不同工況下壓濾機液壓系統(tǒng)的選型與工作特性的分析

張 赟

（西山煤電西曲礦選煤廠， 山西 古交 030200）

引言

煤炭作為我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其對我國國民經(jīng)濟的增長具有不可忽略的作用。選煤廠作為煤炭加工中的一個重要環(huán)節(jié)，其主要功能是對綜采工作面的煤炭進行分選，以確保不同質(zhì)量要求的煤炭應(yīng)用于不同的行業(yè)需求。壓濾機作為選煤廠中的關(guān)鍵設(shè)備，在全球能源及環(huán)保行業(yè)飛速發(fā)展的同時被廣泛應(yīng)用。壓濾機的主要功能是實現(xiàn)煤炭固液相的分離[1]。在一定程度上，壓濾機的特性直接決定煤炭最終的分選質(zhì)量和效果。故，開展對壓濾機工作特性的分析工作是十分有必要的，是改進壓濾機結(jié)構(gòu)及工藝的基礎(chǔ)。本文著重對不同工況下壓濾機液壓系統(tǒng)的工作特性進行分析。

1 壓濾機液壓系統(tǒng)的概述

本文所研究的壓濾機為板框壓濾機，其主要結(jié)構(gòu)包括機架、壓緊機構(gòu)和壓濾機構(gòu)。壓緊機構(gòu)是在液壓缸的作用下帶動濾板壓緊物料。本文所研究的液壓系統(tǒng)包括壓緊機構(gòu)的液壓缸和翻板裝置的液壓缸。根據(jù)我廠壓濾機的工作任務(wù)，特選定如表1所示的液壓缸參數(shù)。

2 液壓系統(tǒng)元器件的選型

2.1 液壓泵的選型

不同功能液壓缸所選用的液壓泵的類型不同。壓緊油缸選用恒功率變量泵，翻板油缸選用定量泵[2]。

2.1.1 壓緊油缸液壓泵的選型

根據(jù)系統(tǒng)需求，壓緊液壓系統(tǒng)元件的最大工作壓力為18 MPa，考慮液壓泵出口和執(zhí)行元件入口之間的壓力損失為0.5 MPa，則得出液壓泵的最大工作壓力為18.5 MPa。根據(jù)液壓泵的額定工作壓力應(yīng)高于其最大工作壓力的20%～60%，可得出壓緊液壓泵的額定工作壓力=18.5×（1+25%）=23 MPa。

表1 液壓缸參數(shù)

根據(jù)液壓泵額定壓力的計算結(jié)果，選用壓緊液壓泵的型號為PPA12N00的恒功率變量柱塞泵，該柱塞泵的額定壓力為28 MPa，額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min。

2.1.2 翻板油缸液壓泵的選型

根據(jù)系統(tǒng)需求，翻板液壓系統(tǒng)元件的最大工作壓力為7 MPa，考慮液壓泵出口和執(zhí)行元件入口之間的壓力損失為0.5 MPa，則得出液壓泵的最大工作壓力為7.5 MPa。根據(jù)液壓泵的額定工作壓力應(yīng)高于其最大工作壓力的20%～60%，則可得出翻板液壓泵的額定工作壓力=18.5×（1+25%）=10 MPa。

根據(jù)液壓泵額定壓力的計算結(jié)果，選用翻板液壓泵的型號為RAB01MB的定量齒輪泵，該齒輪泵的額定壓力為25 MPa，額定轉(zhuǎn)速為3 500 r/min。

2.2 液壓系統(tǒng)輔件的選型

分析不同工況下壓濾液壓系統(tǒng)工作特性需建立液壓模型，故需明確液壓系統(tǒng)中各類元器件的類型及相關(guān)參數(shù)[3]。壓濾機液壓系統(tǒng)中涉及到的輔件類型及相關(guān)參數(shù)如下頁表2所示。

3 壓濾機液壓系統(tǒng)工作特性分析

3.1 壓緊液壓系統(tǒng)保壓工況工作特性的仿真分析

根據(jù)壓緊液壓系統(tǒng)原理圖，建立如下頁圖1所示的壓緊液壓系統(tǒng)仿真模型。

表2 液壓系統(tǒng)輔件類型及參數(shù)

圖1 壓緊液壓系統(tǒng)仿真模型

如圖1所示，蓄能器設(shè)定的開啟壓力為10 MPa，即當系統(tǒng)的壓力達到10 MPa時，蓄能器動作開始充液操作，直到蓄能器的壓力值達到23 MPa時，蓄能器停止充液操作，此時壓緊液壓系統(tǒng)進入保壓工作狀態(tài)。

壓緊液壓系統(tǒng)中蓄能器在保壓工況下動態(tài)特性仿真結(jié)果如圖2所示。

如圖2所示，當在66 s左右系統(tǒng)達到蓄能器開啟壓力時，蓄能器開始充液，此時蓄能器的壓力從10 MPa（100 bar）不斷增加，與此同時蓄能器內(nèi)氣體體積不斷減?。划斝钅芷鲏毫_到23 MPa（230 bar）時，蓄能器停止充液，此時蓄能器的壓力和體積恒定不變，此時壓緊液壓系統(tǒng)處于保壓工況。

3.2 壓緊液壓系統(tǒng)泄壓工況工作特性的仿真分析

圖2 蓄能器動態(tài)特性分析

為確保壓濾機液壓系統(tǒng)的安全性，需根據(jù)工作需求對系統(tǒng)進行泄壓操作，泄壓操作完成后對其壓緊油缸進行返回動作[4]。否則，在未泄壓情況下對壓緊油缸進行返回動作時會對液壓系統(tǒng)造成較大的沖擊，進而對液壓系統(tǒng)造成損壞。

壓緊液壓系統(tǒng)泄壓返回工況的仿真模型如圖3所示。

圖3 壓緊液壓系統(tǒng)泄壓返回工況的仿真模型

如圖3所示，當電磁球閥得電后，壓緊油缸開始泄壓動作，當油缸內(nèi)的油壓降為零時，此時壓緊油缸開始返回動作[5]。當壓緊油缸返回行程達到5～10 cm時，返回動作停止。

壓緊液壓系統(tǒng)泄壓操作時其對應(yīng)油缸內(nèi)的壓力變化曲線如下頁圖4所示。

如圖4所示，壓緊液壓系統(tǒng)在大約71 s時開啟泄壓操作，并在大約100 s時系統(tǒng)泄壓操作完成，此時液壓油缸開始返回操作。

經(jīng)對壓濾機壓緊液壓系統(tǒng)保壓和泄壓階段的動態(tài)特性進行仿真分析可知，該壓濾機能夠按照預(yù)定設(shè)計流程工作，即無需對當前的液壓系統(tǒng)進行改造。

4 結(jié)語

壓濾機作為選煤廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運行效率及效果直接決定選煤廠最終的分選效果和質(zhì)量。壓濾機液壓系統(tǒng)作為設(shè)備的關(guān)鍵分系統(tǒng)，其動態(tài)性能決定著壓濾機的工作性能。通過對壓濾機液壓系統(tǒng)的液壓泵、油濾器、蓄能器等部件進行選型設(shè)計，對保壓、泄壓工況下的動態(tài)特性進行仿真分析可得，所設(shè)計的壓濾機液壓系統(tǒng)能夠滿足實際生產(chǎn)需求。

圖4 壓緊液壓系統(tǒng)泄壓油缸內(nèi)壓力變化曲線