臥式高壓釜快開(kāi)裝置設(shè)計(jì)

高 翔，胡 進(jìn)，唐騰飛

武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢 430205

快開(kāi)裝置是一種用來(lái)輔助壓力容器端蓋開(kāi)閉的裝置，使壓力容器能夠更快實(shí)現(xiàn)端蓋的開(kāi)閉，小到日常生活中的壓力鍋，大到航天飛機(jī)的進(jìn)出口，都使用了各種不同形式的快開(kāi)裝置[1].快開(kāi)裝置結(jié)構(gòu)多樣、使用廣泛，而據(jù)國(guó)家安全監(jiān)察部門(mén)統(tǒng)計(jì)，由于快開(kāi)門(mén)式壓力容器的快開(kāi)裝置的不合理引發(fā)的安全事故占?jí)毫θ萜靼踩鹿士偭康?0%左右[2-4]，因此設(shè)計(jì)一種安全可靠的快開(kāi)裝置至關(guān)重要.

PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的一種控制設(shè)備，它強(qiáng)大的功能使得它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用.將PLC技術(shù)應(yīng)用于快開(kāi)裝置的設(shè)計(jì)中，能夠有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，還有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、占用體積小、設(shè)計(jì)使用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[5-6].

1 方案設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)快開(kāi)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(kāi)裝置開(kāi)啟之前壓力釋放速度快容易發(fā)生爆炸、壓緊式快開(kāi)裝置端蓋開(kāi)閉耗時(shí)太長(zhǎng)難以達(dá)到快開(kāi)效果、卡箍式快開(kāi)裝置安全聯(lián)鎖裝置可靠性較差、平移式快開(kāi)裝置占地面積較大[7-9]，本文對(duì)此加以改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種新型的快開(kāi)裝置，快開(kāi)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(kāi)裝置主要由移位組件和轉(zhuǎn)動(dòng)組件構(gòu)成.

圖1 快開(kāi)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(jì)與工作流程

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

圖2 快開(kāi)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(kāi)裝置的液壓系統(tǒng)原理圖，分析快開(kāi)裝置的工作流程如下：

(1)端蓋移位機(jī)構(gòu)右移.由于筒體右端安裝面上有十幾個(gè)緊固螺栓，有一定的長(zhǎng)度，端蓋必須沿軸線右移位后才能轉(zhuǎn)動(dòng).按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，變量柱塞泵開(kāi)始供油，移位電磁閥YA2得電實(shí)現(xiàn)端蓋移位機(jī)構(gòu)右移.此時(shí)如果端蓋卡緊，還可以手動(dòng)操作使定位電磁閥YA5得電輔助頂開(kāi)端蓋，點(diǎn)動(dòng)結(jié)束后電磁閥失電處于中位，定位油缸活塞處于浮動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)端蓋閉合時(shí)帶動(dòng)活塞桿回位.

(2)端蓋打開(kāi).移位機(jī)構(gòu)右移移位油缸活塞撞到行程開(kāi)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(guò)移位電磁閥再通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥向轉(zhuǎn)動(dòng)油缸供油，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥YA3得電實(shí)現(xiàn)端蓋打開(kāi).

(3)放入物料.轉(zhuǎn)動(dòng)油缸活塞撞到行程開(kāi)關(guān)3后，時(shí)間繼電器得電延時(shí)一段時(shí)間，此時(shí)間即為放入物料時(shí)間，可以根據(jù)實(shí)際設(shè)置.

(4)端蓋關(guān)閉.延時(shí)時(shí)間到，轉(zhuǎn)動(dòng)電磁閥YA4得電實(shí)現(xiàn)端蓋閉合.

(5)移位機(jī)構(gòu)回位.端蓋閉合時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)油缸活塞撞到行程開(kāi)關(guān)4，移位電磁閥YA1得電使快移位裝置回位.

(6)停止.當(dāng)移位油缸活塞撞到行程開(kāi)關(guān)1時(shí)，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，系統(tǒng)回復(fù)到初始狀態(tài)，為下次啟動(dòng)作準(zhǔn)備.

3 快開(kāi)裝置PLC I/O口分配

臥式高壓釜快開(kāi)裝置電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，能夠有效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，當(dāng)意外發(fā)生時(shí)也能保證操作人員的生命安全.整個(gè)系統(tǒng)有8個(gè)輸入信號(hào)，7個(gè)輸出信號(hào)，三菱公司小型PLC FX2N-32MR能夠滿(mǎn)足此次設(shè)計(jì)要求，并且留有足夠輸入輸出端口以便后續(xù)功能開(kāi)發(fā)[10].根據(jù)快開(kāi)裝置動(dòng)作流程進(jìn)行I/O口分配，如圖3所示.

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

4 程序的編寫(xiě)與運(yùn)行

分析快開(kāi)裝置的動(dòng)作流程，并對(duì)照接線圖編寫(xiě)程序，將梯形圖寫(xiě)入三菱編程軟件GX-developer中，如圖4所示.

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

程序?qū)懭胪瓿珊螅M程序的運(yùn)行，程序邏輯測(cè)試界面如圖5所示，圖5中黑色光標(biāo)代表該元件是“ON”狀態(tài)，使用軟元件測(cè)試功能，還可以人為地控制輸入“ON”或“OFF”來(lái)模擬行程開(kāi)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(shí)現(xiàn)所要求的控制功能.

圖5 邏輯測(cè)試界面Fig.5 The logical test interface

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

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)快開(kāi)裝置設(shè)計(jì)了一種新型的快開(kāi)裝置，采用液壓傳動(dòng)以保證快開(kāi)裝置端蓋能夠安全高效的開(kāi)閉，將PLC技術(shù)應(yīng)用于快開(kāi)裝置電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中，并且使用PLC編程和仿真軟件GX-Developer進(jìn)行控制系統(tǒng)的仿真和調(diào)試，大大地縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率.此次設(shè)計(jì)的快開(kāi)裝置在安全性和自動(dòng)化程度方面都有了很大的提高，能夠有效的避免由于快開(kāi)裝置設(shè)計(jì)的不合理而引發(fā)的安全事故，能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求，可為相關(guān)設(shè)計(jì)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(duì)本研究的支持.

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