磅房罐车灰渣采样装置设计

摘要：针对磅房罐车灰渣采样的现场情况，设计了全新液压控制采样装置。该采样系统借助液压泵站提供的动力，将安装到桁架梁上工作油缸底部的采样头伸缩到车罐内取样，从而替代人工采样，大幅度提高作业效率和操作安全性，减轻作业人员的劳动强度。

关键词：磅房罐车；灰渣采样；液压系统

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

对磅房罐车灰渣进行抽样检验，化验其成份和所含元素，使不同粗细的灰各尽其用，这样不断可以提高灰渣综合利用水平，还可以增加企业经济利润，产生良好的社会效益。

但是现在的磅房罐车采样，一般都采用一名操作人员先登到罐顶，另一地面人员将采样杆递与罐顶人员，再由罐顶人员插入罐内取样，然后再将采样杆递与地面人员完成取样过程。这样操作过程容易产生操作人员插入每个车罐内深度不同（如果是粗灰，插入罐内深度更浅），满足不了采样要求，同时出现过很多弄虚作假的现象，作业效率很低，又存在很多潜在的安全隐患。为此，本文设计一种全新的磅房罐车灰渣采样装置，借助于液压泵站提供动力源，利用悬挂于桁架梁上的工作油缸，将采样头伸缩到罐内取样，从而替代人工采样，大幅度提高作业效率和操作安全性，减轻作业人员的劳动强度。

2 采样装置设计方案

图1 工作原理图

磅房罐车采样装置主要由泵站、悬挂式工作油缸和采样头组成，如图1所示。

（1）泵站1封闭柜装，地脚螺栓固定；泵站提供液压油，经油管3到工作油缸；油管3通过滑轮悬挂到工型桁架梁2上，并可以通过桁架移动轮5随移动电机6运动。

（2）工作油缸活塞杆13通过铰链连接固定在活塞杆支承板7上；实现活塞杆固定不动，缸套12垂直上下移动，缸套外壁接触灰取样，有效避免灰渣对液压油缸的污染。

（3）采样工作时，缸套12沿活塞杆13向下移动，伸到灰罐车内取样。

（4）用不锈钢管做成空腔采样头10，由螺栓固定到缸套底部，通过扭簧式活动门11控制灰渣进出。

3 液压系统图设计

3.1泵站搭建

液压泵站主要提供液压动力源，包括电机、叶片泵、各种控制阀、电气控制箱及远程操控器等辅助元件[1]，如图2所示。其特点如下：

图2 液压系统原理图

（1）采用平衡回路防止液压缸自重产生的窜动；液控单向阀控制回路，具有锁紧功能，能够保证油缸长期停留而不下降。

（2）利用“H”型电磁换向阀的中位机能，人工可以拖动伸到罐车内缸套向上运动，从而避免采样装置故障时工作油缸锁在罐车内。

（3）通过调节单向节流阀，可以控制进行油缸伸缩调速；人工操控远程控制器实现总电源开关、电机开关和油缸上下运动。电磁阀动作顺序如表1所示，表中“+”表示通电，“－”则表示断电。

表1电磁阀动作顺序

序号 动作名称 电机 电磁阀

3.2悬挂式工作油缸

由螺栓把活塞杆两吊耳固定在桁架梁可以移动电机的支架上，以实现沿桁架梁的水平运动；缸套底部由螺栓固定采样头，可以向下运动，伸缩到车罐内取样。

3.3 采样头设计

采样头由空腔不锈钢管做成，如图3所示。随着缸套插入罐内，采样头活动门被灰渣顶起，灰渣通过活动门进入采样头空腔；采样头顶部四周开有四个方孔，随着插入罐内深度的不断增加，灰渣堆满空腔后，上层灰渣即会从四方孔外溢，这样保证采样头取到所需高度的灰渣样品。取样完成后，远程遥控工作油缸将采样头从灰渣中拔出，利用活动门的扭簧力和自身重力关闭活动门，从而锁住已进入采样头空腔内的灰渣。

图3 采样头设计

4 液压系统主要技术参数确定

液压系统的主要参数包括压力、流量（体积流量）和功率。首先选择系统（即执行器）设计压力，并按最大外负荷和选定的设计压力计算执行器的主要几何参数，然后根据对执行器的速度（或转速）要求，确定其流量[2]。

4.1 执行器设计压力的选取：

考虑因素有：执行器及其他液压元件、辅助件的尺寸、重量、加工工艺性、成本、货源及系统的可靠性和效率等。磅房罐车采样装置属于中小型工程机械，预选设计压力10 MPa。

4.2 液压执行器主要结构参数计算

液压缸的缸筒内径、活塞杆直径及有效面积或液压马达的排量是其主要结构参数。计算方法是：由最大负载和选取的设计压力及估取的机械效率算出有效面积或排量，然后再检验是否满足在系统最小稳定流量下的最低运行速度要求[3]。

无杆腔为工作腔：

（1）

（为或）（2）

（3）

式中、---液压缸工作腔、回油腔压力（Pa），回油腔压力（背压力）取0.5 MPa；

---液压缸无杆腔的有效面积（）；

---液压缸有杆腔的有效面积（）；

、---液压缸缸筒内径、活塞杆直径（）；

、、---液压缸的最大负载力（）、机械效率（一般取0.9~0.97）、最小速度（）；

---系统最小稳定流量（），节流调速系统取决于流量控制阀的最小稳定流量，容积调速系统取决于变量泵的最小稳定流量。

最大负荷压力30kg，往返速比为2，计算得：工作缸内径圆整为63mm，活塞杆直径45mm。

4.3 计算液压执行器的最大流量

（4）

设计速度0.2,液压缸有效面积为，计算得:最大流量为。

4.4 计算液压泵的最大排量

（5）

其中为电机额定转速，取转速，计算，查手册选择：叶片泵型号。

4.5 液压泵的驱动功率计算与电动机的选择

（6）

式中：、为液压泵的最大工作压力（Pa）和最大流量（）；为液压泵的总效率，叶片泵取0.7~0.85，工作压力1MPa，计算： 。选取电机驱动功率1.5KW。

5 运行与结论

现场安装与调试（如图4和图5所示），调定工作压力为3MPa，工作油缸完成一次采样过程需48s（向下取样25s、回程23s），运行平稳，保压效果好，各项指标均满足设计要求。现磅房罐车灰渣采样装置已投入运行，取样效果良好，完全满足灰渣采样功能，从而减轻作业人员的劳动强度，也大大提高作业效率和操作安全性。同时，通过现场专家和用户的反馈，该项目具有极大的实用价值和推广价值。

图4 现场搭建泵站图 图5 现场工作油缸图

【作者简介】：张玉清（1983- ），男，山东临沂人，硕士研究生，研发工程师，主要从事机械结构设计、动态仿真模拟、液压技术等方面的研究工作。

参考文献：

[1]赵月静，宁辰校编著.液压实用回路360例[M]. 北京：化学工业出版社，2008.

[2]张利平编著.液压站设计与使用[M].北京：海洋出版社，2004.

[3]雷天觉.液压工程手册[M]. 北京：机械工业出版社，1990.