卧式高压釜快开装置设计

高 翔，胡 进，唐腾飞

武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉 430205

快开装置是一种用来辅助压力容器端盖开闭的装置，使压力容器能够更快实现端盖的开闭，小到日常生活中的压力锅，大到航天飞机的进出口，都使用了各种不同形式的快开装置[1].快开装置结构多样、使用广泛，而据国家安全监察部门统计，由于快开门式压力容器的快开装置的不合理引发的安全事故占压力容器安全事故总量的30%左右[2-4]，因此设计一种安全可靠的快开装置至关重要.

PLC是专门为工业自动控制设计的一种控制设备，它强大的功能使得它在工业自动化领域得以广泛的应用.将PLC技术应用于快开装置的设计中，能够有效地实现自动控制，还有抗干扰能力强、可靠性高、占用体积小、设计使用和维护方便等优点[5-6].

1 方案设计

传统快开装置有齿啮式、压紧式、卡箍式、平移式等多种形式，但其中也存在着一些不足之处，例如齿啮式快开装置开启之前压力释放速度快容易发生爆炸、压紧式快开装置端盖开闭耗时太长难以达到快开效果、卡箍式快开装置安全联锁装置可靠性较差、平移式快开装置占地面积较大[7-9]，本文对此加以改进设计了一种新型的快开装置，快开装置结构示意图如图1所示.由图1中可以看出，此种快开装置主要由移位组件和转动组件构成.

图1 快开装置结构示意图Fig.1 The structure diagram of quick-opening device

2 液压系统设计与工作流程

快开装置移位组件和转动组件运作时，如果速度变化较快，就会加剧端盖与釜体的碰撞，有可能造成快开装置的损坏，给人们的生命安全带来极大的隐患，而液压传动具有调速方便、运动平稳等优点，故快开装置的端盖移位机构和端盖转动机构的动作都由液压系统驱动，液压系统原理图如图2所示.

图2 快开装置液压系统原理图Fig.2 The hydraulic schematic diagram of quick-opening device

根据卧式高压釜快开装置的液压系统原理图，分析快开装置的工作流程如下：

(1)端盖移位机构右移.由于筒体右端安装面上有十几个紧固螺栓，有一定的长度，端盖必须沿轴线右移位后才能转动.按下启动按钮后，电动机开始工作，变量柱塞泵开始供油，移位电磁阀YA2得电实现端盖移位机构右移.此时如果端盖卡紧，还可以手动操作使定位电磁阀YA5得电辅助顶开端盖，点动结束后电磁阀失电处于中位，定位油缸活塞处于浮动状态，当端盖闭合时带动活塞杆回位.

(2)端盖打开.移位机构右移移位油缸活塞撞到行程开关2后，移位电磁阀失电阀芯处于中位使得供油系统通过移位电磁阀再通过转动电磁阀向转动油缸供油，此时转动电磁阀YA3得电实现端盖打开.

(3)放入物料.转动油缸活塞撞到行程开关3后，时间继电器得电延时一段时间，此时间即为放入物料时间，可以根据实际设置.

(4)端盖关闭.延时时间到，转动电磁阀YA4得电实现端盖闭合.

(5)移位机构回位.端盖闭合时转动油缸活塞撞到行程开关4，移位电磁阀YA1得电使快移位装置回位.

(6)停止.当移位油缸活塞撞到行程开关1时，其常闭触点断开，系统回复到初始状态，为下次启动作准备.

3 快开装置PLC I/O口分配

卧式高压釜快开装置电气控制系统采用PLC控制，能够有效地实现远程操控，当意外发生时也能保证操作人员的生命安全.整个系统有8个输入信号，7个输出信号，三菱公司小型PLC FX2N-32MR能够满足此次设计要求，并且留有足够输入输出端口以便后续功能开发[10].根据快开装置动作流程进行I/O口分配，如图3所示.

图3 快开装置PLC接线图Fig.3 The PLC wiring diagram of quick-opening device

4 程序的编写与运行

分析快开装置的动作流程，并对照接线图编写程序，将梯形图写入三菱编程软件GX-developer中，如图4所示.

图4 快开装置PLC梯形图Fig.4 The PLC ladder diagram of quick-opening device

程序写入完成后，模拟程序的运行，程序逻辑测试界面如图5所示，图5中黑色光标代表该元件是“ON”状态，使用软元件测试功能，还可以人为地控制输入“ON”或“OFF”来模拟行程开关的状态，模拟界面如图6所示.结果表明，该程序能可靠地实现所要求的控制功能.

图5 逻辑测试界面Fig.5 The logical test interface

图6 模拟快开装置运行状态Fig.6 Simulation of the running state of quick-opening device

5 结 语

通过改进传统快开装置设计了一种新型的快开装置，采用液压传动以保证快开装置端盖能够安全高效的开闭，将PLC技术应用于快开装置电气控制系统的设计之中，并且使用PLC编程和仿真软件GX-Developer进行控制系统的仿真和调试，大大地缩短了设计周期，提高了设计效率.此次设计的快开装置在安全性和自动化程度方面都有了很大的提高，能够有效的避免由于快开装置设计的不合理而引发的安全事故，能够满足实际需求，可为相关设计提供一定的参考和依据.

致 谢

感谢武汉三联节能环保工程有限公司对本研究的支持.

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