淺談全自動(dòng)廂式泥漿壓濾機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

樁基施工、地鐵隧道施工、鉆孔施工等過程都會(huì)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(shè)備成為了關(guān)鍵。其中,廂式泥漿壓濾機(jī)的優(yōu)勢(shì)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(shí)間約束。

廂式泥漿壓濾機(jī)的主要構(gòu)成部分包括電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)架,如圖1所示。在壓濾機(jī)中,機(jī)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(dòng)作:電氣控制部分主要通過電氣控制柜實(shí)施有效的操作控制。

1液壓系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

在廂式泥漿壓濾機(jī)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(jī)的松開與壓緊動(dòng)作。當(dāng)液壓系統(tǒng)處于壓緊狀況時(shí),各濾室進(jìn)入密封狀態(tài),對(duì)泥漿進(jìn)行過濾:待液壓系統(tǒng)處在松開狀況時(shí),需要卸壓卸料,使液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保壓、卸壓、補(bǔ)壓、松開及壓緊等操作。

1.1設(shè)計(jì)壓濾機(jī)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(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓緊與松開操作:（2）此液壓系統(tǒng)中有兩個(gè)液壓缸,單個(gè)液壓缸的行程平均為L(zhǎng)=850mm:（3）液壓缸的操作負(fù)荷為Fw=4.02×106N:（4）液壓缸從啟動(dòng)至完成加速后再完成減速的時(shí)間平均為1=0.03s:(5）液壓缸的快進(jìn)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(jī)液壓系統(tǒng)的負(fù)載工況

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

1.3壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)可以自動(dòng)完成松開、補(bǔ)壓、保壓、壓緊等動(dòng)作,系統(tǒng)在啟動(dòng)壓緊的同時(shí),液壓站油泵電機(jī)與三位四通的電液轉(zhuǎn)向閥得電,電動(dòng)機(jī)開始啟動(dòng),帶動(dòng)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(jìn)活塞桿超低壓腔前行,從而推進(jìn)啟動(dòng)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(dāng)壓力逐漸加大達(dá)到極限時(shí),電動(dòng)機(jī)就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng),以此為系統(tǒng)壓力提供保障:當(dāng)系統(tǒng)油壓逐漸下降至最低限,系統(tǒng)需要補(bǔ)壓,升到上限后通過系統(tǒng)進(jìn)行降壓。

當(dāng)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(dòng)機(jī)開始運(yùn)行,液壓缸退后,完成卸料。電磁球閥具有良好的密實(shí)性,可以保證無任何泄漏,還具有靈敏的動(dòng)作反應(yīng)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(fù)載大小及種類,初步明確工作壓力為25MPa。(2）計(jì)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(hào)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(chǔ)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(jì)算泵流量:將各工作階段液壓缸需要的流量值進(jìn)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(hào)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(jìn)行主要液壓閥型號(hào)的選擇,電磁球閥:數(shù)量為1個(gè),流量為24L/min,型號(hào)為315E24:液控單向閥:數(shù)量為1個(gè),流量120L/min,型號(hào)為wDJF-sB5-10B:電液換向閥:數(shù)量為1個(gè),流量100L/min,型號(hào)4wE6H61/Aw220Z5L:溢流閥:數(shù)量為2個(gè),流量120L/min,型號(hào)為YF-B20H2-s。

2電氣控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

為促進(jìn)壓濾機(jī)工作效率的全面提升,本文在進(jìn)行壓濾機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用型號(hào)為s7-200的西門子PLC與適當(dāng)型號(hào)的觸摸屏,依據(jù)壓濾機(jī)工作原理與技術(shù)過程,設(shè)計(jì)出軟硬件控制系統(tǒng)。在壓濾機(jī)具體工作中,僅需按下觸摸屏上的啟動(dòng)閥,控制系統(tǒng)即可自動(dòng)完成取板、卸荷、壓榨、進(jìn)料、保壓及壓緊等操作,同時(shí)還能對(duì)整體系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢測(cè),操作過程簡(jiǎn)單、安全可靠。

加強(qiáng)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(guān)限位、保護(hù)過載等。通過分析壓濾機(jī)的工作流程可知,系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)需完成閉合壓濾機(jī)、隔膜擠壓、壓濾、釋放壓力、開啟壓濾機(jī)等流程。

此設(shè)計(jì)采用觸摸屏,型號(hào)為西門子smart700IE。設(shè)計(jì)觸摸屏的軟件涵蓋設(shè)計(jì)界面與鏈接信息,而界面主要由主監(jiān)控界面與設(shè)計(jì)界面的運(yùn)行參數(shù)構(gòu)成。監(jiān)控主界面可以對(duì)壓濾機(jī)控制設(shè)施的工作情況進(jìn)行監(jiān)視,比如運(yùn)行時(shí)間、輔助油泵、備用油泵、主油泵、油缸壓力等開關(guān):在界面底端設(shè)置主要控制對(duì)象切換面的按鈕,以便于用戶隨時(shí)監(jiān)控每個(gè)重要的控制對(duì)象:此外,還進(jìn)行了報(bào)警畫面的設(shè)置。運(yùn)行參數(shù)界面主要設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù),設(shè)定入料的時(shí)間、清洗管路的時(shí)間、一次性擠壓時(shí)間等。

3結(jié)語

本文依據(jù)泥漿壓濾機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)要求,確定了其液壓系統(tǒng)參數(shù),選擇了各液壓元件型號(hào):電氣控制部分選擇西門子PLC與觸摸屏,實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓濾機(jī)的自動(dòng)控制,操作簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定。