淺析如何改進(jìn)氪氣流量計并大幅度提升其效率
點(diǎn)擊次數：1508 發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 07:23:35
摘要：氪氣流量計是超深超大礦井提升系統不可或缺的裝備。 針對氪氣流量計存在的效率低、能耗大及液壓元件選型不合理等問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)設計。 改進(jìn)后的液壓系統可實(shí)現工作效率高、節能降耗，能夠保證氪氣流量計安全高效工作，進(jìn)而保證超深超大礦井整個(gè)提升系統安全運行，具有良好的經(jīng)濟效益。
引言
近年，隨著(zhù)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(shù)也已列入國家科技部重點(diǎn)研究計劃。 在超深超大礦井提升過(guò)程中，罐籠的穩定性起著(zhù)舉足輕重的作用，因此氪氣流量計在超深超大礦井提升系統中尤為重要。 對氪氣流量計而言，其液壓系統是否穩定可靠對整個(gè)裝置的可靠運行起著(zhù)決定性作用，穩定良好的液壓系統能夠保證氪氣流量計良好工作，進(jìn)而保證整個(gè)提升系統工作高效安全。 本文從設計角度出發(fā)，通過(guò)對其液壓系統進(jìn)行改進(jìn)，旨在設計出一套更加穩定可靠的氪氣流量計。
1 原液壓系統所存在問(wèn)題的分析
氪氣流量計原液壓系統圖如圖 1 所示。 通過(guò)分析圖 1 發(fā)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(lián)安裝，并均由齒輪泵供油，該系統設計簡(jiǎn)單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機發(fā)熱大，主要存在的問(wèn)題：
（1）工作周期長(cháng)、效率低。 原氪氣流量計中，齒輪泵同時(shí)對 3 組共 6 個(gè)油缸進(jìn)行供油，整個(gè)工作時(shí)間較長(cháng)，另外電動(dòng)機帶動(dòng)齒輪泵長(cháng)時(shí)間供油，造成系統發(fā)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(gè)工作過(guò)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(gè)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(wú)減振緩沖裝置，在回程工作過(guò)程中沖擊較大，瞬間卸荷時(shí)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(lái)實(shí)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(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(guò)濾器，惡劣的礦山環(huán)境將會(huì )對系統油液嚴重污染，加重系統泄漏進(jìn)而失去保壓功能。
2 氪氣流量計改進(jìn)設計
根據氪氣流量計在整個(gè)提升系統中的實(shí)際工況，對該裝置的液壓系統進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，運用液壓集成技術(shù)，現代節能理念，采用機電液一體化思路，改進(jìn)設計出的新型液壓系統如圖 2 所示。
改進(jìn)后液壓系統工作原理：通過(guò)溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力，通過(guò)疊加溢流閥來(lái)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(shí) 0DT 先得電，當剪叉油缸到位后 0DT 失電，大泵供油無(wú)壓流回油箱。 通過(guò)電磁換向閥 17（1DT 和 2DT 的得失電）來(lái)控制剪叉油缸的伸出或縮回，通過(guò)電磁換向閥 18（3DT 和4DT 的得失電）來(lái)控制托爪和鎖爪的伸出和縮回。改進(jìn)后液壓系統的電磁鐵動(dòng)作順序如表 1 所示。
改進(jìn)后的液壓系統的優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用雙聯(lián)高壓齒輪泵實(shí)現系統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實(shí)際工作時(shí)，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(jìn)行供油，大泵所供的油則無(wú)壓流回油箱，實(shí)際工況下小泵持續供油，大泵補油，從而大大減少系統發(fā)熱量及故障率，提高了整個(gè)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(jìn)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(shí)際工況調整其所需油壓， 增加整個(gè)系統靈活性的同時(shí)也大大降低整個(gè)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(shí)可通過(guò)平衡閥調節其油壓，能夠使整個(gè)平臺下降過(guò)程更加平穩， 避免了由于瞬間卸荷所產(chǎn)生的巨大沖擊， 使整個(gè)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(jìn)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(gè)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(yǔ)
對氪氣流量計的重要意義進(jìn)行了闡述，在對其液壓系統的設計缺陷及存在重大問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎上，對罐籠裝置的液壓系統進(jìn)行了改進(jìn)設計，提高了產(chǎn)品安全性并降低了能耗。 實(shí)踐證明該液壓系統能更好地保證氪氣流量計可靠運行，能夠保證整個(gè)提升系統良好工作。 現場(chǎng)使用情況表明：該系統實(shí)用性強、穩定可靠。 該系統的研發(fā)提高了氪氣流量計的自動(dòng)化水平，具有良好的經(jīng)濟效益。
引言
近年，隨著(zhù)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(shù)也已列入國家科技部重點(diǎn)研究計劃。 在超深超大礦井提升過(guò)程中，罐籠的穩定性起著(zhù)舉足輕重的作用，因此氪氣流量計在超深超大礦井提升系統中尤為重要。 對氪氣流量計而言，其液壓系統是否穩定可靠對整個(gè)裝置的可靠運行起著(zhù)決定性作用，穩定良好的液壓系統能夠保證氪氣流量計良好工作，進(jìn)而保證整個(gè)提升系統工作高效安全。 本文從設計角度出發(fā)，通過(guò)對其液壓系統進(jìn)行改進(jìn)，旨在設計出一套更加穩定可靠的氪氣流量計。
1 原液壓系統所存在問(wèn)題的分析
氪氣流量計原液壓系統圖如圖 1 所示。 通過(guò)分析圖 1 發(fā)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(lián)安裝，并均由齒輪泵供油，該系統設計簡(jiǎn)單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機發(fā)熱大，主要存在的問(wèn)題：
（1）工作周期長(cháng)、效率低。 原氪氣流量計中，齒輪泵同時(shí)對 3 組共 6 個(gè)油缸進(jìn)行供油，整個(gè)工作時(shí)間較長(cháng)，另外電動(dòng)機帶動(dòng)齒輪泵長(cháng)時(shí)間供油，造成系統發(fā)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(gè)工作過(guò)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(gè)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(wú)減振緩沖裝置，在回程工作過(guò)程中沖擊較大，瞬間卸荷時(shí)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(lái)實(shí)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(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(guò)濾器，惡劣的礦山環(huán)境將會(huì )對系統油液嚴重污染，加重系統泄漏進(jìn)而失去保壓功能。
2 氪氣流量計改進(jìn)設計
根據氪氣流量計在整個(gè)提升系統中的實(shí)際工況，對該裝置的液壓系統進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，運用液壓集成技術(shù)，現代節能理念，采用機電液一體化思路，改進(jìn)設計出的新型液壓系統如圖 2 所示。
改進(jìn)后液壓系統工作原理：通過(guò)溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力，通過(guò)疊加溢流閥來(lái)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(shí) 0DT 先得電，當剪叉油缸到位后 0DT 失電，大泵供油無(wú)壓流回油箱。 通過(guò)電磁換向閥 17（1DT 和 2DT 的得失電）來(lái)控制剪叉油缸的伸出或縮回，通過(guò)電磁換向閥 18（3DT 和4DT 的得失電）來(lái)控制托爪和鎖爪的伸出和縮回。改進(jìn)后液壓系統的電磁鐵動(dòng)作順序如表 1 所示。
改進(jìn)后的液壓系統的優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用雙聯(lián)高壓齒輪泵實(shí)現系統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實(shí)際工作時(shí)，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(jìn)行供油，大泵所供的油則無(wú)壓流回油箱，實(shí)際工況下小泵持續供油，大泵補油，從而大大減少系統發(fā)熱量及故障率，提高了整個(gè)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(jìn)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(shí)際工況調整其所需油壓， 增加整個(gè)系統靈活性的同時(shí)也大大降低整個(gè)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(shí)可通過(guò)平衡閥調節其油壓，能夠使整個(gè)平臺下降過(guò)程更加平穩， 避免了由于瞬間卸荷所產(chǎn)生的巨大沖擊， 使整個(gè)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(jìn)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(gè)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(yǔ)
對氪氣流量計的重要意義進(jìn)行了闡述，在對其液壓系統的設計缺陷及存在重大問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎上，對罐籠裝置的液壓系統進(jìn)行了改進(jìn)設計，提高了產(chǎn)品安全性并降低了能耗。 實(shí)踐證明該液壓系統能更好地保證氪氣流量計可靠運行，能夠保證整個(gè)提升系統良好工作。 現場(chǎng)使用情況表明：該系統實(shí)用性強、穩定可靠。 該系統的研發(fā)提高了氪氣流量計的自動(dòng)化水平，具有良好的經(jīng)濟效益。