計而言，其液壓系統是否穩定可靠對整個裝置的可靠運行起著決定性作用，穩定良好的液壓系統能夠保證防爆型渦街流量計良好工作，進而保證整個提升系統工作高效安全。 本文從設計角度出發，通過對其液壓系統進行改進，旨在設計出一套更加穩定可靠的防爆型渦街流量計。
1 原液壓系統所存在問題的分析
防爆型渦街流量計原液壓系統圖如圖 1 所示。 通過分析圖 1 發現，原液壓系統中剪叉油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組并聯安裝，并均由齒輪泵供油，該系統設計簡單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機發熱大，主要存在的問題：
（1）工作周期長、效率低。 原防爆型渦街流量計中，齒輪泵同時對 3 組共 6 個油缸進行供油，整個工作時間較長，另外電動機帶動齒輪泵長時間供油，造成系統發熱嚴重，故障率高，液壓系統壽命較短；
（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，原液壓系統中齒輪泵統一供油，整個工作過程中系統功率消耗大，不夠節能，工作電機始終帶載運行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對整個提升系統及液壓系統的性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓系統中無減振緩沖裝置，在回程工作過程中沖擊較大，瞬間卸荷時造成很大沖擊，對系統破壞性很大，很容易造成系統泄漏，對密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓系統中選用 O型機能換向閥來實現在其行程的任意位置處對油缸組鎖緊，由于滑閥式換向閥的泄漏現象不可避免，僅適用于時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境下，由于缺乏回油過濾器，惡劣的礦山環境將會對系統油液嚴重污染，加重系統泄漏進而失去保壓功能。
2 防爆型渦街流量計改進設計
根據防爆型渦街流量計在整個提升系統中的實際工況，對該裝置的液壓系統進行技術改進，運用液壓集成技術，現代節能理念，采用機電液一體化思路，改進設計出的新型液壓系統如圖 2 所示。
改進后液壓系統工作原理：通過溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力，通過疊加溢流閥來調整托爪和鎖爪工況所需壓力。 剪叉平臺上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸出）時 0DT 先得電，當剪叉油缸到位后 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。改進后液壓系統的電磁鐵動作順序如表 1 所示。
改進后的液壓系統的優點：
（1）采用雙聯高壓齒輪泵實現系統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實際工作時，0DT 先得電，當泵的壓力達到電磁溢流閥所設定的壓力后 0DT 失 電。其后續的工況由小泵進行供油，大泵所供的油則無壓流回油箱，實際工況下小泵持續供油，大泵補油，從而大大減少系統發熱量及故障率，提高了整個液壓系統的使用壽命；
（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，改進后的系統對托爪和鎖爪油缸組均配置了疊加式溢流閥，可根據實際工況調整其所需油壓， 增加整個系統靈活性的同時也大大降低整個系統功耗，體現了節能性設計；
（3）在剪叉（升降）油缸的有桿腔回路中配置平衡閥，有桿腔回油時可通過平衡閥調節其油壓，能夠使整個平臺下降過程更加平穩， 避免了由于瞬間卸荷所產生的巨大沖擊， 使整個系統運行更加穩定可靠，液壓元件匹配更加合理；
（4）系統保壓更可靠。 改進后的系統采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式雙液控單向閥，使系統泄露大大降低，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系統壓力的衰減率，從而使系統保壓穩定，裝置運行可靠。
3 結語
對防爆型渦街流量計的重要意義進行了闡述，在對其液壓系統的設計缺陷及存在重大問題進行分析的基礎上，對罐籠裝置的液壓系統進行了改進設計，提高了產品安全性并降低了能耗。 實踐證明該液壓系統能更好地保證防爆型渦街流量計可靠運行，能夠保證整個提升系統良好工作。 現場使用情況表明：該系統實用性強、穩定可靠。 該系統的研發提高了防爆型渦街流量計的自動化水平，具有良好的經濟效益。