淺析如何改進鍋爐水蒸汽流量計并大幅度提升其效率
摘要：鍋爐水蒸汽流量計是超深超大礦井提升系統不可或缺的裝備。 針對鍋爐水蒸汽流量計存在的效率低、能耗大及液壓元件選型不合理等問題進行改進設計。 改進后的液壓系統可實現工作效率高、節能降耗，能夠保證鍋爐水蒸汽流量計安全高效工作，進而保證超深超大礦井整個提升系統安全運行，具有良好的經濟效益。
引言
近年，隨著特大型礦井建設，現已出現超深井、超大噸位載荷工況。 目前 2 km 以下的深豎井大噸位高速提升技術也已列入**科技部重點研究計劃。 在超深超大礦井提升過程中，罐籠的穩定性起著舉足輕重的作用，因此鍋爐水蒸汽流量計在超深超大礦井提升系統中尤為重要。 對鍋爐水蒸汽流量計而言，其液壓系統是否穩定可靠對整個裝置的可靠運行起著決定性作用，穩定良好的液壓系統能夠保證鍋爐水蒸汽流量計良好工作，進而保證整個提升系統工作高效安全。 本文從設計角度出發，通過對其液壓系統進行改進，旨在設計出一套更加穩定可靠的鍋爐水蒸汽流量計。
1 原液壓系統所存在問題的分析
鍋爐水蒸汽流量計原液壓系統圖如圖 1 所示。 通過分析圖 1 發現，原液壓系統中剪叉油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組并聯安裝，并均由齒輪泵供油，該系統設計簡單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機發熱大，主要存在的問題：
（1）工作周期長、效率低。 原鍋爐水蒸汽流量計中，齒輪泵同時對 3 組共 6 個油缸進行供油，整個工作時間較長，另外電動機帶動齒輪泵長時間供油，造成系統發熱嚴重，故障率高，液壓系統壽命較短；
（2）由于升降油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，所需油壓也不同，原液壓系統中齒輪泵統一供油，整個工作過程中系統功率消耗大，不夠節能，工作電機始終帶載運行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對整個提升系統及液壓系統的性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓系統中無減振緩沖裝置，在回程工作過程中沖擊較大，瞬間卸荷時造成很大沖擊，對系統破壞性很大，很容易造成系統泄漏，對密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓系統中選用 O型機能換向閥來實現在其行程的任意位置處對油缸組鎖緊，由于滑閥式換向閥的泄漏現象不可避免，僅適用于時間短且要求不高的回路，此鎖緊方式可靠性差。 另外本裝置安裝于惡劣的礦山環境下，由于缺乏回油過濾器，惡劣的礦山環境將會對系統油液嚴重污染，加重系統泄漏進而失去保壓功能。
2 鍋爐水蒸汽流量計改進設計
根據鍋爐水蒸汽流量計在整個提升系統中的實際工況，對該裝置的液壓系統進行技術改進，運用液壓集成技術，現代節能理念，采用機電液一體化思路，改進設計出的新型液壓系統如圖 2 所示。
改進后液壓系統工作原理：通過溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力，通過疊加溢流閥來調整托爪和鎖爪工況所需壓力。 剪叉平臺上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸出）時 0DT 先得電，當剪叉油缸到位后 0DT 失電，大泵供油無壓流回油箱。 通過電磁換向閥 17（1DT 和 2DT 的得失電）來控制剪叉油缸的伸出或縮回，通過電磁換向閥 18（3DT 和4DT 的得失電）來控制托爪和鎖爪的伸出和縮回。改進后液壓系統的電磁鐵動作順序如表 1 所示。
改進后的液壓系統的優點：
（1）采用雙聯高壓齒輪泵實現系統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實際工作時，0DT 先得電，當泵的壓力達到電磁溢流閥所設定的壓力后 0DT 失 電。其后續的工況由小泵進行供油，大泵所供的油則無壓流回油箱，實際工況下小泵持續供油，大泵補油，從而大大減少系統發熱量及故障率，提高了整個液壓系統的使用壽命；
（2）剪叉（升降）油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，其所需油壓也不同，改進后的系統對托爪和鎖爪油缸組均配置了疊加式溢流閥，可根據實際工況調整其所需油壓， 增加整個系統靈活性的同時也大大降低整個系統功耗，體現了節能性設計；
（3）在剪叉（升降）油缸的有桿腔回路中配置平衡閥，有桿腔回油時可通過平衡閥調節其油壓，能夠使整個平臺下降過程更加平穩， 避免了由于瞬間卸荷所產生的巨大沖擊， 使整個系統運行更加穩定可靠，液壓元件匹配更加合理；
（4）系統保壓更可靠。 改進后的系統采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式雙液控單向閥，使系統泄露大大降低，確保了油缸組的保壓功能。單向閥超低的泄漏量也可以大大降低整個系統壓力的衰減率，從而使系統保壓穩定，裝置運行可靠。
3 結語
對鍋爐水蒸汽流量計的重要意義進行了闡述，在對其液壓系統的設計缺陷及存在重大問題進行分析的基礎上，對罐籠裝置的液壓系統進行了改進設計，提高了產品安全性并降低了能耗。 實踐證明該液壓系統能更好地保證鍋爐水蒸汽流量計可靠運行，能夠保證整個提升系統良好工作。 現場使用情況表明：該系統實用性強、穩定可靠。 該系統的研發提高了鍋爐水蒸汽流量計的自動化水平，具有良好的經濟效益。
引言
近年，隨著特大型礦井建設，現已出現超深井、超大噸位載荷工況。 目前 2 km 以下的深豎井大噸位高速提升技術也已列入**科技部重點研究計劃。 在超深超大礦井提升過程中，罐籠的穩定性起著舉足輕重的作用，因此鍋爐水蒸汽流量計在超深超大礦井提升系統中尤為重要。 對鍋爐水蒸汽流量計而言，其液壓系統是否穩定可靠對整個裝置的可靠運行起著決定性作用，穩定良好的液壓系統能夠保證鍋爐水蒸汽流量計良好工作，進而保證整個提升系統工作高效安全。 本文從設計角度出發，通過對其液壓系統進行改進，旨在設計出一套更加穩定可靠的鍋爐水蒸汽流量計。
1 原液壓系統所存在問題的分析
鍋爐水蒸汽流量計原液壓系統圖如圖 1 所示。 通過分析圖 1 發現，原液壓系統中剪叉油缸組、托爪油缸組及鎖爪油缸組并聯安裝，并均由齒輪泵供油，該系統設計簡單，液壓元件選擇不夠合理，工作效率低，電機發熱大，主要存在的問題：
（1）工作周期長、效率低。 原鍋爐水蒸汽流量計中，齒輪泵同時對 3 組共 6 個油缸進行供油，整個工作時間較長，另外電動機帶動齒輪泵長時間供油，造成系統發熱嚴重，故障率高，液壓系統壽命較短；
（2）由于升降油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，所需油壓也不同，原液壓系統中齒輪泵統一供油，整個工作過程中系統功率消耗大，不夠節能，工作電機始終帶載運行，不僅功率損耗大，而且易引起油溫急劇增加，對整個提升系統及液壓系統的性能和壽命造成惡劣影響；
（3）原液壓系統中無減振緩沖裝置，在回程工作過程中沖擊較大，瞬間卸荷時造成很大沖擊，對系統破壞性很大，很容易造成系統泄漏，對密封件要求很高，匹配不合理；
（4）液壓元件選型不合理。原液壓系統中選用 O型機能換向閥來實現在其行程的任意位置處對油缸組鎖緊，由于滑閥式換向閥的泄漏現象不可避免，僅適用于時間短且要求不高的回路，此鎖緊方式可靠性差。 另外本裝置安裝于惡劣的礦山環境下，由于缺乏回油過濾器，惡劣的礦山環境將會對系統油液嚴重污染，加重系統泄漏進而失去保壓功能。
2 鍋爐水蒸汽流量計改進設計
根據鍋爐水蒸汽流量計在整個提升系統中的實際工況，對該裝置的液壓系統進行技術改進，運用液壓集成技術，現代節能理念，采用機電液一體化思路，改進設計出的新型液壓系統如圖 2 所示。
改進后液壓系統工作原理：通過溢流閥調整剪叉油缸工況所需壓力，通過疊加溢流閥來調整托爪和鎖爪工況所需壓力。 剪叉平臺上升（剪叉油缸縮回）或下降（剪叉油缸伸出）時 0DT 先得電，當剪叉油缸到位后 0DT 失電，大泵供油無壓流回油箱。 通過電磁換向閥 17（1DT 和 2DT 的得失電）來控制剪叉油缸的伸出或縮回，通過電磁換向閥 18（3DT 和4DT 的得失電）來控制托爪和鎖爪的伸出和縮回。改進后液壓系統的電磁鐵動作順序如表 1 所示。
改進后的液壓系統的優點：
（1）采用雙聯高壓齒輪泵實現系統節能設計。大泵側設置電磁溢流閥，實際工作時，0DT 先得電，當泵的壓力達到電磁溢流閥所設定的壓力后 0DT 失 電。其后續的工況由小泵進行供油，大泵所供的油則無壓流回油箱，實際工況下小泵持續供油，大泵補油，從而大大減少系統發熱量及故障率，提高了整個液壓系統的使用壽命；
（2）剪叉（升降）油缸和托、鎖爪油缸的工況不同，其所需油壓也不同，改進后的系統對托爪和鎖爪油缸組均配置了疊加式溢流閥，可根據實際工況調整其所需油壓， 增加整個系統靈活性的同時也大大降低整個系統功耗，體現了節能性設計；
（3）在剪叉（升降）油缸的有桿腔回路中配置平衡閥，有桿腔回油時可通過平衡閥調節其油壓，能夠使整個平臺下降過程更加平穩， 避免了由于瞬間卸荷所產生的巨大沖擊， 使整個系統運行更加穩定可靠，液壓元件匹配更加合理；
（4）系統保壓更可靠。 改進后的系統采用 Y 型電磁換向閥配合疊加式雙液控單向閥，使系統泄露大大降低，確保了油缸組的保壓功能。單向閥超低的泄漏量也可以大大降低整個系統壓力的衰減率，從而使系統保壓穩定，裝置運行可靠。
3 結語
對鍋爐水蒸汽流量計的重要意義進行了闡述，在對其液壓系統的設計缺陷及存在重大問題進行分析的基礎上，對罐籠裝置的液壓系統進行了改進設計，提高了產品安全性并降低了能耗。 實踐證明該液壓系統能更好地保證鍋爐水蒸汽流量計可靠運行，能夠保證整個提升系統良好工作。 現場使用情況表明：該系統實用性強、穩定可靠。 該系統的研發提高了鍋爐水蒸汽流量計的自動化水平，具有良好的經濟效益。