跳汰机数控单盖板风阀的研究与应用

1、跳汰机数控单盖板风阀的研究与应用f一j第25卷第5期2O0O年10月煤炭jOURNALOFCHINACX)ALSOCIETY.20o0文章编号:02539993(2000)05055105跳汰机数控单盖板风阀的研究与应用徐克江,张川,袁辉,张斗群(煤炭科学研究总院北京建井研究所,北京100013)/pg&g,i'摘要:通过对跳汰机数控单盖板风阀动态特性的计算机仿真厦理论分析,找出了解决数控风阀不能完全打开,闭合时盖板冲击厦膨胀期液面不能保持稳定的方法,并成功应用于对踺汰机卧式风闽的改造测定结果表明,改造后跳汰机的处理量由原来的140t/la增至200t/la,矸石中的精

2、煤损失由4%降至2%.关键词:查垫;墼苎兰重墨墨圈;!期-'中图分类号:q3455.1文献标识码:A自从1892年弗里茨,鲍姆研制成功跳汰机以来,随着跳汰分选实践的深人和跳汰理论的发展,以及控制手段的不断进步,计算机引人工业控制领域,人们对跳汰机的改进也在不断深人,其重点是供风方式及排料装置的改进.到目前为止,跳汰机的核心部件风阀已经历了立式风阀,卧式风阀和数控风阙3个发展阶段.特别是数控风阀的采用,太幅度地提高了跳汰机的处理能力和分选效果,降低了工人的劳动强度及环境的噪声污染.同时由于数控风阀采用微机便于集中控制和管理,国外基本上已全部采用.目前,国内对跳汰机卧式风阀的改造有两种1:

3、数控单盖板阀和数控滑阀;其中数控单蓝板阀结构简单,制造成本低,使用中不会出现卡滞现象.但因对其出现的一些如跳汰频率高时,风阀不能完全打开的技术改造和研制新型跳汰机,提高跳汰洗煤的产量和效率,本文对数控单盖板风阀进行了较深人的研究.1风阀动态特性的研究将单盖板风阀简化为图1所示的运动结构模型,并以此建立气缸动态方程.(1)活塞动力学方程根据牛顿第二定律及气缸活塞受力情况,建立括塞动力学方程,即2=plA1一P2A2一F,(1)u式中,m为活塞运动件的质量,kg;z为活塞的位移量,m;Pl,A1,P2,A2分别为活塞下腔面积和压力及活塞上腔面积和压力;F:mg+fl+fz;fl为摩擦阻力,N;,2

4、为负载,N.(2)气缸工作时的竞,放气方程根据能量守恒的热力学图1风阀运动结构模型F,1ThernaSelofmovetnltdtheair-calve第一定律,对任何系统,进入系统的能量与离开系统能量之差等于储存能量的变化,建立气缸的充,放气方程.考虑气缸运动速度很快,为了简化计算,假设系统为绝热过程,则收藕日期:20000223煤炭学掇2OO0年第25卷式中()dp1k,uAPo/2kRTofPl一生!.drA1(工0+)RlPo/z0+dr'警:l圃R-1dArz(+z0一z)p.RIp2/z0一drf()胃(cc】<1),/I(cf】);z0为气缸下腔无用空间的折

5、算位移,0=(0+口)/A】,m;3270为气缸上腔无用空间的折算位移,z0:(口0+口)/A2,m;口0,v0"分别为气缸下腔和上腔的无用空间,m3;,分别为与气缸下腔和上腔无用空间相连的管路到换向阀的管路空间,m3;P0,T0分别为气源压力及气源温度;k为比热比,对于空气,k=1.40;A,A.,.分别为气缸下腔和上腔节流口面积及流量系数;R为气体常数,对空气,R=0.287kJ/(kg?K);为气缸活塞的总行程,m;Pb为大气压,Pb=0.1MPa;.为临界压力比,对空气,C=0.528.非线性方程组(1)(3)非常复杂,只有在计算机上运算才能求得数值解,运算程序如图2所示.2

6、运算结果分析2.1气源压力,气缸进气口面积对盖板阀工作的影响计算机运算结果如图3所示,从图3可以看出,在气源压力足以将进气阀打开后,气源压力和气缸进000蕊o(2)(3)(G乏爱1),(爱;图2风阀动态运算程序airvalvecharacteristics图3盏板开启位移缱时间的变化曲线Fig3Di印lactcn窖ec岬dthewithtime:1I7第5期棘龙江等:跳汰机数控单盖板风阀的研究与应用气口面积的变化对盖板阀从0到全开的时间影响极小,但造成进气阀开始运动的时间滞后微机控制装置输阀口开启程度的影响如图4,5所示.微机控制装置输出的每个跳汰周期分4部分:进气期,膨胀期,排气期,压缩期.

7、进气期,微机控制装置向进气电磁阀送出电压信号;膨胀期,微机控制装置输出为零,这一段时间进,F气盖板关闭;排气期,微机控制装置向排气电磁阀输出电压信号,排气盖板在排气电磁阚控制下打开;压缩期,微机控制装置输出电压信号为零.图4微机控制装置输出的周期参数Fig.4Outputcydedofthe札朗0trold进气期信号/茎匿5风阎开启滞后的后果Fig.5Outcomeofhysteretic叩咖oftheair,alve在进气期,若盖板阀开启时滞后的时间较长,将出现如图5的情况,即在盖板阁未完全打开时,微机控制装置已停止向电磁阀送电.电磁阀换向,造成风阀的开口面积不能完全打开,洗选效率瘁低.2.

8、2盖板阀盖板开,闭定位分析当盖板阀的进,排气盖板运动到进,排气1:1全部打开的位置后,盖板的继续运动对跳汰进,捧气期已经没有作用但为了保持有一个持续的进,排气期,气缸不能反向运动,需要采取一定的方法在气缸保持工作腔压力的情况下停止下来,这就是盖板f嘲打开时的定位问题.反之,当盖板阀的进,排气盏板关闭时,为了避免盖板与进,排气1:1的撞击,需解决盖板运动到进,排气口闭合位置的定位闯窟.从图6可以看出,通过对缓冲行程的选择和节流1:1面积的调整,能够实现盖板阀的定位要求,保证盏板阀工作的可靠性.盖板闭合末期位移与节流面积的关系如图7所示.匿6盖板开启运动束期位移与节流面积的关系(a)缓冲行程30r

9、加l;(b)缓冲行程20nan;14分射为节流嚣全开,开1/2开1/4,开1/8时的曲域_寺匿匠000埔蝶炭2OOO年第25卷跳汰洗选过程中,当进气期结束时,跳汰洗选进入膨胀期,膨胀期是原煤在工作介质中进行自由沉降实现按比重分层的过程,是跳汰周期的极为关键阶段,按跳汰洗选的要求,进入膨胀期后,要求工作介质有一个平稳的阶段,如图8(a)所示,以利于原煤颗粒的自由沉降谁O划圉7盖板闭合末期位移与节流面积的关系Fig.7Therelationshipbetweentheterminaldisplacnemofthecoverckin$andthrcearea(a)图8膨胀期参数(自)理想的;(b)实

10、际的;H介质蘸位D介质速度;介质松散麈但实际上,由于进气期结束时风阀突然关闭,工作介质在惯性力作用下继续上冲,随着空气室体积的增大而压力下降,导致液面到达最高点时不能保持一段平稳,而是突然下降,如图8(b)所示,导致膨胀期工作介质的不稳定,破坏了跳汰膨胀期的分选过程.从图7可以看出,在进气盖板的运动末期,为了避免盖板与进气口的冲击,采用节流缓冲装置对盖板的末速度进行控制,在避免盖板冲击的同时,通过调节节流面积可以调节盖板闭合末期的闭合时间,从而在盖板完全闭合前使盖板保持一段时间的微小开口.当工作介质在惯性作用下上冲,空气室压力下降时向它补充压力,使工作液面保持平稳,从而保证在膨胀期原煤有一个稳

11、定的自由沉降时间,提高原煤分选效率.通过以上分析认为,数控单盖板风阀的缺点通过参数选择可以有效克服,并且其独特优越性有利于应用实际生产.3应用效果通过对数控单盖板风阀的动态特性研究,经合理的参数优化,笔者分别完成了焦作矿务局九里山矿洗煤厂,冯营矿洗煤厂,演马庄洗煤厂跳汰机数控单盖板风阀的设计及改造.焦作矿务局是一个具有百年历史的老矿务局,开采年限长,矿井普遍老化,原煤煤种属于无烟煤,密度大,末煤含量多,含矸量大,人洗煤质差.所选定的洗煤厂没有使用原煤缓冲包,跳汰机人料只有一个小型缓冲仓,容量小.因此,跳汰机人料的数量和质量随井下开采情况波动很大,人料严重不均匀,洗选条件很差由于数控风阀对原煤煤

12、质的变化适应性强,故完成跳汰机数控风阀改造后,给洗煤厂带来比较大的经济效益.经测定:跳汰机的处理量由原来的140t/h增至改造后的200t/h,矸石中精煤损失由原来使用卧式风阀时的496降至2%以下.同时,跳汰机的噪声由原来109dB降至79dB,改善了现场的工作环境.第5期徐龙江等:跳汰机散控单盏板风阀的研究与应用参考文献:1陈迹.跳汰选煤的理论与实践M.北京:煤炭工业出版杜.1988.2清华大学流体传动及控制研究室.气压传动与控制M.北京:北京工业学院出版社,1987作者简介:事矿山机械及材料的研究,开发工作.完成科研项目4项,发表"Thestuab,删丑tOimprovethe

13、rd瑚柚dthehydrautlcsystemsofsh翱删sstLIdydm嘲佣tOeontrolthedl.t锄inathIdhyd抽uljcsysten等论文数篇.Studyofdigitalcontrolsingle-coverairvaivesystemofthejiggersanditsapplicationxuLong-jiang,ZI-LGChtmn,YEANHui,ZHANGDou?qtm虬3,aI)Abstract:Tl1emet1isobtnedto3.theproblemsthattheairvalvecan'topenfulIy,theo口misimpacted8sthesingleoDvelrvalveturnoffandthel|d由cecan'tkeepstableduringtheexpandperiodbycomputemulationandtheoreticalanalysisofthedynamiccharacteristicsofthediudcontrolsingle-coverairvale8yst'nofthejer.Itissuccefuuyappliedtoimprovehotintalairvalve