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淺（qiǎn）析如何改進氪氣流（liú）量計並大幅度提升其效率
點擊次（cì）數：1893 發布時間：2021-01-08 07:23:35
摘要：氪氣流量計是超（chāo）深超大礦井提升係統不可或缺的裝備。 針對氪氣流量計存在（zài）的效率低（dī）、能耗大及液壓元件選型不合理等問題進行改（gǎi）進設計（jì）。 改（gǎi）進後（hòu）的液壓係統可（kě）實現工作效率高、節能降耗，能夠保證氪氣（qì）流量計安全高效工作，進而保證超深超大礦井整個提升係（xì）統（tǒng）安全運行，具有良好的經濟效益（yì）。
引言
近年，隨著特大型礦井建設，現已（yǐ）出現超深（shēn）井、超大噸位載荷工況。 目前 2 km 以下的（de）深豎井大噸位高速提升技術（shù）也已列入**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（jǔ）足（zú）輕重的作用，因此氪氣（qì）流量計在超深超大（dà）礦井提升係統中尤為重要（yào）。 對氪氣流（liú）量計而言，其液壓係統是否穩定可靠對整個裝（zhuāng）置的（de）可靠運行起著決定（dìng）性作（zuò）用，穩（wěn）定良好的液壓係統能夠保證氪氣流量計良好工作，進而（ér）保證整個提升係統工作（zuò）高效安全。 本文（wén）從（cóng）設計（jì）角度出發，通過（guò）對其液（yè）壓係統進行改進，旨在設計出一（yī）套更加穩定可靠的氪氣流量計。
1 原液壓係統所（suǒ）存在問題的（de）分析
氪氣（qì）流量（liàng）計原液壓係統圖如圖 1 所示。 通（tōng）過分析圖 1 發（fā）現，原液壓係統中剪叉（chā）油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組並聯安裝，並均由（yóu）齒輪泵供油，該係（xì）統（tǒng）設計簡（jiǎn）單，液壓元件選擇不夠合理，工（gōng）作效率低，電機發熱（rè）大，主要存在的問題：
（1）工作周（zhōu）期長、效率低。 原氪氣流量計中，齒輪泵同時對 3 組共 6 個油缸進（jìn）行供油，整個工作時（shí）間（jiān）較長，另外電動機帶動齒輪泵長時間供（gòng）油，造成係統發熱嚴（yán）重，故（gù）障率高（gāo），液（yè）壓係統壽命較短；
（2）由於升降油缸和（hé）托、鎖爪（zhǎo）油缸的工況不同，所需油壓（yā）也不同，原液壓（yā）係（xì）統中齒輪泵統一供（gòng）油，整個工作過程中係統功率消耗大，不夠節能，工作電機始（shǐ）終帶載（zǎi）運行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對整個提升係統及液壓係統的（de）性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓係統中（zhōng）無減振緩衝（chōng）裝置，在回程工作（zuò）過（guò）程（chéng）中衝擊（jī）較大，瞬間卸荷時（shí）造（zào）成很大（dà）衝擊，對係統破壞（huài）性很大（dà），很容易造成係統泄漏，對密封件要求很高，匹配（pèi）不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓係統中選用 O型機能換向閥來（lái）實現在其行程的任意位置處對油缸組（zǔ）鎖緊，由於滑閥式換向閥的泄漏現象不可避免，僅適用於時間短且要求不高的回路，此鎖緊方式可靠性差。 另外本（běn）裝置安裝於惡劣的（de）礦山環境下，由於缺乏回（huí）油過濾器，惡劣的礦山（shān）環境將（jiāng）會對係統油（yóu）液（yè）嚴重汙（wū）染，加重（chóng）係統（tǒng）泄漏進而失去保壓功能。
2 氪氣流（liú）量計改進設計
根據氪氣流量（liàng）計在整個提升係統中的實際工況（kuàng），對該裝置的液壓係統進行技術改進，運用液壓（yā）集成技術，現代節（jiē）能理念，采用機電液一體化思路，改進設計出的新型液壓係統如圖 2 所示。
改進後液壓係統工作原理：通過溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力（lì），通過疊加溢流閥來調（diào）整托爪和鎖爪工（gōng）況所需壓力。 剪叉（chā）平（píng）台上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸（shēn）出）時 0DT 先得電，當剪叉油缸到位後 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（de）得失（shī）電）來控（kòng）製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）來控製托爪和（hé）鎖爪的伸出和縮回（huí）。改進後液壓係統的電磁鐵動作順序如（rú）表 1 所示。
改進後的液壓係統的優點：
（1）采用（yòng）雙聯高壓齒輪泵實現係統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實際工作時，0DT 先（xiān）得電（diàn），當（dāng）泵的壓力達到電磁溢流閥所設（shè）定的壓力後 0DT 失 電。其後（hòu）續的工況由小泵（bèng）進行供油，大泵所供的油則無（wú）壓流回油箱，實際工況（kuàng）下小泵持續供油，大（dà）泵補油，從而大大減少係統（tǒng）發熱量及故障（zhàng）率，提高（gāo）了整個（gè）液壓係統的使用壽命；
（2）剪叉（升降）油缸和托（tuō）、鎖爪油缸的工況不同，其所需油壓也（yě）不同，改進後（hòu）的係統對托（tuō）爪和鎖爪油缸組均（jun1）配置了疊加式溢流閥，可根據（jù）實際工況調整其所（suǒ）需油壓， 增加整個係統靈活性（xìng）的同時（shí）也大大降（jiàng）低整個係統功耗，體現了（le）節能（néng）性設計；
（3）在剪叉（升降）油缸的有杆腔回路（lù）中配置平衡閥，有杆腔回油時可通過平衡閥調節其油壓，能夠使整個平台下（xià）降過程更（gèng）加平穩， 避免了（le）由於瞬間卸（xiè）荷所產生的巨大衝擊， 使整個係統（tǒng）運行更加穩定可靠，液壓元件匹（pǐ）配更加合理；
（4）係統保壓更可靠。 改進後的係（xì）統采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式（shì）雙液控單向閥，使係統泄露大大降低，確保了油缸組的保壓功能。單向（xiàng）閥超低的泄漏量也可以大（dà）大降低整個係統壓力的衰減率，從而使係統保（bǎo）壓（yā）穩定（dìng），裝置運行可靠。
3 結語
對氪氣流量計的重（chóng）要意義進行了闡述，在對其液壓係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（de）液壓（yā）係統進行了改進設計，提高了產品安全性並降低了能耗。 實踐證明該液壓係統能更好地保證氪（kè）氣流量計可靠運行，能夠保（bǎo）證整個提升係統良好工作。 現場使用情況表明：該係統實（shí）用性強、穩（wěn）定可靠。 該係統的研（yán）發提高了氪氣流（liú）量計的（de）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（yǐ）出現超深（shēn）井、超大噸位載荷工況。 目前 2 km 以下的（de）深豎井大噸位高速提升技術（shù）也已列入**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（jǔ）足（zú）輕重的作用，因此氪氣（qì）流量計在超深超大（dà）礦井提升係統中尤為重要（yào）。 對氪氣流（liú）量計而言，其液壓係統是否穩定可靠對整個裝（zhuāng）置的（de）可靠運行起著決定（dìng）性作（zuò）用，穩（wěn）定良好的液壓係統能夠保證氪氣流量計良好工作，進而（ér）保證整個提升係統工作（zuò）高效安全。 本文（wén）從（cóng）設計（jì）角度出發，通過（guò）對其液（yè）壓係統進行改進，旨在設計出一（yī）套更加穩定可靠的氪氣流量計。
1 原液壓係統所（suǒ）存在問題的（de）分析
氪氣（qì）流量（liàng）計原液壓係統圖如圖 1 所示。 通（tōng）過分析圖 1 發（fā）現，原液壓係統中剪叉（chā）油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組並聯安裝，並均由（yóu）齒輪泵供油，該係（xì）統（tǒng）設計簡（jiǎn）單，液壓元件選擇不夠合理，工（gōng）作效率低，電機發熱（rè）大，主要存在的問題：
（1）工作周（zhōu）期長、效率低。 原氪氣流量計中，齒輪泵同時對 3 組共 6 個油缸進（jìn）行供油，整個工作時（shí）間（jiān）較長，另外電動機帶動齒輪泵長時間供（gòng）油，造成係統發熱嚴（yán）重，故（gù）障率高（gāo），液（yè）壓係統壽命較短；
（2）由於升降油缸和（hé）托、鎖爪（zhǎo）油缸的工況不同，所需油壓（yā）也不同，原液壓（yā）係（xì）統中齒輪泵統一供（gòng）油，整個工作過程中係統功率消耗大，不夠節能，工作電機始（shǐ）終帶載（zǎi）運行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對整個提升係統及液壓係統的（de）性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓係統中（zhōng）無減振緩衝（chōng）裝置，在回程工作（zuò）過（guò）程（chéng）中衝擊（jī）較大，瞬間卸荷時（shí）造（zào）成很大（dà）衝擊，對係統破壞（huài）性很大（dà），很容易造成係統泄漏，對密封件要求很高，匹配（pèi）不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓係統中選用 O型機能換向閥來（lái）實現在其行程的任意位置處對油缸組（zǔ）鎖緊，由於滑閥式換向閥的泄漏現象不可避免，僅適用於時間短且要求不高的回路，此鎖緊方式可靠性差。 另外本（běn）裝置安裝於惡劣的（de）礦山環境下，由於缺乏回（huí）油過濾器，惡劣的礦山（shān）環境將（jiāng）會對係統油（yóu）液（yè）嚴重汙（wū）染，加重（chóng）係統（tǒng）泄漏進而失去保壓功能。
2 氪氣流（liú）量計改進設計
根據氪氣流量（liàng）計在整個提升係統中的實際工況（kuàng），對該裝置的液壓係統進行技術改進，運用液壓（yā）集成技術，現代節（jiē）能理念，采用機電液一體化思路，改進設計出的新型液壓係統如圖 2 所示。
改進後液壓係統工作原理：通過溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力（lì），通過疊加溢流閥來調（diào）整托爪和鎖爪工（gōng）況所需壓力。 剪叉（chā）平（píng）台上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸（shēn）出）時 0DT 先得電，當剪叉油缸到位後 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（de）得失（shī）電）來控（kòng）製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）來控製托爪和（hé）鎖爪的伸出和縮回（huí）。改進後液壓係統的電磁鐵動作順序如（rú）表 1 所示。
改進後的液壓係統的優點：
（1）采用（yòng）雙聯高壓齒輪泵實現係統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實際工作時，0DT 先（xiān）得電（diàn），當（dāng）泵的壓力達到電磁溢流閥所設（shè）定的壓力後 0DT 失 電。其後（hòu）續的工況由小泵（bèng）進行供油，大泵所供的油則無（wú）壓流回油箱，實際工況（kuàng）下小泵持續供油，大（dà）泵補油，從而大大減少係統（tǒng）發熱量及故障（zhàng）率，提高（gāo）了整個（gè）液壓係統的使用壽命；
（2）剪叉（升降）油缸和托（tuō）、鎖爪油缸的工況不同，其所需油壓也（yě）不同，改進後（hòu）的係統對托（tuō）爪和鎖爪油缸組均（jun1）配置了疊加式溢流閥，可根據（jù）實際工況調整其所（suǒ）需油壓， 增加整個係統靈活性（xìng）的同時（shí）也大大降（jiàng）低整個係統功耗，體現了（le）節能（néng）性設計；
（3）在剪叉（升降）油缸的有杆腔回路（lù）中配置平衡閥，有杆腔回油時可通過平衡閥調節其油壓，能夠使整個平台下（xià）降過程更（gèng）加平穩， 避免了（le）由於瞬間卸（xiè）荷所產生的巨大衝擊， 使整個係統（tǒng）運行更加穩定可靠，液壓元件匹（pǐ）配更加合理；
（4）係統保壓更可靠。 改進後的係（xì）統采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式（shì）雙液控單向閥，使係統泄露大大降低，確保了油缸組的保壓功能。單向（xiàng）閥超低的泄漏量也可以大（dà）大降低整個係統壓力的衰減率，從而使係統保（bǎo）壓（yā）穩定（dìng），裝置運行可靠。
3 結語
對氪氣流量計的重（chóng）要意義進行了闡述，在對其液壓係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（de）液壓（yā）係統進行了改進設計，提高了產品安全性並降低了能耗。 實踐證明該液壓係統能更好地保證氪（kè）氣流量計可靠運行，能夠保（bǎo）證整個提升係統良好工作。 現場使用情況表明：該係統實（shí）用性強、穩（wěn）定可靠。 該係統的研（yán）發提高了氪氣流（liú）量計的（de）自動化水平，具有良好的經濟效益。
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