introductory

大慶石化總廠睛綸廠的filter press它主要作用是將聚合車(chē)間的臘綸原液輸出，通過(guò)壓濾機(jī)保壓和過(guò)濾，濾去不合要求的顆粒與化工殘?jiān)瑥亩M(jìn)入紡絲車(chē)間抽絲,完成生產(chǎn)線的任務(wù)。從原設(shè)備的生產(chǎn)情況看，壓濾機(jī)控制技術(shù)為手動(dòng)操作，由于機(jī)械保壓中存在螺紋間隙，液壓保壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)原料介質(zhì)從板框與濾布間隙處外泄，每年因此損失原料上萬(wàn)元。睛綸原料具有腐蝕性，對(duì)環(huán)境、操作工人身體健康和生產(chǎn)設(shè)備造成了嚴(yán)重的不良影響。為此，我們與燕山大學(xué)流體傳動(dòng)及控制研究所合作，共同完成了“板框壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)改造與可靠性技術(shù)研究”課題。達(dá)到了預(yù)期的效果。

1壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)改造前存在的缺點(diǎn)

原液壓系統(tǒng)的原理圖如圖1所示，該液壓系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在著以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)：

(1)該液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保壓主要靠手動(dòng)換向閥的“0”型機(jī)能來(lái)封閉油缸兩腔中的油液,從而達(dá)到鎖定活塞。而“0”型機(jī)能的換向閥的閥芯是滑閥結(jié)構(gòu)的、加工精度不高和使用后閥芯磨損因素的影響，對(duì)油液的封閉能力不高,特別是在壓力較高的情況下，高低壓腔的油液將始終作用在閥芯上，由于壓差的作用下，將推動(dòng)滑閥閥芯向低壓腔移動(dòng)，形成差壓運(yùn)動(dòng),必將進(jìn)一步增大了油液的內(nèi)泄漏，從而也大大降低了換向閥“0”型機(jī)能的保壓能力，保壓效果很差。

圖1原壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

1.油鈕2.手動(dòng)換向閥3.溢流閥4.液壓泵

(2)手動(dòng)換向閥的使用無(wú)法實(shí)現(xiàn)該設(shè)備的工業(yè)自動(dòng)化。原液壓系統(tǒng)沒(méi)有通訊的功能,使整條生產(chǎn)線形成不連續(xù)、不可觀、不可控，由于無(wú)辦法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，如果該部分發(fā)生故障，將導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。

(3)原液壓系統(tǒng)功率消耗大，浪費(fèi)能源多，不利于節(jié)能。當(dāng)系統(tǒng)處于用泵供油保壓狀態(tài)下，必將引起了RQ(0為液壓泵的輸出流量)的功率損失，系統(tǒng)油溫的劇增，發(fā)熱大,對(duì)液壓元件和整個(gè)系統(tǒng)的性能和壽命帶來(lái)不利的影響，無(wú)法達(dá)到最佳的匹配。

(4)原Plate and frame filter presses液壓系統(tǒng)抗污染能力低。原液壓系統(tǒng)中未設(shè)置系統(tǒng)油液的過(guò)濾器，而現(xiàn)場(chǎng)工況又是多灰塵以及臘綸原液，極易進(jìn)入液壓管道，而污染油液，因此，經(jīng)常岀現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)及個(gè)別的液壓缸無(wú)法正常工作。原系統(tǒng)的連接管道懸吊在半空中，造成整個(gè)系統(tǒng)泄漏點(diǎn)多、振動(dòng)大、噪聲大，產(chǎn)生管線破裂和泄漏事故多，故障率高，系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，修復(fù)困難。在換向時(shí)的液壓沖擊作用下，壓力表全部損壞，壓力顯示不正確，也進(jìn)一步降低了液壓系統(tǒng)的定位精度，造成壓濾機(jī)各濾板之間的松動(dòng)而漏膠。

2壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化改造

我們對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行了系統(tǒng)技術(shù)裝備改造，運(yùn)用液壓集成技術(shù)、可編程控制器、容錯(cuò)技術(shù)，并運(yùn)用可靠性設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，采用液壓技術(shù)與電氣技術(shù)相結(jié)合的策略，完成實(shí)現(xiàn)壓濾機(jī)的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和保壓，以適合臘綸廠生產(chǎn)指標(biāo)，適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的要求，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

在改造中，將原來(lái)的液壓站和液壓控制三位四通閥及管線全部更換。采用壓力繼電器檢測(cè)壓濾機(jī)液壓確的壓力，通過(guò)PLC控制液壓泵的啟停，釆用液控單向閥(液壓鎖),使壓力保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，通過(guò)操作盒來(lái)控制壓濾機(jī)的鎖緊、加壓、自動(dòng)高壓停止、保壓和泄壓。通過(guò)切換實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作:可以按照原操作方法手動(dòng)控制壓緊缸的壓緊、松開(kāi)和鎖定。各鍵之間相互鎖定,只能進(jìn)行一種操作。自動(dòng)工作狀態(tài):無(wú)論哪臺(tái)壓濾機(jī)的液壓缸的壓緊力低于設(shè)定值，系統(tǒng)都能自動(dòng)地進(jìn)行液壓缸的壓緊和鎖定動(dòng)作，在所有壓力繼電器停止發(fā)訊5秒鐘后，泵站停機(jī)。否則，泵站啟動(dòng)供壓力油，可以較好地節(jié)能和避免頻繁啟動(dòng)。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控:可以實(shí)現(xiàn)油液污染報(bào)警、停車(chē);壓力超范圍報(bào)警、停車(chē);油箱液位超高，過(guò)低報(bào)警、停車(chē)。

圖2改造后的壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

1~10.壓力繼電器11-20.電磁換向閥21.主壓力繼電器22,安全閥23.調(diào)壓閥24.液壓泵25.液位計(jì)26.溫度計(jì)27.濾油器28.液壓鎖29.油缸

改造后的壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如圖2所示。改造后的新液壓系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

本壓濾機(jī)是多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)，即在本系統(tǒng)中同時(shí)由一臺(tái)液壓泵供應(yīng)10個(gè)油缸動(dòng)作，因此要求各執(zhí)行器按一定規(guī)則動(dòng)作時(shí),而不得產(chǎn)生相互干擾，在動(dòng)作轉(zhuǎn)換時(shí)不得產(chǎn)生液壓沖擊，操作可靠安全。

改造后的液壓系統(tǒng)鎖定保壓功能強(qiáng)大。采用“Y”型機(jī)能的換向閥加上液壓鎖，確保了油缸的定位及嚴(yán)格鎖定,另外液壓鎖的泄露量特別小，可以保證系統(tǒng)壓力的衰減率很小，因此無(wú)需系統(tǒng)頻繁補(bǔ)油，較原系統(tǒng)節(jié)能。避免壓力波動(dòng)、壓力干涉和壓力沖擊,保護(hù)液壓元件和系統(tǒng)平穩(wěn)工作。

改造后的控制系統(tǒng)的通訊方式靈活。運(yùn)用液壓技術(shù)與電氣技術(shù)(PLC)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化。利用PLC的優(yōu)點(diǎn)同電磁換向閥、壓力繼電器，可以很好的實(shí)現(xiàn)油缸低壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)油，以及液壓系統(tǒng)在保壓狀態(tài)下自動(dòng)卸荷。另外我們分別編好了系統(tǒng)自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)作PLC程序，壓力超調(diào)報(bào)警程序，油液污染報(bào)警程序，這樣可以自由地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和非自動(dòng)兩狀態(tài)切換。

節(jié)能設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定值(由壓力繼電器21設(shè)定)和油缸的壓力(壓力繼電器1~10設(shè)定)不低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)泄載，延遲4秒后自動(dòng)停泵，起到了安全保護(hù)與節(jié)約能源的作用。

改造后的壓濾機(jī)泵站，采用雙層結(jié)構(gòu),將管道藏于夾層中，表面無(wú)管道聯(lián)結(jié)，使泵站簡(jiǎn)潔，減少污染，保證整個(gè)臘綸生產(chǎn)裝置的前后處理部分物料平衡，達(dá)到平穩(wěn)可靠生產(chǎn)，非常適合工廠使用。

3板框壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性研究

3.1板框壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

可靠設(shè)計(jì)首先明確產(chǎn)品的可靠性要求。可靠性目標(biāo)應(yīng)包括功能、能源消耗、動(dòng)力性能、可靠性指標(biāo)以及安全性維修性等。

對(duì)于連續(xù)使用的可修復(fù)的生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行預(yù)防維修，常用的指標(biāo)是:可靠度、有效度、平均無(wú)故障工作時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間。對(duì)于不可修復(fù)的電子元器件則是用到耗損期，常用的指標(biāo)是:失效率、平均壽命。

對(duì)于液壓泵用的柱塞泵，平均無(wú)故障工作限度是1000-5000h,按照可靠度分類(lèi)等級(jí)及應(yīng)用情況，對(duì)于重要的情況,失效將引起大的損失，可靠＞0.999,等級(jí)為3。

初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)分析類(lèi)似產(chǎn)品在過(guò)去故障情況、原因，該故障對(duì)系統(tǒng)的影響，故障發(fā)生的概率等，并通過(guò)零部件的概略計(jì)算，參考各種設(shè)計(jì)情況進(jìn)行初步的可靠性預(yù)計(jì),當(dāng)產(chǎn)品是由若干子系統(tǒng)或零部件組成時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步將可靠性指標(biāo)的目標(biāo)值分配給各組成部分，即進(jìn)行可靠性分配。適應(yīng)產(chǎn)品構(gòu)成部分的各種差異，可采取不同的可靠性設(shè)計(jì)方式。

3.1.1預(yù)防故障設(shè)計(jì)

預(yù)防故障設(shè)計(jì)是由經(jīng)驗(yàn)累積形成的設(shè)計(jì)方式，一般按下述原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

采用成熟的經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)分析試驗(yàn)驗(yàn)證的方案；

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量少；

多用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化零部件；

重視維修性，便于檢修、拆換；

重視關(guān)鍵零件可靠性和材料選擇；

充分運(yùn)用故障分析的成果，盡早改進(jìn)。采用卡套聯(lián)接，可以方便地拆換;對(duì)碳鋼管線內(nèi)壁采用噴砂除銹處理;對(duì)油泵進(jìn)行預(yù)防性維修。

3.1.2概率設(shè)計(jì)

概率設(shè)計(jì)將所設(shè)計(jì)零件的失效概率限制在允許的很小值。失效率X=0.01,以滿足可靠性定量的要求。

3.1.3貯備設(shè)計(jì)

貯備設(shè)計(jì)是對(duì)完成規(guī)定功能設(shè)置重復(fù)的結(jié)構(gòu)。由于供紡系統(tǒng)很重要，兩臺(tái)濾機(jī)保證一條供給線的連續(xù)正常使用，因而液壓系統(tǒng)相應(yīng)的為冷貯備系統(tǒng)。

3.1.4耐環(huán)境設(shè)計(jì)

環(huán)境中有臘綸原液舊的溶劑硫気酸鈉的蒸汽，它對(duì)碳鋼具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，因此碳鋼管線要采用環(huán)氧媒瀝青進(jìn)行防腐，操作盒進(jìn)行密閉設(shè)計(jì)。

3.1.5安全設(shè)計(jì)

安全設(shè)計(jì)是針對(duì)失效后造成身傷亡或引起重大經(jīng)濟(jì)損失的情況,以保證一定的安全水平。故障安全設(shè)計(jì)，當(dāng)萬(wàn)一發(fā)生故障則裝置自動(dòng)趨于安全，停電時(shí)全部停止動(dòng)作，液壓鎖工作，保持壓緊力。防誤操作設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生誤操作的構(gòu)造。各按鍵之間為互鎖，當(dāng)一個(gè)動(dòng)作時(shí)其它鍵失靈，并且有相應(yīng)的指示燈亮。為了避免螺母鎖緊時(shí)松開(kāi)活動(dòng)壓頭，只有先按下手動(dòng)按鈕后，松開(kāi)螺母，再按松開(kāi)按鈕，設(shè)備才動(dòng)作，在操作盒上加一個(gè)護(hù)罩，避免不熟悉操作的人員因?yàn)檎`動(dòng)作而造成設(shè)備損壞。

設(shè)備進(jìn)行安全設(shè)計(jì)：

釆用大油箱:冷卻效果好，不需單設(shè)油溫冷卻器；可以保持足夠的液位，保持液壓泵工作正常，長(zhǎng)期自動(dòng)運(yùn)行。液壓泵壓力表釆用硅油介質(zhì)充滿，保護(hù)壓力表。避免壓力波動(dòng)大而損壞表針。

在整個(gè)管路系統(tǒng)中，采用安全閥進(jìn)行油壓過(guò)載保護(hù)。一般為油壓泵出口壓力加2MPa_o設(shè)定自動(dòng)保壓為18MPa,則安全閥在20MPa起跳。液壓油經(jīng)回流線流回到油箱。

3.1.6維修性設(shè)計(jì)

維修性設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)階段就考慮維護(hù)修理的方便，以便發(fā)生故障后能迅速修復(fù)而達(dá)到提高有效度的目的。主要是做到：(1)檢測(cè)方便,縮短故障的診斷定位時(shí)間；在液壓站上設(shè)置了一個(gè)液壓系統(tǒng)的監(jiān)視控制臺(tái)。(2)裝拆方便,便于維修操作，縮短排出故障的時(shí)間;液壓管道全部采用螺紋卡套聯(lián)接，可以方便拆卸,進(jìn)行預(yù)制和更換。(3)維修所需設(shè)備、工具、技術(shù)簡(jiǎn)單,只要有備件，維修人員只用常用工具就可以更換和維修。

3.1.7人一機(jī)工程設(shè)計(jì)

人一機(jī)工程設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)階段為避免人的差錯(cuò)，發(fā)揮人和機(jī)各自的特點(diǎn)，以提高產(chǎn)品使用可靠度。主要是做到：(1)指示系統(tǒng)可靠，不僅顯示燈可靠，而且顯示方式，顯示燈對(duì)應(yīng)配置等都使人易于無(wú)誤地接受；(2)控制、操作系統(tǒng)適于人的使用習(xí)慣,便于識(shí)別操作，不易出錯(cuò)，與安全有關(guān)的應(yīng)有防誤措施；(3)操作環(huán)境盡量適于人的工作需要考慮引起疲勞，干擾操作的因素：主要有溫度光線、色彩、噪聲、振動(dòng)、空間等。

3.2壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)

可靠性試驗(yàn)是為了提高或證實(shí)產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行試驗(yàn)的總稱(chēng)。根據(jù)試驗(yàn)截止情況可分為：a全數(shù)壽命試驗(yàn);b、定時(shí)截尾壽命試驗(yàn);c、定數(shù)截尾壽命試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)中失效后是否用新件而繼續(xù)試驗(yàn)，又可分為有替換和無(wú)替換兩種。

3.3板框壓濾機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性評(píng)估

系統(tǒng)是由若干單元所組成并能完成某些特定功能的組合體。系統(tǒng)的有效度除與系統(tǒng)類(lèi)型有關(guān)外，還與維修情況有關(guān)，一般只配備一組維修人員，如果系統(tǒng)在任務(wù)階段各單元均可即時(shí)修復(fù)，則可靠性模型就成為有效性模型。

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