主井箕斗卸载系统气压回路的设计与应用

2020-08-03

矿山机械 2020年7期

白银有色集团股份有限公司深部矿业公司甘肃白银730900

气压传动是利用压缩空气传递运动和动力的一种传递方式，由于具有空气黏性小、传递阻力小、传递速度快、反应灵敏及气压传动更适合于远距离传输和控制等优点，因此，气压传动已广泛应用在矿山机械、轻工、食品以及汽车等行业。在白银深部矿业主井提升系统中，箕斗卸载系统就是以空压站输送的压缩空气为动力源，用φ250 mm、行程为 1 000 mm 的中间支点双作用气缸为执行元件，带动卸载直轨运动，完成侧卸式箕斗卸矿工作。

1 双作用气缸控制回路

目前，白银深部矿业主井提升机箕斗卸载系统双作用气缸是电磁换向阀控制的单一气压回路，其原理如图 1 所示。由于电磁阀的公称通径 (DN15)较小，气缸的运动速度较慢，卸载效率较低。为了提高生产效率，白银深部矿业用公称通径为 DN20 的电磁阀替换了原来的电磁阀，替换后虽然气缸的运行速度和卸载效率提高了，但气缸活塞行程临近末端时，活塞对气缸和气缸支架产生了较大的冲击，容易造成气缸和支架的损坏。为了解决这一问题，笔者对主井提升机箕斗卸载系统双作用气缸控制回路进行了设计改造。

2 双作用气缸控制回路分类

气压传动系统一般通过气缸元件执行预定动作。气缸运动速度的控制是需要重点考虑的，如果控制不当将对执行机构造成冲击，出现爬行等现象，一方面会降低气缸和设备的使用寿命，另一方面直接威胁到操作工的人身安全。所以气缸运动速度的控制在整个气压传动的控制中占有重要地位。

双作用气缸的控制方式有以下几种：双作用气缸的无调速控制 (见图 1)、进气节流调速控制 (见图2)、排气节流调速 (见图 3)、快速排气阀调速 (见图 4)及排气节流阀调速 (见图 5)。在实际应用中，可根据执行机构对速度的要求进行选择。

3 两种节流形式对双作用气缸运动速度的影响

影响气缸运动速度的因素很多，如气源的气压与供气量、电磁阀的通径 (流量)、气管的直径与长度、气缸的缸径、控制元件在气路中的位置等。

对双作用气缸来说，常用的节流调速回路可分为进气节流和排气节流两种方式，这两种节流方式对气缸运动速度的影响非常大。以白银深部矿业主井箕斗卸载气缸为例，通过现场多次的反复试验，进气节流和排气节流对双作用气缸速度的影响总结如下。

3.1 双作用气缸的进气节流

图2 双作用气缸的进气节流调速

图3 双作用气缸的排气节流调速

图4 双作用气缸的快速排气阀调速

图5 双作用气缸的排气节流阀调速回路

双作用气缸的进气节流是将节流阀安装在气缸的进气支路上，原理如图 2 所示，通过调节气缸的进气速率来控制气缸的运动速度。

采用进气节流方式时，由于气缸的进气管安装了节流阀，压缩空气缓慢进入，进气腔的气压逐渐增大，此时气缸动作缓慢，当气缸进气腔压力大于负载压力后，气缸运动速度才逐渐增加。在气缸动作初期，气缸的运动速度随负载的增大而波动。由于进气缓慢，采用进气节流回路的双作用气缸的运动加速度没有采用排气节流时的加速度大。

3.2 双作用气缸的排气节流

排气节流则是在双作用气缸的排气支路上安装节流阀，原理如图 3 所示，通过调节气缸的排气速率来控制气缸的速度。

采用排气节流方式时，气缸进气流量比较大，气缸速度在短时间内就达到了稳定值，由于气缸排气支路安装有节流阀，在气缸排气腔内形成与负载相应的背压，在负载保持不变或微小变动的条件下，气缸运动一直比较平稳，直至气缸行程结束。由于进气没有节流阻力，进气腔的进气速率较大，气缸运动的加速度比采用进气节流时的加速度大。

4 双作用气缸控制回路的选择原则

在气压传动过程中，为了实现预期的运动功能，气缸控制回路的选择十分重要，一般遵循以下原则：

(1)当运动速度较大而行程末端要求运动平稳以避免冲击时，应选用带缓冲装置的气缸；

(2)对于大惯性负载，应在气缸行程末端安装缓冲器或设计减速回路；

(3)水平安装的气缸推动负载时，推荐用排气节流调速；垂直安装的气缸举升负载时，推荐用进气节流调速。

5 双作用气缸速度控制回路在箕斗卸载系统中的应用实践

5.1 卸载系统对气缸运动的要求

箕斗卸载开始时，由于负载较大，需要较大的进气量启动气缸并使其平稳运行，随着气缸活塞杆的收回，卸载直轨的倾斜，矿石逐渐从箕斗卸出。气缸行程临近末端时，为了减小活塞杆对气缸和气缸支架的冲击，应以较慢的速度运行；箕斗卸载完成后，卸载直轨须从倾斜位置恢复到垂直位置，整个过程为轻载状态。为了提高生产效率，快速运行气缸，气缸行程临近末端时，为了减小对气缸和箕斗的冲击，应以较慢的速度运行。

5.2 控制回路的选择

(1)主井提升机箕斗卸载系统使用的双作用气缸没有缓冲装置，只能通过减速回路来减小气缸在行程末端的冲击。

(2)主井提升机箕斗卸载系统的双作用气缸水平推动负载，因此选用排气节流调速回路。

(3)根据卸载系统的工作要求，选择气压回路的换向阀。

根据卸载系统对气缸的工作要求，选用便于实现电、气联合控制且具有记忆功能，即通电换向、断电保持原状态的先导式双电控电磁换向阀，为保证主阀正常工作，2 个电磁阀不能同时通电，且电路互锁。

5.3 控制回路的设计实施

根据箕斗卸载系统的要求设计的气压控制回路如图 6 所示。其工作原理：在初始位置二位五通换向阀V1左位接入系统，如图 6(a)所示，压缩空气经二位五通换向阀V1的A口进入气缸左腔，使活塞杆伸出，卸载直轨处于垂直状态；当箕斗提升到箕斗卸载位置时，按下倾斜按钮键，二位五通换向阀V1的右位接入系统，如图 6(b)所示，压缩空气经换向阀V1的B口进入气缸右腔，使活塞杆收回 (调节节流阀F2和F4，获得适当的卸载速度)，当活塞杆收回至指定位置时，接近开关K1动作，使得常开电磁阀V2通电关闭，气缸左腔的气体只能通过节流阀F2排出，气缸运行速度很慢，直到行程结束；当按下垂直按钮时，二位五通换向阀V1的左位接入系统，如图 6(b)所示，压缩空气经换向阀V1的A口进入气缸左腔，使活塞杆伸出 (调节节流阀F1和F3，获得适当的伸出速度)，当活塞杆伸出至指定位置时，接近开关K2动作，常开电磁阀V3通电关闭，气缸右腔的气体只能通过节流阀F1排出，气缸运行速度缓慢，直到行程结束，卸载直轨回到起始垂直位置，完成了提升机箕斗的一个卸载周期。