主井箕斗卸載系統(tǒng)氣壓回路的設計與應用

白銀有色集團股份有限公司深部礦業(yè)公司 甘肅白銀730900

氣壓傳動是利用壓縮空氣傳遞運動和動力的一種傳遞方式，由于具有空氣黏性小、傳遞阻力小、傳遞速度快、反應靈敏及氣壓傳動更適合于遠距離傳輸和控制等優(yōu)點，因此，氣壓傳動已廣泛應用在礦山機械、輕工、食品以及汽車等行業(yè)。在白銀深部礦業(yè)主井提升系統(tǒng)中，箕斗卸載系統(tǒng)就是以空壓站輸送的壓縮空氣為動力源，用φ250 mm、行程為 1 000 mm 的中間支點雙作用氣缸為執(zhí)行元件，帶動卸載直軌運動，完成側卸式箕斗卸礦工作。

1 雙作用氣缸控制回路

目前，白銀深部礦業(yè)主井提升機箕斗卸載系統(tǒng)雙作用氣缸是電磁換向閥控制的單一氣壓回路，其原理如圖 1 所示。由于電磁閥的公稱通徑 (DN15)較小，氣缸的運動速度較慢，卸載效率較低。為了提高生產(chǎn)效率，白銀深部礦業(yè)用公稱通徑為 DN20 的電磁閥替換了原來的電磁閥，替換后雖然氣缸的運行速度和卸載效率提高了，但氣缸活塞行程臨近末端時，活塞對氣缸和氣缸支架產(chǎn)生了較大的沖擊，容易造成氣缸和支架的損壞。為了解決這一問題，筆者對主井提升機箕斗卸載系統(tǒng)雙作用氣缸控制回路進行了設計改造。

2 雙作用氣缸控制回路分類

氣壓傳動系統(tǒng)一般通過氣缸元件執(zhí)行預定動作。氣缸運動速度的控制是需要重點考慮的，如果控制不當將對執(zhí)行機構造成沖擊，出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象，一方面會降低氣缸和設備的使用壽命，另一方面直接威脅到操作工的人身安全。所以氣缸運動速度的控制在整個氣壓傳動的控制中占有重要地位。

雙作用氣缸的控制方式有以下幾種：雙作用氣缸的無調速控制 (見圖 1)、進氣節(jié)流調速控制 (見圖2)、排氣節(jié)流調速 (見圖 3)、快速排氣閥調速 (見圖 4)及排氣節(jié)流閥調速 (見圖 5)。在實際應用中，可根據(jù)執(zhí)行機構對速度的要求進行選擇。

3 兩種節(jié)流形式對雙作用氣缸運動速度的影響

影響氣缸運動速度的因素很多，如氣源的氣壓與供氣量、電磁閥的通徑 (流量)、氣管的直徑與長度、氣缸的缸徑、控制元件在氣路中的位置等。

對雙作用氣缸來說，常用的節(jié)流調速回路可分為進氣節(jié)流和排氣節(jié)流兩種方式，這兩種節(jié)流方式對氣缸運動速度的影響非常大。以白銀深部礦業(yè)主井箕斗卸載氣缸為例，通過現(xiàn)場多次的反復試驗，進氣節(jié)流和排氣節(jié)流對雙作用氣缸速度的影響總結如下。

3.1 雙作用氣缸的進氣節(jié)流

圖2 雙作用氣缸的進氣節(jié)流調速

圖3 雙作用氣缸的排氣節(jié)流調速

圖4 雙作用氣缸的快速排氣閥調速

圖5 雙作用氣缸的排氣節(jié)流閥調速回路

雙作用氣缸的進氣節(jié)流是將節(jié)流閥安裝在氣缸的進氣支路上，原理如圖 2 所示，通過調節(jié)氣缸的進氣速率來控制氣缸的運動速度。

采用進氣節(jié)流方式時，由于氣缸的進氣管安裝了節(jié)流閥，壓縮空氣緩慢進入，進氣腔的氣壓逐漸增大，此時氣缸動作緩慢，當氣缸進氣腔壓力大于負載壓力后，氣缸運動速度才逐漸增加。在氣缸動作初期，氣缸的運動速度隨負載的增大而波動。由于進氣緩慢，采用進氣節(jié)流回路的雙作用氣缸的運動加速度沒有采用排氣節(jié)流時的加速度大。

3.2 雙作用氣缸的排氣節(jié)流

排氣節(jié)流則是在雙作用氣缸的排氣支路上安裝節(jié)流閥，原理如圖 3 所示，通過調節(jié)氣缸的排氣速率來控制氣缸的速度。

采用排氣節(jié)流方式時，氣缸進氣流量比較大，氣缸速度在短時間內就達到了穩(wěn)定值，由于氣缸排氣支路安裝有節(jié)流閥，在氣缸排氣腔內形成與負載相應的背壓，在負載保持不變或微小變動的條件下，氣缸運動一直比較平穩(wěn)，直至氣缸行程結束。由于進氣沒有節(jié)流阻力，進氣腔的進氣速率較大，氣缸運動的加速度比采用進氣節(jié)流時的加速度大。

4 雙作用氣缸控制回路的選擇原則

在氣壓傳動過程中，為了實現(xiàn)預期的運動功能，氣缸控制回路的選擇十分重要，一般遵循以下原則：

(1)當運動速度較大而行程末端要求運動平穩(wěn)以避免沖擊時，應選用帶緩沖裝置的氣缸；

(2)對于大慣性負載，應在氣缸行程末端安裝緩沖器或設計減速回路；

(3)水平安裝的氣缸推動負載時，推薦用排氣節(jié)流調速；垂直安裝的氣缸舉升負載時，推薦用進氣節(jié)流調速。

5 雙作用氣缸速度控制回路在箕斗卸載系統(tǒng)中的應用實踐

5.1 卸載系統(tǒng)對氣缸運動的要求

箕斗卸載開始時，由于負載較大，需要較大的進氣量啟動氣缸并使其平穩(wěn)運行，隨著氣缸活塞桿的收回，卸載直軌的傾斜，礦石逐漸從箕斗卸出。氣缸行程臨近末端時，為了減小活塞桿對氣缸和氣缸支架的沖擊，應以較慢的速度運行；箕斗卸載完成后，卸載直軌須從傾斜位置恢復到垂直位置，整個過程為輕載狀態(tài)。為了提高生產(chǎn)效率，快速運行氣缸，氣缸行程臨近末端時，為了減小對氣缸和箕斗的沖擊，應以較慢的速度運行。

5.2 控制回路的選擇

(1)主井提升機箕斗卸載系統(tǒng)使用的雙作用氣缸沒有緩沖裝置，只能通過減速回路來減小氣缸在行程末端的沖擊。

(2)主井提升機箕斗卸載系統(tǒng)的雙作用氣缸水平推動負載，因此選用排氣節(jié)流調速回路。

(3)根據(jù)卸載系統(tǒng)的工作要求，選擇氣壓回路的換向閥。

根據(jù)卸載系統(tǒng)對氣缸的工作要求，選用便于實現(xiàn)電、氣聯(lián)合控制且具有記憶功能，即通電換向、斷電保持原狀態(tài)的先導式雙電控電磁換向閥，為保證主閥正常工作，2 個電磁閥不能同時通電，且電路互鎖。

5.3 控制回路的設計實施

根據(jù)箕斗卸載系統(tǒng)的要求設計的氣壓控制回路如圖 6 所示。其工作原理：在初始位置二位五通換向閥V1左位接入系統(tǒng)，如圖 6(a)所示，壓縮空氣經(jīng)二位五通換向閥V1的A口進入氣缸左腔，使活塞桿伸出，卸載直軌處于垂直狀態(tài)；當箕斗提升到箕斗卸載位置時，按下傾斜按鈕鍵，二位五通換向閥V1的右位接入系統(tǒng)，如圖 6(b)所示，壓縮空氣經(jīng)換向閥V1的B口進入氣缸右腔，使活塞桿收回 (調節(jié)節(jié)流閥F2和F4，獲得適當?shù)男遁d速度)，當活塞桿收回至指定位置時，接近開關K1動作，使得常開電磁閥V2通電關閉，氣缸左腔的氣體只能通過節(jié)流閥F2排出，氣缸運行速度很慢，直到行程結束；當按下垂直按鈕時，二位五通換向閥V1的左位接入系統(tǒng)，如圖 6(b)所示，壓縮空氣經(jīng)換向閥V1的A口進入氣缸左腔，使活塞桿伸出 (調節(jié)節(jié)流閥F1和F3，獲得適當?shù)纳斐鏊俣?，當活塞桿伸出至指定位置時，接近開關K2動作，常開電磁閥V3通電關閉，氣缸右腔的氣體只能通過節(jié)流閥F1排出，氣缸運行速度緩慢，直到行程結束，卸載直軌回到起始垂直位置，完成了提升機箕斗的一個卸載周期。

圖6 卸載直軌氣壓控制回路

通過對箕斗卸載系統(tǒng)氣壓回路的設計改造，不但提高了卸載系統(tǒng)的卸載效率，而且降低了卸載系統(tǒng)的故障率。

6 結語

在雙作用氣缸的節(jié)流調速回路中，不管是進氣節(jié)流調速回路還是排氣節(jié)流調速回路，要想控制氣缸的變速運動，必須根據(jù)預期運動要求，在氣控支路加裝控制單元，設計出合理可行的控制回路，對氣缸的進氣或者排氣進行特殊控制，才能達到預期的運動目的。