浅谈全自动厢式泥浆压滤机控制系统设计

引言

桩基施工、地铁隧道施工、钻孔施工等过程都会产生大量泥浆,泥浆处理问题一直以来都是工程施工中的一大难题,选用合适的泥浆处理设备成为了关键。其中,厢式泥浆压滤机的优势在于占地面积不大,并且能够彻底分离固液,持续排渣,不受时间约束。

厢式泥浆压滤机的主要构成部分包括电气控制系统、液压系统、机架,如图1所示。在压滤机中,机架发挥支撑作用:液压系统主要由液压站为液压缸的压腔供油,完成一系列动作:电气控制部分主要通过电气控制柜实施有效的操作控制。

1液压系统的具体设计

在厢式泥浆压滤机的具体工作中,液压系统主要通过油

泵、油缸及各种液压器件来完成压滤机的松开与压紧动作。当液压系统处于压紧状况时,各滤室进入密封状态,对泥浆进行过滤:待液压系统处在松开状况时,需要卸压卸料,使液压系统实现自动保压、卸压、补压、松开及压紧等操作。

1.1设计压滤机液压系统的基本要求

(1）液压系统需要在PLC控制系统的作用下使主机自动实现压紧与松开操作:（2）此液压系统中有两个液压缸,单个液压缸的行程平均为L=850mm:（3）液压缸的操作负荷为Fw=4.02×106N:（4）液压缸从启动至完成加速后再完成减速的时间平均为1=0.03s:(5）液压缸的快进与快退速度平均为v=1m/min:(6）在具体操作中,液压缸的速度是v工=0.1m/min。1.2压滤机液压系统的负载工况

压滤机液压系统在遭受外界负载影响时,各工况液压缸负载情况如表1所示。

1.3压滤机液压系统工作原理

液压系统可以自动完成松开、补压、保压、压紧等动作,系统在启动压紧的同时,液压站油泵电机与三位四通的电液转向阀得电,电动机开始启动,带动油泵将液压油提供给高压腔油缸。高压腔油压逐渐增大,推进活塞杆超低压腔前行,从而推进启动压紧板,使各滤板、隔膜板的间距缩小,让泥浆脱水形成泥饼:当压力逐渐加大达到极限时,电动机就会停止转动,以此为系统压力提供保障:当系统油压逐渐下降至最低限,系统需要补压,升到上限后通过系统进行降压。

当完成泥浆过滤后,高压卸荷阀开始逐渐卸荷,待降至一定的压力值,电动机开始运行,液压缸退后,完成卸料。电磁球阀具有良好的密实性,可以保证无任何泄漏,还具有灵敏的动作反应及较快的转向速度。

1.4明确液压元件参数

1.4.1明确液压缸尺寸

(1）初步选择液压缸的工作压力:结合考虑液压系统负载大小及种类,初步明确工作压力为25MPa。(2）计算液压缸的内层直径和活塞杆外径。考虑到此种液压系统的加减速相等,取活塞杆的外径为d=0.7D=0.7×0.32=0.224m。(3）综合求出单一液压缸最佳的工作面积:

1.4.2选择液压泵型号并明确其参数

(1）明确液压泵的工作压力:取其工作压力损失P=0.5MPa,液压泵的工作压力为P泵=25+0.5=25.5MPa。在具体工况中,泵需要储备一定的压力,才能为其使用周期提供保障。通常泵限定压力值为P泵≥1.2P泵～1.6P泵,本文取1.2系数,所以泵限定压力值为

(2）计算泵流量:将各工作阶段液压缸需要的流量值进行比较,各液压缸元件所需的最大流量值为5gmax=82L/min。在此液压系统中,泄漏系数取值为K泄=1.1,因而此种液压泵流量为

(3）选择液压泵:通过泵限定压力与最大流量值,采用63YCY14-1B型号的轴向柱塞泵,此种泵的公称压力为31.5MPa,理论排量为63mL/r,限定转速为1500r/min。

1.4.3选择液压阀系统

依据其工作压力与各液压阀的具体流量,进行主要液压阀型号的选择,电磁球阀:数量为1个,流量为24L/min,型号为315E24:液控单向阀:数量为1个,流量120L/min,型号为wDJF-sB5-10B:电液换向阀:数量为1个,流量100L/min,型号4wE6H61/Aw220Z5L:溢流阀:数量为2个,流量120L/min,型号为YF-B20H2-s。

2电气控制系统的具体设计

为促进压滤机工作效率的全面提升,本文在进行压滤机控制系统设计时使用型号为s7-200的西门子PLC与适当型号的触摸屏,依据压滤机工作原理与技术过程,设计出软硬件控制系统。在压滤机具体工作中,仅需按下触摸屏上的启动阀,控制系统即可自动完成取板、卸荷、压榨、进料、保压及压紧等操作,同时还能对整体系统的运转情况进行检测,操作过程简单、安全可靠。

加强控制PLC输入连接元件,主要内容包括按钮启停、传感器压力、开关限位、保护过载等。通过分析压滤机的工作流程可知,系统在自动运行时需完成闭合压滤机、隔膜挤压、压滤、释放压力、开启压滤机等流程。

此设计采用触摸屏,型号为西门子smart700IE。设计触摸屏的软件涵盖设计界面与链接信息,而界面主要由主监控界面与设计界面的运行参数构成。监控主界面可以对压滤机控制设施的工作情况进行监视,比如运行时间、辅助油泵、备用油泵、主油泵、油缸压力等开关:在界面底端设置主要控制对象切换面的按钮,以便于用户随时监控每个重要的控制对象:此外,还进行了报警画面的设置。运行参数界面主要设定系统运行参数,设定入料的时间、清洗管路的时间、一次性挤压时间等。

3结语

本文依据泥浆压滤机控制系统的相关设计要求,确定了其液压系统参数,选择了各液压元件型号:电气控制部分选择西门子PLC与触摸屏,实现了对压滤机的自动控制,操作简单,性能稳定。