活动压辊压力稳定控制技术在洁净煤生产系统中的应用

丁淑英

摘要：本文结合洁净煤厂生产实际情况，针对10t型煤成型机在生产过程中出现的活动压辊压力不稳定、波动剧烈的情况，对10t成型机液压系统进行研究，规划设计实现成型机活动压辊压力稳定控制的一套系统，该系统的应用减轻了不仅职工的劳动强度，而且也提高了成型机的产能和型煤的生产效率和质量。

关键词：成型机;压辊;压力;控制系统;应用

0  引言

对于洁净型煤生产而言成型系统是核心环节，在成型系统的诸多辅助控制系统中，液压控制系统是非常重要的一环。目前成型系统采用的这套压力控制系统在实际应用过程中，存在着压力控制不稳定，造成主机运行电流波动较大，最终导致产品成型率下降，产品质量差。要想提高产品质量，实现系统的稳定运行，稳定控制成型系统压力势在必行。

1  10t型煤成型机系统组成

1.1 预压电机部分

预压电机由变频调速电机驱动，经由联轴器、蜗杆减速机，压料螺旋被旋转而强制将物料压入压嘴向主机供料，由于变频调速电动机的恒矩特性，当预压螺旋的压料量与主机所需压料量相等时，可以保持恒定的供料压力使球坯质量稳定。

1.2 主机部分

主机主要是由变频电动机驱动，经联轴器，双输出轴减速机，主要是通过调整联轴器和万向节联轴器传至主传动轴辊和被动传动辊轴，两对辊的同步由减速箱内的一对齿轮保证，被动轴辊轴承座由油缸顶住，从而保证了成型所需的压力。

1.3 筛分机部分

筛分机分为普通的单槽双层振动筛，该筛由振动电机振动，振动中将碎小物料筛分并同时输送出机外，与新物料混合重新压制球团，成品球送至用户的成品皮带上。

1.4 油压站部分

压球机主要采用电动油泵，该油泵连同油箱、压力表和各种应有阀门自成一体，仅需将出油软管与主机上的油缸进油管相连即可。使用时，视球团压制硬度调整到所需压力即可关闭电动油泵，卸荷时，则转动卸荷阀手柄，油泵卸压。

该泵主要工作原理是由电机带动泵旋转，液压油经过滤油器吸入油泵，又经单向阀、卸荷阀，汇集一起从油路系统进入油缸，向压辊提供一个稳定的总压力，当给料量过大时，两对辊中心距会增大，因而油缸活塞受到反压缩，致使系统压力增大，压球机所用工作压力值为15-20MPa。

2  10t型煤成型机工艺流程

洁净煤厂所使用的10t成型机从开始进料到压制成型煤过程中的设备包含：缓冲料仓、进料螺旋、高压成型机机、出球皮带、振动筛、返料螺旋、返料斗提及控制系统等，是一套独立完善的系统装置。

控制系统主要包括进出料协调控制、液压系统控制、润滑系统控制、减速机稀油润滑系统控制、主电机控制、主辊压力及间隙控制、辊压及预压控制、压力信号采集及处理系统。具有机旁手动、机旁自动、集控室远程控制三种操作方式（相互闭锁，无扰切换）;对所有信号全部输入至现场控制柜PLC进行处理，根据工艺要求进行显示、控制、报警（上传）。给料螺旋转速、预压螺旋转速与主机电流随动控制。

3  10t型煤成型机液压系统稳定性改造

3.1 10t型煤成型机液压系统介绍

10t型煤成型机所使用液压泵站为YBZ4H液压泵站，YBZ4H泵站是由电机、ZB系列轴向柱塞泵（高压泵）、电磁卸荷阀、手动卸荷阀组合控制阀、耐震压力表、蓄能器、传感器、油箱等组成。

3.1.1 ZB系列轴向柱塞泵（高压泵）

该系列柱塞泵为阀配流式轴向柱塞泵，容积效率达90%以上。该泵由电机直接带动泵轴旋转，在偏心轴的作用下柱塞沿柱塞套作往复运动，液压油由吸油伐吸入，再经排油伐排出，进入系统油路。

3.1.2 电磁卸荷阀

该阀为球式电磁卸荷阀，电磁阀未通电时启动电机控制油口出油，油液进入系统管路，停机具有保压功能，通电时控制系统油液通过电磁阀回到油箱，系统泄壓。

3.1.3 组合控制阀

该阀是由高压单向阀、高压安全阀等组成。高压安全阀调整压力为41MPa。

3.1.4 压力传感器

压力变送器的主要作用把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：将系统油压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）将检测到的压力信号，转换成电流或电压信号，远传到控制室的仪表或计算机上。

3.1.5 温度传感器

把温度传感器的信号转变为电流信号（4-20mA），连接到二次仪表上，从而显示出对应的温度，系统最高油温控制在70°以下。

3.1.6 蓄能器

蓄能器是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将系统能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统，在泵站中起保压补压作用。

3.2 液压系统改造工艺规划

针对在使用过程中出现的压力不够问题，做以下改进，当高压油泵压力达到30-35MPa时（额定压力41MPa），主油管路，分管6个油缸，直径ф280×280×6的油缸（共6组）的保压收缩率，反应的灵敏度过低，蓄能器没起到保压补压的作用，使整套系油路不能同步进行做功，油缸的活塞反应速度缓慢，往复运动迟钝，从而使设备在生产过程中，出现不均匀的制作过程，对压辊不能及时的自动调整，和往复运动，复位，压力值达不到，料多时，整件压力过大，不能自动泄油和复位，料少时，对压辊不能及时补偿和保压，使生产制作中粉料处于不饱和状态，成型率和密实度达不到要求，给生产造成损失。

3.2.1 液压系统出现液压冲击的原因分析

3.2.1.1 管路中阀口突然关闭

当成型机系统压力达到预定值，泄压阀自动关闭。阀门开启时设管路中压力恒定不变，若阀门突然关死，则管路中流体立即停止运动，此时油液流动的动能将转化为油液的挤压能，从而使压力急剧升高，造成液压冲击。即产生完全液压冲击。液压冲击的实质主要是，管路中流体因突然停止流动而导致其动能向压能的瞬间转变。

3.2.1.2 高速运动的部件突然被制动

高速运动的工作部件的惯性力也会引起系统中的压力冲击，例如压辊收煤粉压力产生涨力，造成液压缸回弹时，换向阀迅速关闭油缸原来的排油管路，这时油液不再排出，但活塞由于惯性作用仍在运动从而引起压力急剧上升造成压力冲击。液压缸活塞在行程中途或缸端突然停止或反向，主换向阀换向过快，均会产生液压冲击。

3.2.1.3 某些元件动作不够灵敏

当系统压力突然升高时，由于溢流阀反应比较迟钝，不能迅速打开，这时就会产生压力超高现象。

3.2.1.4 液压冲击的危害

①冲击压力可高达正常工作压力的3-4倍，使液压系统中的元件、管道、仪表等遭到破坏;

②液压冲击使压力继电器误发信号，干扰液压系统的正常工作，影响液压系统的工作稳定性和可靠性;

③液压冲击引起震动和噪声、连接件松动，造成漏油、压力阀调节压力改变。

3.2.2 解决方案

①首先解决主油路的管道压力输送不出去的问题，当油的温度低于-10℃时，现有的主管道孔径是ф7.5mm，不能达到和满足油缸的饱和状态（用HM-15液压油）。有压力，但液压油输送不出去，安全阀提前打开，使整个油路系统，供油不均匀，如安全阀调高时，对整体液压系统有伤害，改造的方案将原来的主油路接口ф7.5mm，改成ф16mm的接口，提高压力、加大流量、增加蓄成器的蓄备能力。使整套油路，保持恒定的保压状态中，从而使得设备在生产过程中，有良好的稳定性和可靠性。

②提高液压系统压力缓存能力。

增加六组1.6L储能器，每组储能器前端安装一个截止阀，截止阀前端安装一个100KPa的压力表，压力表能及时反馈每个储能器内部压力，起到安全保护储能器的作用，能及时的缓解油缸压力不足的缺陷，当设备停止运转时，截止阀能进行关闭，这样能保证储能器的储能作用。油路的改进全部换成内径16mm的管路，重新调整全套油路的输出量，加大油量。在不影响整体油路的压力值时，使整套油路处于安全饱和状态，能及时的保证油缸做往复运动，反应灵敏。三组储能器，三套截止阀，三组压力表，三条改造的油路，三套管道油路连接盘，外加一套支撑架。

3.3 设备配置

液压系统改造设备配置见表1。

4  10t型煤成型机活动压辊压力稳定控制系统

4.1 关键技术

保证YBZ4H液压泵站直径￠280×280×6组油缸的保压收缩率，对压辊自动调整及时补偿和保压。使生产制作中物料处于饱和状态，成型率和密实度达到要求，提高型煤成型机生产能力。

①增大管径，减小流速，从而可减小流速的变化值，以减小缓冲压力;缩短管长，避免不必要的弯曲;采用软管也可获得良好效果。②采用橡胶软管吸收液压冲击能量，在易产生液压冲击的管路上，设置蓄能器，以吸收冲击压力。这样就可以保证开关液压阀时系统环境是低压或者是无压状态，可以有效降低液压冲击。在此过程中增加的延时环节一般取0.1秒（100毫秒）为宜，因为液压系统的响应时间一般为十毫秒级别，时间过长会影响系统的响应速度，时间太短起不到减少液压冲击的目的。

4.2 创新点

①成型机本体和油管路的接口设计，在不改变液压缸本体结构的情况下，将原来的主油路接口ф7.5㎜，改成ф16㎜的接口，增大管径，减小流速，从而可减小流速的变化值，以减小缓冲压力。

②采用双缓冲压力平衡控制技术，在不改变原有液压系统结构的基础上增加蓄能器，以吸收冲击压力，使整套油路处于安全饱和状态。

5  应用效益

5.1 经济效益

5.1.1 提高了技术指标和经济指标

在洁净煤厂工程技术人员的共同努力下，研发出了一种适用于洁净煤厂现用10t型煤成型机活动滚辊压力稳定性控制系统，该系统一是使型煤成型机液压站压力稳定在13MPa，压力得到稳定控制;二是使成型机主机电流波动范围稳定控制在运行电流的±5A。洁净煤厂成型机应用此控制系统，不仅能使生产过程控制自动化，而且也在生产工艺流程顺畅，稳定和数字化方面发挥着显著的优势，保证了重大生产设备的安全运行，保证了生产过程能够发挥最大效率，提高成型机的产量，实现10t型煤成型机的产能稳定在7-8t，使洁净煤厂的技术指标和经济指标得到很大的提高。

5.1.2 减少设备维修费用

洁净煤厂研发的10t型煤成型机活动滚辊压力稳定性控制系统，由于具有较好的稳定性，提高了洁净煤厂的生产能力，也提高了型煤的质量，在保证精品型煤产量方面发挥了巨大的作用，这在无形中就为洁净煤厂减少了大笔的维修费用。

5.1.3 降低劳动强度

由于该系统自控系统功能强大，运行平穩，动作灵敏，操作简单可靠，工作效率高。工作过程中无需手动操作，既节能了人力，又降低了操作者的劳动强度，提升了生产的连续性，有着较好的推广价值。

5.1.4 降低了生产成本，提高了经济和社会效益

研发10t型煤成型机活动滚辊压力稳定性控制系统，有效地避免因成型率低造成了环境污染，提升了车间的空气质量，提高了压球机的运转效率，延长了压球机的使用寿命，不仅有效地降低了生产成本，而且大大提高了蓝天公司和洁净煤厂的经济和社会效益。

5.2 社会效益

根据成型机的生产工艺要求及综合因素，研发的10t型煤成型机活动滚辊压力稳定性控制系统，与其原控制系统相比仅仅是简单的一些I/O连接，这样就降低了原控制系统修改的工作量，保证了生产线的稳定性，同时该控制系统可以单独调试好后，再与原生产线控制系统进行联接，缩短了总体的调试周期，降低了改造对生产造成的影响。此外系统具有较高的控制精度及稳定性、随动性好，易于改造以及今后的维护等方面都发挥着重要的作用，不仅为洁净煤厂节约了维护费用，也从很大程度上来说降低了能源的消耗，更为类似条件下的生产工艺改进提供了宝贵的经验和技术支持。

①良好的随动性及高定位精度。

②综合工艺技术功能佳。

③操作简单、调试快速以及易于维护。

④使用范围广。

6  结论

综上所述，通过10t型煤成型机活动滚辊压力稳定性控制系统改造，效果比较明显。改造后的活动滚辊压力稳定性控制系统用于规模化生产型煤过程中，在蓝天公司洁净煤厂的运行实践表明，改造后提高了型煤生产效率，节约了生产时间，降低了生产成本，提高了产品质量，完全达到了原设想方案的效果，进一步拓展了成型机的型煤的成型率，值得推广使用，也为类似工艺的创新提供宝贵的经验和强有力的技术支持。

参考文献：

[1]卓建坤，陈超，姚强.洁净煤技术[M].二版.北京：化学工业出版社，2016.

[2]岳光溪，李水清.洁净煤技术与可持续发展[M].北京：清华大学出版社，2016.

[3]周安宁，黄定国.洁净煤技术[M].二版.徐州：中国矿业大学出版社，2018.

[4]胡文韬，段旭琴.煤炭加工与洁净利用[M].北京：冶金工业出版社，2016.

[5]杨金和，陈文敬，段云龙.煤炭化验手册[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[6]楚一晨，史丽娜.辊压机压力控制分析[J].四川水泥，2019（08）：43-45，66.