活動(dòng)壓輥壓力穩(wěn)定控制技術(shù)在潔凈煤生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

丁淑英

摘要：本文結(jié)合潔凈煤廠生產(chǎn)實(shí)際情況，針對(duì)10t型煤成型機(jī)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的活動(dòng)壓輥壓力不穩(wěn)定、波動(dòng)劇烈的情況，對(duì)10t成型機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行研究，規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)成型機(jī)活動(dòng)壓輥壓力穩(wěn)定控制的一套系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用減輕了不僅職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且也提高了成型機(jī)的產(chǎn)能和型煤的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：成型機(jī);壓輥;壓力;控制系統(tǒng);應(yīng)用

0 ?引言

對(duì)于潔凈型煤生產(chǎn)而言成型系統(tǒng)是核心環(huán)節(jié)，在成型系統(tǒng)的諸多輔助控制系統(tǒng)中，液壓控制系統(tǒng)是非常重要的一環(huán)。目前成型系統(tǒng)采用的這套壓力控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，存在著壓力控制不穩(wěn)定，造成主機(jī)運(yùn)行電流波動(dòng)較大，最終導(dǎo)致產(chǎn)品成型率下降，產(chǎn)品質(zhì)量差。要想提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，穩(wěn)定控制成型系統(tǒng)壓力勢(shì)在必行。

1 ?10t型煤成型機(jī)系統(tǒng)組成

1.1 預(yù)壓電機(jī)部分

預(yù)壓電機(jī)由變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)由聯(lián)軸器、蝸桿減速機(jī)，壓料螺旋被旋轉(zhuǎn)而強(qiáng)制將物料壓入壓嘴向主機(jī)供料，由于變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒矩特性，當(dāng)預(yù)壓螺旋的壓料量與主機(jī)所需壓料量相等時(shí)，可以保持恒定的供料壓力使球坯質(zhì)量穩(wěn)定。

1.2 主機(jī)部分

主機(jī)主要是由變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)聯(lián)軸器，雙輸出軸減速機(jī)，主要是通過調(diào)整聯(lián)軸器和萬向節(jié)聯(lián)軸器傳至主傳動(dòng)軸輥和被動(dòng)傳動(dòng)輥軸，兩對(duì)輥的同步由減速箱內(nèi)的一對(duì)齒輪保證，被動(dòng)軸輥軸承座由油缸頂住，從而保證了成型所需的壓力。

1.3 篩分機(jī)部分

篩分機(jī)分為普通的單槽雙層振動(dòng)篩，該篩由振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)，振動(dòng)中將碎小物料篩分并同時(shí)輸送出機(jī)外，與新物料混合重新壓制球團(tuán)，成品球送至用戶的成品皮帶上。

1.4 油壓站部分

壓球機(jī)主要采用電動(dòng)油泵，該油泵連同油箱、壓力表和各種應(yīng)有閥門自成一體，僅需將出油軟管與主機(jī)上的油缸進(jìn)油管相連即可。使用時(shí)，視球團(tuán)壓制硬度調(diào)整到所需壓力即可關(guān)閉電動(dòng)油泵，卸荷時(shí)，則轉(zhuǎn)動(dòng)卸荷閥手柄，油泵卸壓。

該泵主要工作原理是由電機(jī)帶動(dòng)泵旋轉(zhuǎn)，液壓油經(jīng)過濾油器吸入油泵，又經(jīng)單向閥、卸荷閥，匯集一起從油路系統(tǒng)進(jìn)入油缸，向壓輥提供一個(gè)穩(wěn)定的總壓力，當(dāng)給料量過大時(shí)，兩對(duì)輥中心距會(huì)增大，因而油缸活塞受到反壓縮，致使系統(tǒng)壓力增大，壓球機(jī)所用工作壓力值為15-20MPa。

2 ?10t型煤成型機(jī)工藝流程

潔凈煤廠所使用的10t成型機(jī)從開始進(jìn)料到壓制成型煤過程中的設(shè)備包含：緩沖料倉(cāng)、進(jìn)料螺旋、高壓成型機(jī)機(jī)、出球皮帶、振動(dòng)篩、返料螺旋、返料斗提及控制系統(tǒng)等，是一套獨(dú)立完善的系統(tǒng)裝置。

控制系統(tǒng)主要包括進(jìn)出料協(xié)調(diào)控制、液壓系統(tǒng)控制、潤(rùn)滑系統(tǒng)控制、減速機(jī)稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)控制、主電機(jī)控制、主輥壓力及間隙控制、輥壓及預(yù)壓控制、壓力信號(hào)采集及處理系統(tǒng)。具有機(jī)旁手動(dòng)、機(jī)旁自動(dòng)、集控室遠(yuǎn)程控制三種操作方式（相互閉鎖，無擾切換）;對(duì)所有信號(hào)全部輸入至現(xiàn)場(chǎng)控制柜PLC進(jìn)行處理，根據(jù)工藝要求進(jìn)行顯示、控制、報(bào)警（上傳）。給料螺旋轉(zhuǎn)速、預(yù)壓螺旋轉(zhuǎn)速與主機(jī)電流隨動(dòng)控制。

3 ?10t型煤成型機(jī)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性改造

3.1 10t型煤成型機(jī)液壓系統(tǒng)介紹

10t型煤成型機(jī)所使用液壓泵站為YBZ4H液壓泵站，YBZ4H泵站是由電機(jī)、ZB系列軸向柱塞泵（高壓泵）、電磁卸荷閥、手動(dòng)卸荷閥組合控制閥、耐震壓力表、蓄能器、傳感器、油箱等組成。

3.1.1 ZB系列軸向柱塞泵（高壓泵）

該系列柱塞泵為閥配流式軸向柱塞泵，容積效率達(dá)90%以上。該泵由電機(jī)直接帶動(dòng)泵軸旋轉(zhuǎn)，在偏心軸的作用下柱塞沿柱塞套作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，液壓油由吸油伐吸入，再經(jīng)排油伐排出，進(jìn)入系統(tǒng)油路。

3.1.2 電磁卸荷閥

該閥為球式電磁卸荷閥，電磁閥未通電時(shí)啟動(dòng)電機(jī)控制油口出油，油液進(jìn)入系統(tǒng)管路，停機(jī)具有保壓功能，通電時(shí)控制系統(tǒng)油液通過電磁閥回到油箱，系統(tǒng)泄壓。

3.1.3 組合控制閥

該閥是由高壓?jiǎn)蜗蜷y、高壓安全閥等組成。高壓安全閥調(diào)整壓力為41MPa。

3.1.4 壓力傳感器

壓力變送器的主要作用把壓力信號(hào)傳到電子設(shè)備，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)顯示壓力其原理大致是：將系統(tǒng)油壓這種壓力的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流（4-20mA）將檢測(cè)到的壓力信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)，遠(yuǎn)傳到控制室的儀表或計(jì)算機(jī)上。

3.1.5 溫度傳感器

把溫度傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)（4-20mA），連接到二次儀表上，從而顯示出對(duì)應(yīng)的溫度，系統(tǒng)最高油溫控制在70°以下。

3.1.6 蓄能器

蓄能器是液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中的一種能量?jī)?chǔ)蓄裝置。它在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能或位能儲(chǔ)存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，又將壓縮能或位能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜?，重新補(bǔ)供給系統(tǒng)，在泵站中起保壓補(bǔ)壓作用。

3.2 液壓系統(tǒng)改造工藝規(guī)劃

針對(duì)在使用過程中出現(xiàn)的壓力不夠問題，做以下改進(jìn)，當(dāng)高壓油泵壓力達(dá)到30-35MPa時(shí)（額定壓力41MPa），主油管路，分管6個(gè)油缸，直徑ф280×280×6的油缸（共6組）的保壓收縮率，反應(yīng)的靈敏度過低，蓄能器沒起到保壓補(bǔ)壓的作用，使整套系油路不能同步進(jìn)行做功，油缸的活塞反應(yīng)速度緩慢，往復(fù)運(yùn)動(dòng)遲鈍，從而使設(shè)備在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)不均勻的制作過程，對(duì)壓輥不能及時(shí)的自動(dòng)調(diào)整，和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，復(fù)位，壓力值達(dá)不到，料多時(shí)，整件壓力過大，不能自動(dòng)泄油和復(fù)位，料少時(shí)，對(duì)壓輥不能及時(shí)補(bǔ)償和保壓，使生產(chǎn)制作中粉料處于不飽和狀態(tài)，成型率和密實(shí)度達(dá)不到要求，給生產(chǎn)造成損失。

3.2.1 液壓系統(tǒng)出現(xiàn)液壓沖擊的原因分析

3.2.1.1 管路中閥口突然關(guān)閉

當(dāng)成型機(jī)系統(tǒng)壓力達(dá)到預(yù)定值，泄壓閥自動(dòng)關(guān)閉。閥門開啟時(shí)設(shè)管路中壓力恒定不變，若閥門突然關(guān)死，則管路中流體立即停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)油液流動(dòng)的動(dòng)能將轉(zhuǎn)化為油液的擠壓能，從而使壓力急劇升高，造成液壓沖擊。即產(chǎn)生完全液壓沖擊。液壓沖擊的實(shí)質(zhì)主要是，管路中流體因突然停止流動(dòng)而導(dǎo)致其動(dòng)能向壓能的瞬間轉(zhuǎn)變。

3.2.1.2 高速運(yùn)動(dòng)的部件突然被制動(dòng)

高速運(yùn)動(dòng)的工作部件的慣性力也會(huì)引起系統(tǒng)中的壓力沖擊，例如壓輥收煤粉壓力產(chǎn)生漲力，造成液壓缸回彈時(shí)，換向閥迅速關(guān)閉油缸原來的排油管路，這時(shí)油液不再排出，但活塞由于慣性作用仍在運(yùn)動(dòng)從而引起壓力急劇上升造成壓力沖擊。液壓缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向，主換向閥換向過快，均會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊。

3.2.1.3 某些元件動(dòng)作不夠靈敏

當(dāng)系統(tǒng)壓力突然升高時(shí)，由于溢流閥反應(yīng)比較遲鈍，不能迅速打開，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生壓力超高現(xiàn)象。

3.2.1.4 液壓沖擊的危害

①?zèng)_擊壓力可高達(dá)正常工作壓力的3-4倍，使液壓系統(tǒng)中的元件、管道、儀表等遭到破壞;

②液壓沖擊使壓力繼電器誤發(fā)信號(hào)，干擾液壓系統(tǒng)的正常工作，影響液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性;

③液壓沖擊引起震動(dòng)和噪聲、連接件松動(dòng)，造成漏油、壓力閥調(diào)節(jié)壓力改變。

3.2.2 解決方案

①首先解決主油路的管道壓力輸送不出去的問題，當(dāng)油的溫度低于-10℃時(shí)，現(xiàn)有的主管道孔徑是ф7.5mm，不能達(dá)到和滿足油缸的飽和狀態(tài)（用HM-15液壓油）。有壓力，但液壓油輸送不出去，安全閥提前打開，使整個(gè)油路系統(tǒng)，供油不均勻，如安全閥調(diào)高時(shí)，對(duì)整體液壓系統(tǒng)有傷害，改造的方案將原來的主油路接口ф7.5mm，改成ф16mm的接口，提高壓力、加大流量、增加蓄成器的蓄備能力。使整套油路，保持恒定的保壓狀態(tài)中，從而使得設(shè)備在生產(chǎn)過程中，有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

②提高液壓系統(tǒng)壓力緩存能力。

增加六組1.6L儲(chǔ)能器，每組儲(chǔ)能器前端安裝一個(gè)截止閥，截止閥前端安裝一個(gè)100KPa的壓力表，壓力表能及時(shí)反饋每個(gè)儲(chǔ)能器內(nèi)部壓力，起到安全保護(hù)儲(chǔ)能器的作用，能及時(shí)的緩解油缸壓力不足的缺陷，當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，截止閥能進(jìn)行關(guān)閉，這樣能保證儲(chǔ)能器的儲(chǔ)能作用。油路的改進(jìn)全部換成內(nèi)徑16mm的管路，重新調(diào)整全套油路的輸出量，加大油量。在不影響整體油路的壓力值時(shí)，使整套油路處于安全飽和狀態(tài)，能及時(shí)的保證油缸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)靈敏。三組儲(chǔ)能器，三套截止閥，三組壓力表，三條改造的油路，三套管道油路連接盤，外加一套支撐架。

3.3 設(shè)備配置

液壓系統(tǒng)改造設(shè)備配置見表1。

4 ?10t型煤成型機(jī)活動(dòng)壓輥壓力穩(wěn)定控制系統(tǒng)

4.1 關(guān)鍵技術(shù)

保證YBZ4H液壓泵站直徑￠280×280×6組油缸的保壓收縮率，對(duì)壓輥?zhàn)詣?dòng)調(diào)整及時(shí)補(bǔ)償和保壓。使生產(chǎn)制作中物料處于飽和狀態(tài)，成型率和密實(shí)度達(dá)到要求，提高型煤成型機(jī)生產(chǎn)能力。

①增大管徑，減小流速，從而可減小流速的變化值，以減小緩沖壓力;縮短管長(zhǎng)，避免不必要的彎曲;采用軟管也可獲得良好效果。②采用橡膠軟管吸收液壓沖擊能量，在易產(chǎn)生液壓沖擊的管路上，設(shè)置蓄能器，以吸收沖擊壓力。這樣就可以保證開關(guān)液壓閥時(shí)系統(tǒng)環(huán)境是低壓或者是無壓狀態(tài)，可以有效降低液壓沖擊。在此過程中增加的延時(shí)環(huán)節(jié)一般取0.1秒（100毫秒）為宜，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間一般為十毫秒級(jí)別，時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度，時(shí)間太短起不到減少液壓沖擊的目的。

4.2 創(chuàng)新點(diǎn)

①成型機(jī)本體和油管路的接口設(shè)計(jì)，在不改變液壓缸本體結(jié)構(gòu)的情況下，將原來的主油路接口ф7.5㎜，改成ф16㎜的接口，增大管徑，減小流速，從而可減小流速的變化值，以減小緩沖壓力。

②采用雙緩沖壓力平衡控制技術(shù)，在不改變?cè)幸簤合到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加蓄能器，以吸收沖擊壓力，使整套油路處于安全飽和狀態(tài)。

5 ?應(yīng)用效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

5.1.1 提高了技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

在潔凈煤廠工程技術(shù)人員的共同努力下，研發(fā)出了一種適用于潔凈煤廠現(xiàn)用10t型煤成型機(jī)活動(dòng)滾輥壓力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)一是使型煤成型機(jī)液壓站壓力穩(wěn)定在13MPa，壓力得到穩(wěn)定控制;二是使成型機(jī)主機(jī)電流波動(dòng)范圍穩(wěn)定控制在運(yùn)行電流的±5A。潔凈煤廠成型機(jī)應(yīng)用此控制系統(tǒng)，不僅能使生產(chǎn)過程控制自動(dòng)化，而且也在生產(chǎn)工藝流程順暢，穩(wěn)定和數(shù)字化方面發(fā)揮著顯著的優(yōu)勢(shì)，保證了重大生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行，保證了生產(chǎn)過程能夠發(fā)揮最大效率，提高成型機(jī)的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)10t型煤成型機(jī)的產(chǎn)能穩(wěn)定在7-8t，使?jié)崈裘簭S的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到很大的提高。

5.1.2 減少設(shè)備維修費(fèi)用

潔凈煤廠研發(fā)的10t型煤成型機(jī)活動(dòng)滾輥壓力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，由于具有較好的穩(wěn)定性，提高了潔凈煤廠的生產(chǎn)能力，也提高了型煤的質(zhì)量，在保證精品型煤產(chǎn)量方面發(fā)揮了巨大的作用，這在無形中就為潔凈煤廠減少了大筆的維修費(fèi)用。

5.1.3 降低勞動(dòng)強(qiáng)度

由于該系統(tǒng)自控系統(tǒng)功能強(qiáng)大，運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)作靈敏，操作簡(jiǎn)單可靠，工作效率高。工作過程中無需手動(dòng)操作，既節(jié)能了人力，又降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了生產(chǎn)的連續(xù)性，有著較好的推廣價(jià)值。

5.1.4 降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

研發(fā)10t型煤成型機(jī)活動(dòng)滾輥壓力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，有效地避免因成型率低造成了環(huán)境污染，提升了車間的空氣質(zhì)量，提高了壓球機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，延長(zhǎng)了壓球機(jī)的使用壽命，不僅有效地降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了藍(lán)天公司和潔凈煤廠的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

5.2 社會(huì)效益

根據(jù)成型機(jī)的生產(chǎn)工藝要求及綜合因素，研發(fā)的10t型煤成型機(jī)活動(dòng)滾輥壓力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，與其原控制系統(tǒng)相比僅僅是簡(jiǎn)單的一些I/O連接，這樣就降低了原控制系統(tǒng)修改的工作量，保證了生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，同時(shí)該控制系統(tǒng)可以單獨(dú)調(diào)試好后，再與原生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)接，縮短了總體的調(diào)試周期，降低了改造對(duì)生產(chǎn)造成的影響。此外系統(tǒng)具有較高的控制精度及穩(wěn)定性、隨動(dòng)性好，易于改造以及今后的維護(hù)等方面都發(fā)揮著重要的作用，不僅為潔凈煤廠節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用，也從很大程度上來說降低了能源的消耗，更為類似條件下的生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。

①良好的隨動(dòng)性及高定位精度。

②綜合工藝技術(shù)功能佳。

③操作簡(jiǎn)單、調(diào)試快速以及易于維護(hù)。

④使用范圍廣。

6 ?結(jié)論

綜上所述，通過10t型煤成型機(jī)活動(dòng)滾輥壓力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)改造，效果比較明顯。改造后的活動(dòng)滾輥壓力穩(wěn)定性控制系統(tǒng)用于規(guī)?；a(chǎn)型煤過程中，在藍(lán)天公司潔凈煤廠的運(yùn)行實(shí)踐表明，改造后提高了型煤生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，完全達(dá)到了原設(shè)想方案的效果，進(jìn)一步拓展了成型機(jī)的型煤的成型率，值得推廣使用，也為類似工藝的創(chuàng)新提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

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