睛綸壓濾機液壓系統的技術改造與可靠性研究

2022/06/13 Category.prescription 524

introductory

大慶石化總廠睛綸廠的filter press它主要作用是將聚合車間的臘綸原液輸出，通過壓濾機保壓和過濾，濾去不合要求的顆粒與化工殘渣，從而進入紡絲車間抽絲,完成生產線的任務。從原設備的生產情況看，壓濾機控制技術為手動操作，由于機械保壓中存在螺紋間隙，液壓保壓系統設計不合理，所以經常會出現原料介質從板框與濾布間隙處外泄，每年因此損失原料上萬元。睛綸原料具有腐蝕性，對環境、操作工人身體健康和生產設備造成了嚴重的不良影響。為此，我們與燕山大學流體傳動及控制研究所合作，共同完成了“板框壓濾機液壓系統改造與可靠性技術研究”課題。達到了預期的效果。

1壓濾機液壓系統改造前存在的缺點

原液壓系統的原理圖如圖1所示，該液壓系統在設計上存在著以下幾點缺點：

(1)該液壓系統實現保壓主要靠手動換向閥的“0”型機能來封閉油缸兩腔中的油液,從而達到鎖定活塞。而“0”型機能的換向閥的閥芯是滑閥結構的、加工精度不高和使用后閥芯磨損因素的影響，對油液的封閉能力不高,特別是在壓力較高的情況下，高低壓腔的油液將始終作用在閥芯上，由于壓差的作用下，將推動滑閥閥芯向低壓腔移動，形成差壓運動,必將進一步增大了油液的內泄漏，從而也大大降低了換向閥“0”型機能的保壓能力，保壓效果很差。

睛綸壓濾機液壓系統的技術改造與可靠性研究-板框廂式隔膜壓濾機

圖1原壓濾機液壓系統原理圖

1.油鈕2.手動換向閥3.溢流閥4.液壓泵

(2)手動換向閥的使用無法實現該設備的工業自動化。原液壓系統沒有通訊的功能,使整條生產線形成不連續、不可觀、不可控，由于無辦法監測系統狀態，如果該部分發生故障，將導致重大的經濟損失。

(3)原液壓系統功率消耗大，浪費能源多，不利于節能。當系統處于用泵供油保壓狀態下，必將引起了RQ(0為液壓泵的輸出流量)的功率損失，系統油溫的劇增，發熱大,對液壓元件和整個系統的性能和壽命帶來不利的影響，無法達到最佳的匹配。

(4)原Plate and frame filter presses液壓系統抗污染能力低。原液壓系統中未設置系統油液的過濾器，而現場工況又是多灰塵以及臘綸原液，極易進入液壓管道，而污染油液，因此，經常岀現整個系統及個別的液壓缸無法正常工作。原系統的連接管道懸吊在半空中，造成整個系統泄漏點多、振動大、噪聲大，產生管線破裂和泄漏事故多，故障率高，系統工作不穩定，修復困難。在換向時的液壓沖擊作用下，壓力表全部損壞，壓力顯示不正確，也進一步降低了液壓系統的定位精度，造成壓濾機各濾板之間的松動而漏膠。

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2壓濾機液壓系統的工業自動化改造

我們對該生產線進行了系統技術裝備改造，運用液壓集成技術、可編程控制器、容錯技術，并運用可靠性設計、節能設計等現代設計方法，采用液壓技術與電氣技術相結合的策略，完成實現壓濾機的自動化實時監測和保壓，以適合臘綸廠生產指標，適應現代化大生產的要求，從而實現自動化控制。

在改造中，將原來的液壓站和液壓控制三位四通閥及管線全部更換。采用壓力繼電器檢測壓濾機液壓確的壓力，通過PLC控制液壓泵的啟停，釆用液控單向閥(液壓鎖),使壓力保持在設定的范圍內，通過操作盒來控制壓濾機的鎖緊、加壓、自動高壓停止、保壓和泄壓。通過切換實現手動操作:可以按照原操作方法手動控制壓緊缸的壓緊、松開和鎖定。各鍵之間相互鎖定,只能進行一種操作。自動工作狀態:無論哪臺壓濾機的液壓缸的壓緊力低于設定值，系統都能自動地進行液壓缸的壓緊和鎖定動作，在所有壓力繼電器停止發訊5秒鐘后，泵站停機。否則，泵站啟動供壓力油，可以較好地節能和避免頻繁啟動。系統狀態監控:可以實現油液污染報警、停車;壓力超范圍報警、停車;油箱液位超高，過低報警、停車。

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圖2改造后的壓濾機液壓系統原理圖

1~10.壓力繼電器11-20.電磁換向閥21.主壓力繼電器22,安全閥23.調壓閥24.液壓泵25.液位計26.溫度計27.濾油器28.液壓鎖29.油缸

改造后的壓濾機液壓系統原理圖如圖2所示。改造后的新液壓系統具有以下特點：

本壓濾機是多執行器液壓系統，即在本系統中同時由一臺液壓泵供應10個油缸動作，因此要求各執行器按一定規則動作時,而不得產生相互干擾，在動作轉換時不得產生液壓沖擊，操作可靠安全。

改造后的液壓系統鎖定保壓功能強大。采用“Y”型機能的換向閥加上液壓鎖，確保了油缸的定位及嚴格鎖定,另外液壓鎖的泄露量特別小，可以保證系統壓力的衰減率很小，因此無需系統頻繁補油，較原系統節能。避免壓力波動、壓力干涉和壓力沖擊,保護液壓元件和系統平穩工作。

改造后的控制系統的通訊方式靈活。運用液壓技術與電氣技術(PLC)相結合實現了工業自動化。利用PLC的優點同電磁換向閥、壓力繼電器，可以很好的實現油缸低壓啟動電機進行補油，以及液壓系統在保壓狀態下自動卸荷。另外我們分別編好了系統自動、手動運作PLC程序，壓力超調報警程序，油液污染報警程序，這樣可以自由地實現自動和非自動兩狀態切換。

節能設計。當系統壓力超過設定值(由壓力繼電器21設定)和油缸的壓力(壓力繼電器1~10設定)不低于設定值時，系統泄載，延遲4秒后自動停泵，起到了安全保護與節約能源的作用。

改造后的壓濾機泵站，采用雙層結構,將管道藏于夾層中，表面無管道聯結，使泵站簡潔，減少污染，保證整個臘綸生產裝置的前后處理部分物料平衡，達到平穩可靠生產，非常適合工廠使用。

3板框壓濾機液壓系統的可靠性研究

3.1板框壓濾機液壓系統的可靠性設計

可靠設計首先明確產品的可靠性要求。可靠性目標應包括功能、能源消耗、動力性能、可靠性指標以及安全性維修性等。

對于連續使用的可修復的生產設備，進行預防維修，常用的指標是:可靠度、有效度、平均無故障工作時間、平均修復時間。對于不可修復的電子元器件則是用到耗損期，常用的指標是:失效率、平均壽命。

對于液壓泵用的柱塞泵，平均無故障工作限度是1000-5000h,按照可靠度分類等級及應用情況，對于重要的情況,失效將引起大的損失，可靠＞0.999,等級為3。

初步設計階段，應分析類似產品在過去故障情況、原因，該故障對系統的影響，故障發生的概率等，并通過零部件的概略計算，參考各種設計情況進行初步的可靠性預計,當產品是由若干子系統或零部件組成時，應進一步將可靠性指標的目標值分配給各組成部分，即進行可靠性分配。適應產品構成部分的各種差異，可采取不同的可靠性設計方式。

3.1.1預防故障設計

預防故障設計是由經驗累積形成的設計方式，一般按下述原則進行設計：

采用成熟的經驗或經分析試驗驗證的方案；

結構簡單，零部件數量少；

多用標準化、通用化零部件；

重視維修性，便于檢修、拆換；

重視關鍵零件可靠性和材料選擇；

充分運用故障分析的成果，盡早改進。采用卡套聯接，可以方便地拆換;對碳鋼管線內壁采用噴砂除銹處理;對油泵進行預防性維修。

3.1.2概率設計

概率設計將所設計零件的失效概率限制在允許的很小值。失效率X=0.01,以滿足可靠性定量的要求。

3.1.3貯備設計

貯備設計是對完成規定功能設置重復的結構。由于供紡系統很重要，兩臺濾機保證一條供給線的連續正常使用，因而液壓系統相應的為冷貯備系統。

3.1.4耐環境設計

環境中有臘綸原液舊的溶劑硫気酸鈉的蒸汽，它對碳鋼具有強烈的腐蝕作用，因此碳鋼管線要采用環氧媒瀝青進行防腐，操作盒進行密閉設計。

3.1.5安全設計

安全設計是針對失效后造成身傷亡或引起重大經濟損失的情況,以保證一定的安全水平。故障安全設計，當萬一發生故障則裝置自動趨于安全，停電時全部停止動作，液壓鎖工作，保持壓緊力。防誤操作設計，是設計不會發生誤操作的構造。各按鍵之間為互鎖，當一個動作時其它鍵失靈，并且有相應的指示燈亮。為了避免螺母鎖緊時松開活動壓頭，只有先按下手動按鈕后，松開螺母，再按松開按鈕，設備才動作，在操作盒上加一個護罩，避免不熟悉操作的人員因為誤動作而造成設備損壞。

設備進行安全設計：

釆用大油箱:冷卻效果好，不需單設油溫冷卻器；可以保持足夠的液位，保持液壓泵工作正常，長期自動運行。液壓泵壓力表釆用硅油介質充滿，保護壓力表。避免壓力波動大而損壞表針。

在整個管路系統中，采用安全閥進行油壓過載保護。一般為油壓泵出口壓力加2MPa_o設定自動保壓為18MPa,則安全閥在20MPa起跳。液壓油經回流線流回到油箱。

3.1.6維修性設計

維修性設計是在設計階段就考慮維護修理的方便，以便發生故障后能迅速修復而達到提高有效度的目的。主要是做到：(1)檢測方便,縮短故障的診斷定位時間；在液壓站上設置了一個液壓系統的監視控制臺。(2)裝拆方便,便于維修操作，縮短排出故障的時間;液壓管道全部采用螺紋卡套聯接，可以方便拆卸,進行預制和更換。(3)維修所需設備、工具、技術簡單,只要有備件，維修人員只用常用工具就可以更換和維修。

3.1.7人一機工程設計

人一機工程設計是在設計階段為避免人的差錯，發揮人和機各自的特點，以提高產品使用可靠度。主要是做到：(1)指示系統可靠，不僅顯示燈可靠，而且顯示方式，顯示燈對應配置等都使人易于無誤地接受；(2)控制、操作系統適于人的使用習慣,便于識別操作，不易出錯，與安全有關的應有防誤措施；(3)操作環境盡量適于人的工作需要考慮引起疲勞，干擾操作的因素：主要有溫度光線、色彩、噪聲、振動、空間等。

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