白銀有色集團(tuán)股份有限公司深部礦業(yè)公司 甘肅白銀730900

氣壓傳動(dòng)是利用壓縮空氣傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(yīng)靈敏及氣壓傳動(dòng)更適合于遠(yuǎn)距離傳輸和控制等優(yōu)點(diǎn)，因此，氣壓傳動(dòng)已廣泛應(yīng)用在礦山機(jī)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(dòng)力源，用φ250 mm、行程為 1 000 mm 的中間支點(diǎn)雙作用氣缸為執(zhí)行元件，帶動(dòng)卸載直軌運(yùn)動(dòng)，完成側(cè)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(jī)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(yùn)動(dòng)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(lái)的電磁閥，替換后雖然氣缸的運(yùn)行速度和卸載效率提高了，但氣缸活塞行程臨近末端時(shí)，活塞對(duì)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(wèn)題，筆者對(duì)主井提升機(jī)箕斗卸載系統(tǒng)雙作用氣缸控制回路進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造。

2 雙作用氣缸控制回路分類

氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)一般通過(guò)氣缸元件執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作。氣缸運(yùn)動(dòng)速度的控制是需要重點(diǎn)考慮的，如果控制不當(dāng)將對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)造成沖擊，出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象，一方面會(huì)降低氣缸和設(shè)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(yùn)動(dòng)速度的控制在整個(gè)氣壓傳動(dòng)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(wú)調(diào)速控制 (見(jiàn)圖 1)、進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速控制 (見(jiàn)圖2)、排氣節(jié)流調(diào)速 (見(jiàn)圖 3)、快速排氣閥調(diào)速 (見(jiàn)圖 4)及排氣節(jié)流閥調(diào)速 (見(jiàn)圖 5)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)速度的要求進(jìn)行選擇。

3 兩種節(jié)流形式對(duì)雙作用氣缸運(yùn)動(dòng)速度的影響

影響氣缸運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度、氣缸的缸徑、控制元件在氣路中的位置等。

對(duì)雙作用氣缸來(lái)說(shuō)，常用的節(jié)流調(diào)速回路可分為進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流兩種方式，這兩種節(jié)流方式對(duì)氣缸運(yùn)動(dòng)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次的反復(fù)試驗(yàn)，進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流對(duì)雙作用氣缸速度的影響總結(jié)如下。

3.1 雙作用氣缸的進(jìn)氣節(jié)流

圖2 雙作用氣缸的進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速

圖3 雙作用氣缸的排氣節(jié)流調(diào)速

圖4 雙作用氣缸的快速排氣閥調(diào)速

圖5 雙作用氣缸的排氣節(jié)流閥調(diào)速回路

雙作用氣缸的進(jìn)氣節(jié)流是將節(jié)流閥安裝在氣缸的進(jìn)氣支路上，原理如圖 2 所示，通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸的進(jìn)氣速率來(lái)控制氣缸的運(yùn)動(dòng)速度。

采用進(jìn)氣節(jié)流方式時(shí)，由于氣缸的進(jìn)氣管安裝了節(jié)流閥，壓縮空氣緩慢進(jìn)入，進(jìn)氣腔的氣壓逐漸增大，此時(shí)氣缸動(dòng)作緩慢，當(dāng)氣缸進(jìn)氣腔壓力大于負(fù)載壓力后，氣缸運(yùn)動(dòng)速度才逐漸增加。在氣缸動(dòng)作初期，氣缸的運(yùn)動(dòng)速度隨負(fù)載的增大而波動(dòng)。由于進(jìn)氣緩慢，采用進(jìn)氣節(jié)流回路的雙作用氣缸的運(yùn)動(dòng)加速度沒(méi)有采用排氣節(jié)流時(shí)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(guò)調(diào)節(jié)氣缸的排氣速率來(lái)控制氣缸的速度。

采用排氣節(jié)流方式時(shí)，氣缸進(jìn)氣流量比較大，氣缸速度在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)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(nèi)形成與負(fù)載相應(yīng)的背壓，在負(fù)載保持不變或微小變動(dòng)的條件下，氣缸運(yùn)動(dòng)一直比較平穩(wěn)，直至氣缸行程結(jié)束。由于進(jìn)氣沒(méi)有節(jié)流阻力，進(jìn)氣腔的進(jìn)氣速率較大，氣缸運(yùn)動(dòng)的加速度比采用進(jìn)氣節(jié)流時(shí)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(dòng)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)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(dāng)運(yùn)動(dòng)速度較大而行程末端要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以避免沖擊時(shí)，應(yīng)選用帶緩沖裝置的氣缸；

(2)對(duì)于大慣性負(fù)載，應(yīng)在氣缸行程末端安裝緩沖器或設(shè)計(jì)減速回路；

(3)水平安裝的氣缸推動(dòng)負(fù)載時(shí)，推薦用排氣節(jié)流調(diào)速；垂直安裝的氣缸舉升負(fù)載時(shí)，推薦用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速。

5 雙作用氣缸速度控制回路在箕斗卸載系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)踐

5.1 卸載系統(tǒng)對(duì)氣缸運(yùn)動(dòng)的要求

箕斗卸載開(kāi)始時(shí)，由于負(fù)載較大，需要較大的進(jìn)氣量啟動(dòng)氣缸并使其平穩(wěn)運(yùn)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(shí)，為了減小活塞桿對(duì)氣缸和氣缸支架的沖擊，應(yīng)以較慢的速度運(yùn)行；箕斗卸載完成后，卸載直軌須從傾斜位置恢復(fù)到垂直位置，整個(gè)過(guò)程為輕載狀態(tài)。為了提高生產(chǎn)效率，快速運(yùn)行氣缸，氣缸行程臨近末端時(shí)，為了減小對(duì)氣缸和箕斗的沖擊，應(yīng)以較慢的速度運(yùn)行。

5.2 控制回路的選擇

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

(2)主井提升機(jī)箕斗卸載系統(tǒng)的雙作用氣缸水平推動(dòng)負(fù)載，因此選用排氣節(jié)流調(diào)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(duì)氣缸的工作要求，選用便于實(shí)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(dǎo)式雙電控電磁換向閥，為保證主閥正常工作，2 個(gè)電磁閥不能同時(shí)通電，且電路互鎖。

5.3 控制回路的設(shè)計(jì)實(shí)施

根據(jù)箕斗卸載系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)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(jìn)入氣缸左腔，使活塞桿伸出，卸載直軌處于垂直狀態(tài)；當(dāng)箕斗提升到箕斗卸載位置時(shí)，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(jìn)入氣缸右腔，使活塞桿收回 (調(diào)節(jié)節(jié)流閥F2和F4，獲得適當(dāng)?shù)男遁d速度)，當(dāng)活塞桿收回至指定位置時(shí)，接近開(kāi)關(guān)K1動(dòng)作，使得常開(kāi)電磁閥V2通電關(guān)閉，氣缸左腔的氣體只能通過(guò)節(jié)流閥F2排出，氣缸運(yùn)行速度很慢，直到行程結(jié)束；當(dāng)按下垂直按鈕時(shí)，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(jìn)入氣缸左腔，使活塞桿伸出 (調(diào)節(jié)節(jié)流閥F1和F3，獲得適當(dāng)?shù)纳斐鏊俣?，當(dāng)活塞桿伸出至指定位置時(shí)，接近開(kāi)關(guān)K2動(dòng)作，常開(kāi)電磁閥V3通電關(guān)閉，氣缸右腔的氣體只能通過(guò)節(jié)流閥F1排出，氣缸運(yùn)行速度緩慢，直到行程結(jié)束，卸載直軌回到起始垂直位置，完成了提升機(jī)箕斗的一個(gè)卸載周期。

圖6 卸載直軌氣壓控制回路

通過(guò)對(duì)箕斗卸載系統(tǒng)氣壓回路的設(shè)計(jì)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(jié)語(yǔ)

在雙作用氣缸的節(jié)流調(diào)速回路中，不管是進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速回路還是排氣節(jié)流調(diào)速回路，要想控制氣缸的變速運(yùn)動(dòng)，必須根據(jù)預(yù)期運(yùn)動(dòng)要求，在氣控支路加裝控制單元，設(shè)計(jì)出合理可行的控制回路，對(duì)氣缸的進(jìn)氣或者排氣進(jìn)行特殊控制，才能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)目的。