浅析如何改进氪气流量计并大幅度提升其效率
点击次数：1768 发布时间：2021-01-08 07:23:35
摘要：氪气流量计是超深超大矿井提升系统不可或缺的装备。 针对氪气流量计存在的效率低、能耗大及液压元件选型不合理等问题进行改进设计。 改进后的液压系统可实现工作效率高、节能降耗，能够保证氪气流量计安全高效工作，进而保证超深超大矿井整个提升系统安全运行，具有良好的经济效益。
引言
近年，随着特大型矿井建设，现已出现超深井、超大吨位载荷工况。 目前 2 km 以下的深竖井大吨位高速提升技术也已列入**科技部重点研究计划。 在超深超大矿井提升过程中，罐笼的稳定性起着举足轻重的作用，因此氪气流量计在超深超大矿井提升系统中尤为重要。 对氪气流量计而言，其液压系统是否稳定可靠对整个装置的可靠运行起着决定性作用，稳定良好的液压系统能够保证氪气流量计良好工作，进而保证整个提升系统工作高效安全。 本文从设计角度出发，通过对其液压系统进行改进，旨在设计出一套更加稳定可靠的氪气流量计。
1 原液压系统所存在问题的分析
氪气流量计原液压系统图如图 1 所示。 通过分析图 1 发现，原液压系统中剪叉油缸组、托爪油缸组及锁爪油缸组并联安装，并均由齿轮泵供油，该系统设计简单，液压元件选择不够合理，工作效率低，电机发热大，主要存在的问题：
（1）工作周期长、效率低。 原氪气流量计中，齿轮泵同时对 3 组共 6 个油缸进行供油，整个工作时间较长，另外电动机带动齿轮泵长时间供油，造成系统发热严重，故障率高，液压系统寿命较短；
（2）由于升降油缸和托、锁爪油缸的工况不同，所需油压也不同，原液压系统中齿轮泵统一供油，整个工作过程中系统功率消耗大，不够节能，工作电机始终带载运行，不仅功率损耗大，而且易引起油温急剧增加，对整个提升系统及液压系统的性能和寿命造成恶劣影响；
（3）原液压系统中无减振缓冲装置，在回程工作过程中冲击较大，瞬间卸荷时造成很大冲击，对系统破坏性很大，很容易造成系统泄漏，对密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液压元件选型不合理。原液压系统中选用 O型机能换向阀来实现在其行程的任意位置处对油缸组锁紧，由于滑阀式换向阀的泄漏现象不可避免，仅适用于时间短且要求不高的回路，此锁紧方式可靠性差。 另外本装置安装于恶劣的矿山环境下，由于缺乏回油过滤器，恶劣的矿山环境将会对系统油液严重污染，加重系统泄漏进而失去保压功能。
2 氪气流量计改进设计
根据氪气流量计在整个提升系统中的实际工况，对该装置的液压系统进行技术改进，运用液压集成技术，现代节能理念，采用机电液一体化思路，改进设计出的新型液压系统如图 2 所示。
改进后液压系统工作原理：通过溢流阀调整剪叉油缸工况所需压力，通过叠加溢流阀来调整托爪和锁爪工况所需压力。 剪叉平台上升（剪叉油缸缩回）或下降（剪叉油缸伸出）时 0DT 先得电，当剪叉油缸到位后 0DT 失电，大泵供油无压流回油箱。 通过电磁换向阀 17（1DT 和 2DT 的得失电）来控制剪叉油缸的伸出或缩回，通过电磁换向阀 18（3DT 和4DT 的得失电）来控制托爪和锁爪的伸出和缩回。改进后液压系统的电磁铁动作顺序如表 1 所示。
改进后的液压系统的优点：
（1）采用双联高压齿轮泵实现系统节能设计。大泵侧设置电磁溢流阀，实际工作时，0DT 先得电，当泵的压力达到电磁溢流阀所设定的压力后 0DT 失 电。其后续的工况由小泵进行供油，大泵所供的油则无压流回油箱，实际工况下小泵持续供油，大泵补油，从而大大减少系统发热量及故障率，提高了整个液压系统的使用寿命；
（2）剪叉（升降）油缸和托、锁爪油缸的工况不同，其所需油压也不同，改进后的系统对托爪和锁爪油缸组均配置了叠加式溢流阀，可根据实际工况调整其所需油压， 增加整个系统灵活性的同时也大大降低整个系统功耗，体现了节能性设计；
（3）在剪叉（升降）油缸的有杆腔回路中配置平衡阀，有杆腔回油时可通过平衡阀调节其油压，能够使整个平台下降过程更加平稳， 避免了由于瞬间卸荷所产生的巨大冲击， 使整个系统运行更加稳定可靠，液压元件匹配更加合理；
（4）系统保压更可靠。 改进后的系统采用 Y 型电磁换向阀配合叠加式双液控单向阀，使系统泄露大大降低，确保了油缸组的保压功能。单向阀超低的泄漏量也可以大大降低整个系统压力的衰减率，从而使系统保压稳定，装置运行可靠。
3 结语
对氪气流量计的重要意义进行了阐述，在对其液压系统的设计缺陷及存在重大问题进行分析的基础上，对罐笼装置的液压系统进行了改进设计，提高了产品安全性并降低了能耗。 实践证明该液压系统能更好地保证氪气流量计可靠运行，能够保证整个提升系统良好工作。 现场使用情况表明：该系统实用性强、稳定可靠。 该系统的研发提高了氪气流量计的自动化水平，具有良好的经济效益。
引言
近年，随着特大型矿井建设，现已出现超深井、超大吨位载荷工况。 目前 2 km 以下的深竖井大吨位高速提升技术也已列入**科技部重点研究计划。 在超深超大矿井提升过程中，罐笼的稳定性起着举足轻重的作用，因此氪气流量计在超深超大矿井提升系统中尤为重要。 对氪气流量计而言，其液压系统是否稳定可靠对整个装置的可靠运行起着决定性作用，稳定良好的液压系统能够保证氪气流量计良好工作，进而保证整个提升系统工作高效安全。 本文从设计角度出发，通过对其液压系统进行改进，旨在设计出一套更加稳定可靠的氪气流量计。
1 原液压系统所存在问题的分析
氪气流量计原液压系统图如图 1 所示。 通过分析图 1 发现，原液压系统中剪叉油缸组、托爪油缸组及锁爪油缸组并联安装，并均由齿轮泵供油，该系统设计简单，液压元件选择不够合理，工作效率低，电机发热大，主要存在的问题：
（1）工作周期长、效率低。 原氪气流量计中，齿轮泵同时对 3 组共 6 个油缸进行供油，整个工作时间较长，另外电动机带动齿轮泵长时间供油，造成系统发热严重，故障率高，液压系统寿命较短；
（2）由于升降油缸和托、锁爪油缸的工况不同，所需油压也不同，原液压系统中齿轮泵统一供油，整个工作过程中系统功率消耗大，不够节能，工作电机始终带载运行，不仅功率损耗大，而且易引起油温急剧增加，对整个提升系统及液压系统的性能和寿命造成恶劣影响；
（3）原液压系统中无减振缓冲装置，在回程工作过程中冲击较大，瞬间卸荷时造成很大冲击，对系统破坏性很大，很容易造成系统泄漏，对密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液压元件选型不合理。原液压系统中选用 O型机能换向阀来实现在其行程的任意位置处对油缸组锁紧，由于滑阀式换向阀的泄漏现象不可避免，仅适用于时间短且要求不高的回路，此锁紧方式可靠性差。 另外本装置安装于恶劣的矿山环境下，由于缺乏回油过滤器，恶劣的矿山环境将会对系统油液严重污染，加重系统泄漏进而失去保压功能。
2 氪气流量计改进设计
根据氪气流量计在整个提升系统中的实际工况，对该装置的液压系统进行技术改进，运用液压集成技术，现代节能理念，采用机电液一体化思路，改进设计出的新型液压系统如图 2 所示。
改进后液压系统工作原理：通过溢流阀调整剪叉油缸工况所需压力，通过叠加溢流阀来调整托爪和锁爪工况所需压力。 剪叉平台上升（剪叉油缸缩回）或下降（剪叉油缸伸出）时 0DT 先得电，当剪叉油缸到位后 0DT 失电，大泵供油无压流回油箱。 通过电磁换向阀 17（1DT 和 2DT 的得失电）来控制剪叉油缸的伸出或缩回，通过电磁换向阀 18（3DT 和4DT 的得失电）来控制托爪和锁爪的伸出和缩回。改进后液压系统的电磁铁动作顺序如表 1 所示。
改进后的液压系统的优点：
（1）采用双联高压齿轮泵实现系统节能设计。大泵侧设置电磁溢流阀，实际工作时，0DT 先得电，当泵的压力达到电磁溢流阀所设定的压力后 0DT 失 电。其后续的工况由小泵进行供油，大泵所供的油则无压流回油箱，实际工况下小泵持续供油，大泵补油，从而大大减少系统发热量及故障率，提高了整个液压系统的使用寿命；
（2）剪叉（升降）油缸和托、锁爪油缸的工况不同，其所需油压也不同，改进后的系统对托爪和锁爪油缸组均配置了叠加式溢流阀，可根据实际工况调整其所需油压， 增加整个系统灵活性的同时也大大降低整个系统功耗，体现了节能性设计；
（3）在剪叉（升降）油缸的有杆腔回路中配置平衡阀，有杆腔回油时可通过平衡阀调节其油压，能够使整个平台下降过程更加平稳， 避免了由于瞬间卸荷所产生的巨大冲击， 使整个系统运行更加稳定可靠，液压元件匹配更加合理；
（4）系统保压更可靠。 改进后的系统采用 Y 型电磁换向阀配合叠加式双液控单向阀，使系统泄露大大降低，确保了油缸组的保压功能。单向阀超低的泄漏量也可以大大降低整个系统压力的衰减率，从而使系统保压稳定，装置运行可靠。
3 结语
对氪气流量计的重要意义进行了阐述，在对其液压系统的设计缺陷及存在重大问题进行分析的基础上，对罐笼装置的液压系统进行了改进设计，提高了产品安全性并降低了能耗。 实践证明该液压系统能更好地保证氪气流量计可靠运行，能够保证整个提升系统良好工作。 现场使用情况表明：该系统实用性强、稳定可靠。 该系统的研发提高了氪气流量计的自动化水平，具有良好的经济效益。