高 翔，胡 進，唐騰飛

武漢工程大學機電工程學院，湖北 武漢 430205

快開裝置是一種用來輔助壓力容器端蓋開閉的裝置，使壓力容器能夠更快實現(xiàn)端蓋的開閉，小到日常生活中的壓力鍋，大到航天飛機的進出口，都使用了各種不同形式的快開裝置[1].快開裝置結(jié)構(gòu)多樣、使用廣泛，而據(jù)國家安全監(jiān)察部門統(tǒng)計，由于快開門式壓力容器的快開裝置的不合理引發(fā)的安全事故占壓力容器安全事故總量的30%左右[2-4]，因此設(shè)計一種安全可靠的快開裝置至關(guān)重要.

PLC是專門為工業(yè)自動控制設(shè)計的一種控制設(shè)備，它強大的功能使得它在工業(yè)自動化領(lǐng)域得以廣泛的應用.將PLC技術(shù)應用于快開裝置的設(shè)計中，能夠有效地實現(xiàn)自動控制，還有抗干擾能力強、可靠性高、占用體積小、設(shè)計使用和維護方便等優(yōu)點[5-6].

1 方案設(shè)計

傳統(tǒng)快開裝置有齒嚙式、壓緊式、卡箍式、平移式等多種形式，但其中也存在著一些不足之處，例如齒嚙式快開裝置開啟之前壓力釋放速度快容易發(fā)生爆炸、壓緊式快開裝置端蓋開閉耗時太長難以達到快開效果、卡箍式快開裝置安全聯(lián)鎖裝置可靠性較差、平移式快開裝置占地面積較大[7-9]，本文對此加以改進設(shè)計了一種新型的快開裝置，快開裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.由圖1中可以看出，此種快開裝置主要由移位組件和轉(zhuǎn)動組件構(gòu)成.

圖1 快開裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The structure diagram of quick-opening device

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計與工作流程

快開裝置移位組件和轉(zhuǎn)動組件運作時，如果速度變化較快，就會加劇端蓋與釜體的碰撞，有可能造成快開裝置的損壞，給人們的生命安全帶來極大的隱患，而液壓傳動具有調(diào)速方便、運動平穩(wěn)等優(yōu)點，故快開裝置的端蓋移位機構(gòu)和端蓋轉(zhuǎn)動機構(gòu)的動作都由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示.

圖2 快開裝置液壓系統(tǒng)原理圖Fig.2 The hydraulic schematic diagram of quick-opening device

根據(jù)臥式高壓釜快開裝置的液壓系統(tǒng)原理圖，分析快開裝置的工作流程如下：

(1)端蓋移位機構(gòu)右移.由于筒體右端安裝面上有十幾個緊固螺栓，有一定的長度，端蓋必須沿軸線右移位后才能轉(zhuǎn)動.按下啟動按鈕后，電動機開始工作，變量柱塞泵開始供油，移位電磁閥YA2得電實現(xiàn)端蓋移位機構(gòu)右移.此時如果端蓋卡緊，還可以手動操作使定位電磁閥YA5得電輔助頂開端蓋，點動結(jié)束后電磁閥失電處于中位，定位油缸活塞處于浮動狀態(tài)，當端蓋閉合時帶動活塞桿回位.

(2)端蓋打開.移位機構(gòu)右移移位油缸活塞撞到行程開關(guān)2后，移位電磁閥失電閥芯處于中位使得供油系統(tǒng)通過移位電磁閥再通過轉(zhuǎn)動電磁閥向轉(zhuǎn)動油缸供油，此時轉(zhuǎn)動電磁閥YA3得電實現(xiàn)端蓋打開.

(3)放入物料.轉(zhuǎn)動油缸活塞撞到行程開關(guān)3后，時間繼電器得電延時一段時間，此時間即為放入物料時間，可以根據(jù)實際設(shè)置.

(4)端蓋關(guān)閉.延時時間到，轉(zhuǎn)動電磁閥YA4得電實現(xiàn)端蓋閉合.

(5)移位機構(gòu)回位.端蓋閉合時轉(zhuǎn)動油缸活塞撞到行程開關(guān)4，移位電磁閥YA1得電使快移位裝置回位.

(6)停止.當移位油缸活塞撞到行程開關(guān)1時，其常閉觸點斷開，系統(tǒng)回復到初始狀態(tài)，為下次啟動作準備.

3 快開裝置PLC I/O口分配

臥式高壓釜快開裝置電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，能夠有效地實現(xiàn)遠程操控，當意外發(fā)生時也能保證操作人員的生命安全.整個系統(tǒng)有8個輸入信號，7個輸出信號，三菱公司小型PLC FX2N-32MR能夠滿足此次設(shè)計要求，并且留有足夠輸入輸出端口以便后續(xù)功能開發(fā)[10].根據(jù)快開裝置動作流程進行I/O口分配，如圖3所示.

圖3 快開裝置PLC接線圖Fig.3 The PLC wiring diagram of quick-opening device

4 程序的編寫與運行

分析快開裝置的動作流程，并對照接線圖編寫程序，將梯形圖寫入三菱編程軟件GX-developer中，如圖4所示.

圖4 快開裝置PLC梯形圖Fig.4 The PLC ladder diagram of quick-opening device

程序?qū)懭胪瓿珊?，模擬程序的運行，程序邏輯測試界面如圖5所示，圖5中黑色光標代表該元件是“ON”狀態(tài)，使用軟元件測試功能，還可以人為地控制輸入“ON”或“OFF”來模擬行程開關(guān)的狀態(tài)，模擬界面如圖6所示.結(jié)果表明，該程序能可靠地實現(xiàn)所要求的控制功能.

圖5 邏輯測試界面Fig.5 The logical test interface

圖6 模擬快開裝置運行狀態(tài)Fig.6 Simulation of the running state of quick-opening device

5 結(jié) 語

通過改進傳統(tǒng)快開裝置設(shè)計了一種新型的快開裝置，采用液壓傳動以保證快開裝置端蓋能夠安全高效的開閉，將PLC技術(shù)應用于快開裝置電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計之中，并且使用PLC編程和仿真軟件GX-Developer進行控制系統(tǒng)的仿真和調(diào)試，大大地縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率.此次設(shè)計的快開裝置在安全性和自動化程度方面都有了很大的提高，能夠有效的避免由于快開裝置設(shè)計的不合理而引發(fā)的安全事故，能夠滿足實際需求，可為相關(guān)設(shè)計提供一定的參考和依據(jù).

致 謝

感謝武漢三聯(lián)節(jié)能環(huán)保工程有限公司對本研究的支持.

[1] 劉浩波．壓力容器快開端蓋開蓋過程安全性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]．北京：北京化工大學,2010.

LIU Hao-bo. Analysis of quick-opening pressure vessel structure safety in opening process and structure optimization[D].Beijing: Beijing University of Chemical Technology,2010.(in Chinese)

[2] 胡兆吉,黃克敏,文興林．在用快開式壓力容器的失效事故分析及預防對策[J]．化工裝備技術(shù),2000,21(6)：15-18.

HU Zhao-ji,HUANG Ke-min,WEN Xin-lin. Analysis of the failure accident of the quick-opening vessel and the prevention countermeasures[J].Chemical Equipment Technology,2000,21(6):15-18. (in Chinese)

[3] 何承代．一起快開門式壓力容器爆炸失效事故分析[J]．機械管理開發(fā),2012(3)：9-10.

HE Cheng-dai. Analysis of the explosion of a quick-opening vessel [J]. Mechanical Management and Development,2012(3):9-10. (in Chinese)

[4] 韓樹新,盛水平,劉延雷．快開門式壓力容器余壓開門爆炸危害研究[J]．壓力容器,2010,27(2)：50-54.

HAN Shu-xin, SHENG Shui-ping, LIU Yan-lei. Research on explosion of quick actuating pressure vessels with residual pressure[J]. Pressure Vessel,2010,27(2):50-54. (in Chinese)

[5] 梅麗鳳．電氣控制與PLC應用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社,2011．

MEI Li-feng. Electrical control and PLC application technology[M]. Beijing: China Machine Press,2011. (in Chinese)

[6] 孫康嶺,楊兆偉,張曄．基于PLC的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計[J]．機電工程,2010,27(11)：125-126．

SUN Kang-ling,YANG Zhao-wei,ZHANG Ye. Design of the control system of automatic based on PLC[J]. Mechanical and Electrical Engineering, 2010, 27(11):125-126. (in Chinese)

[7] 丁無極,何承代．快開門式壓力容器開門形式設(shè)計研究[J]．化學工程與裝備,2010(4)：96-97．

DING Wu-ji,HE Cheng-dai. Research on the design of the way to open the door of quick-opening vessel [J]. Chemical Engineering and Equipment,2010(4):96-97. (in Chinese)

[8] 雍兆銘,馬兆泰,潘俊杰．壓力容器快開蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[J]．中國化工裝備,2013(1)：37-38．

YONG Zhao-min,MA Zhao-tai,PAN Jun-jie. Structure optimization of quick-opening vessel [J]. Chinese Chemical Equipment,2013(1):37-38. (in Chinese)

[9] 張志軍．齒嚙型自緊式密封快開裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工方法[J]．化學工程與裝備,2011(10)：123-125．

ZHANG Zhi-jun. The structure design and manufacturing method of the gear tooth self-tightening quick-opening device[J]. Chemical Engineering and Equipment,2011(10):123-125. (in Chinese)

[10] 趙軻,蔡業(yè)彬,鄧昌奇．基于PLC控制的鉆孔組合機床控制系統(tǒng)設(shè)計[J]．機電工程,2013,30(10):69-71．

ZHAO Ke, CAI Ye-bin,DENG Chang-qi. Design of drill hole modular tool control system based on PLC[J].Mechanical and Electrical Engineering,2013,30(10):69-71. (in Chinese)