淺談全自動廂式泥漿壓濾機控制系統(tǒng)設計

引言

樁基施工、地鐵隧道施工、鉆孔施工等過程都會產(chǎn)生大量泥漿,泥漿處理問題一直以來都是工程施工中的一大難題,選用合適的泥漿處理設備成為了關鍵。其中,廂式泥漿壓濾機的優(yōu)勢在于占地面積不大,并且能夠徹底分離固液,持續(xù)排渣,不受時間約束。

廂式泥漿壓濾機的主要構(gòu)成部分包括電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機架,如圖1所示。在壓濾機中,機架發(fā)揮支撐作用:液壓系統(tǒng)主要由液壓站為液壓缸的壓腔供油,完成一系列動作:電氣控制部分主要通過電氣控制柜實施有效的操作控制。

1液壓系統(tǒng)的具體設計

在廂式泥漿壓濾機的具體工作中,液壓系統(tǒng)主要通過油

泵、油缸及各種液壓器件來完成壓濾機的松開與壓緊動作。當液壓系統(tǒng)處于壓緊狀況時,各濾室進入密封狀態(tài),對泥漿進行過濾:待液壓系統(tǒng)處在松開狀況時,需要卸壓卸料,使液壓系統(tǒng)實現(xiàn)自動保壓、卸壓、補壓、松開及壓緊等操作。

1.1設計壓濾機液壓系統(tǒng)的基本要求

(1）液壓系統(tǒng)需要在PLC控制系統(tǒng)的作用下使主機自動實現(xiàn)壓緊與松開操作:（2）此液壓系統(tǒng)中有兩個液壓缸,單個液壓缸的行程平均為L=850mm:（3）液壓缸的操作負荷為Fw=4.02×106N:（4）液壓缸從啟動至完成加速后再完成減速的時間平均為1=0.03s:(5）液壓缸的快進與快退速度平均為v=1m/min:(6）在具體操作中,液壓缸的速度是v工=0.1m/min。1.2壓濾機液壓系統(tǒng)的負載工況

壓濾機液壓系統(tǒng)在遭受外界負載影響時,各工況液壓缸負載情況如表1所示。

1.3壓濾機液壓系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)可以自動完成松開、補壓、保壓、壓緊等動作,系統(tǒng)在啟動壓緊的同時,液壓站油泵電機與三位四通的電液轉(zhuǎn)向閥得電,電動機開始啟動,帶動油泵將液壓油提供給高壓腔油缸。高壓腔油壓逐漸增大,推進活塞桿超低壓腔前行,從而推進啟動壓緊板,使各濾板、隔膜板的間距縮小,讓泥漿脫水形成泥餅:當壓力逐漸加大達到極限時,電動機就會停止轉(zhuǎn)動,以此為系統(tǒng)壓力提供保障:當系統(tǒng)油壓逐漸下降至最低限,系統(tǒng)需要補壓,升到上限后通過系統(tǒng)進行降壓。

當完成泥漿過濾后,高壓卸荷閥開始逐漸卸荷,待降至一定的壓力值,電動機開始運行,液壓缸退后,完成卸料。電磁球閥具有良好的密實性,可以保證無任何泄漏,還具有靈敏的動作反應及較快的轉(zhuǎn)向速度。

1.4明確液壓元件參數(shù)

1.4.1明確液壓缸尺寸

(1）初步選擇液壓缸的工作壓力:結(jié)合考慮液壓系統(tǒng)負載大小及種類,初步明確工作壓力為25MPa。(2）計算液壓缸的內(nèi)層直徑和活塞桿外徑。考慮到此種液壓系統(tǒng)的加減速相等,取活塞桿的外徑為d=0.7D=0.7×0.32=0.224m。(3）綜合求出單一液壓缸最佳的工作面積:

1.4.2選擇液壓泵型號并明確其參數(shù)

(1）明確液壓泵的工作壓力:取其工作壓力損失P=0.5MPa,液壓泵的工作壓力為P泵=25+0.5=25.5MPa。在具體工況中,泵需要儲備一定的壓力,才能為其使用周期提供保障。通常泵限定壓力值為P泵≥1.2P泵～1.6P泵,本文取1.2系數(shù),所以泵限定壓力值為

(2）計算泵流量:將各工作階段液壓缸需要的流量值進行比較,各液壓缸元件所需的最大流量值為5gmax=82L/min。在此液壓系統(tǒng)中,泄漏系數(shù)取值為K泄=1.1,因而此種液壓泵流量為

(3）選擇液壓泵:通過泵限定壓力與最大流量值,采用63YCY14-1B型號的軸向柱塞泵,此種泵的公稱壓力為31.5MPa,理論排量為63mL/r,限定轉(zhuǎn)速為1500r/min。

1.4.3選擇液壓閥系統(tǒng)

依據(jù)其工作壓力與各液壓閥的具體流量,進行主要液壓閥型號的選擇,電磁球閥:數(shù)量為1個,流量為24L/min,型號為315E24:液控單向閥:數(shù)量為1個,流量120L/min,型號為wDJF-sB5-10B:電液換向閥:數(shù)量為1個,流量100L/min,型號4wE6H61/Aw220Z5L:溢流閥:數(shù)量為2個,流量120L/min,型號為YF-B20H2-s。

2電氣控制系統(tǒng)的具體設計

為促進壓濾機工作效率的全面提升,本文在進行壓濾機控制系統(tǒng)設計時使用型號為s7-200的西門子PLC與適當型號的觸摸屏,依據(jù)壓濾機工作原理與技術(shù)過程,設計出軟硬件控制系統(tǒng)。在壓濾機具體工作中,僅需按下觸摸屏上的啟動閥,控制系統(tǒng)即可自動完成取板、卸荷、壓榨、進料、保壓及壓緊等操作,同時還能對整體系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況進行檢測,操作過程簡單、安全可靠。

加強控制PLC輸入連接元件,主要內(nèi)容包括按鈕啟停、傳感器壓力、開關限位、保護過載等。通過分析壓濾機的工作流程可知,系統(tǒng)在自動運行時需完成閉合壓濾機、隔膜擠壓、壓濾、釋放壓力、開啟壓濾機等流程。

此設計采用觸摸屏,型號為西門子smart700IE。設計觸摸屏的軟件涵蓋設計界面與鏈接信息,而界面主要由主監(jiān)控界面與設計界面的運行參數(shù)構(gòu)成。監(jiān)控主界面可以對壓濾機控制設施的工作情況進行監(jiān)視,比如運行時間、輔助油泵、備用油泵、主油泵、油缸壓力等開關:在界面底端設置主要控制對象切換面的按鈕,以便于用戶隨時監(jiān)控每個重要的控制對象:此外,還進行了報警畫面的設置。運行參數(shù)界面主要設定系統(tǒng)運行參數(shù),設定入料的時間、清洗管路的時間、一次性擠壓時間等。

3結(jié)語

本文依據(jù)泥漿壓濾機控制系統(tǒng)的相關設計要求,確定了其液壓系統(tǒng)參數(shù),選擇了各液壓元件型號:電氣控制部分選擇西門子PLC與觸摸屏,實現(xiàn)了對壓濾機的自動控制,操作簡單,性能穩(wěn)定。