臥式高壓釜快開裝置設計

高 翔，胡 進，唐騰飛

武漢工程大學機電工程學院，湖北 武漢 430205

快開裝置是一種用來輔助壓力容器端蓋開閉的裝置，使壓力容器能夠更快實現端蓋的開閉，小到日常生活中的壓力鍋，大到航天飛機的進出口，都使用了各種不同形式的快開裝置[1].快開裝置結構多樣、使用廣泛，而據國家安全監察部門統計，由于快開門式壓力容器的快開裝置的不合理引發的安全事故占壓力容器安全事故總量的30%左右[2-4]，因此設計一種安全可靠的快開裝置至關重要.

PLC是專門為工業自動控制設計的一種控制設備，它強大的功能使得它在工業自動化領域得以廣泛的應用.將PLC技術應用于快開裝置的設計中，能夠有效地實現自動控制，還有抗干擾能力強、可靠性高、占用體積小、設計使用和維護方便等優點[5-6].

1 方案設計

傳統快開裝置有齒嚙式、壓緊式、卡箍式、平移式等多種形式，但其中也存在著一些不足之處，例如齒嚙式快開裝置開啟之前壓力釋放速度快容易發生爆炸、壓緊式快開裝置端蓋開閉耗時太長難以達到快開效果、卡箍式快開裝置安全聯鎖裝置可靠性較差、平移式快開裝置占地面積較大[7-9]，本文對此加以改進設計了一種新型的快開裝置，快開裝置結構示意圖如圖1所示.由圖1中可以看出，此種快開裝置主要由移位組件和轉動組件構成.

圖1 快開裝置結構示意圖Fig.1 The structure diagram of quick-opening device

2 液壓系統設計與工作流程

快開裝置移位組件和轉動組件運作時，如果速度變化較快，就會加劇端蓋與釜體的碰撞，有可能造成快開裝置的損壞，給人們的生命安全帶來極大的隱患，而液壓傳動具有調速方便、運動平穩等優點，故快開裝置的端蓋移位機構和端蓋轉動機構的動作都由液壓系統驅動，液壓系統原理圖如圖2所示.

圖2 快開裝置液壓系統原理圖Fig.2 The hydraulic schematic diagram of quick-opening device

根據臥式高壓釜快開裝置的液壓系統原理圖，分析快開裝置的工作流程如下：

(1)端蓋移位機構右移.由于筒體右端安裝面上有十幾個緊固螺栓，有一定的長度，端蓋必須沿軸線右移位后才能轉動.按下啟動按鈕后，電動機開始工作，變量柱塞泵開始供油，移位電磁閥YA2得電實現端蓋移位機構右移.此時如果端蓋卡緊，還可以手動操作使定位電磁閥YA5得電輔助頂開端蓋，點動結束后電磁閥失電處于中位，定位油缸活塞處于浮動狀態，當端蓋閉合時帶動活塞桿回位.

(2)端蓋打開.移位機構右移移位油缸活塞撞到行程開關2后，移位電磁閥失電閥芯處于中位使得供油系統通過移位電磁閥再通過轉動電磁閥向轉動油缸供油，此時轉動電磁閥YA3得電實現端蓋打開.

(3)放入物料.轉動油缸活塞撞到行程開關3后，時間繼電器得電延時一段時間，此時間即為放入物料時間，可以根據實際設置.

(4)端蓋關閉.延時時間到，轉動電磁閥YA4得電實現端蓋閉合.

(5)移位機構回位.端蓋閉合時轉動油缸活塞撞到行程開關4，移位電磁閥YA1得電使快移位裝置回位.

(6)停止.當移位油缸活塞撞到行程開關1時，其常閉觸點斷開，系統回復到初始狀態，為下次啟動作準備.

3 快開裝置PLC I/O口分配

臥式高壓釜快開裝置電氣控制系統采用PLC控制，能夠有效地實現遠程操控，當意外發生時也能保證操作人員的生命安全.整個系統有8個輸入信號，7個輸出信號，三菱公司小型PLC FX2N-32MR能夠滿足此次設計要求，并且留有足夠輸入輸出端口以便后續功能開發[10].根據快開裝置動作流程進行I/O口分配，如圖3所示.

圖3 快開裝置PLC接線圖Fig.3 The PLC wiring diagram of quick-opening device

4 程序的編寫與運行

分析快開裝置的動作流程，并對照接線圖編寫程序，將梯形圖寫入三菱編程軟件GX-developer中，如圖4所示.

圖4 快開裝置PLC梯形圖Fig.4 The PLC ladder diagram of quick-opening device

程序寫入完成后，模擬程序的運行，程序邏輯測試界面如圖5所示，圖5中黑色光標代表該元件是“ON”狀態，使用軟元件測試功能，還可以人為地控制輸入“ON”或“OFF”來模擬行程開關的狀態，模擬界面如圖6所示.結果表明，該程序能可靠地實現所要求的控制功能.

圖5 邏輯測試界面Fig.5 The logical test interface

圖6 模擬快開裝置運行狀態Fig.6 Simulation of the running state of quick-opening device

5 結 語

通過改進傳統快開裝置設計了一種新型的快開裝置，采用液壓傳動以保證快開裝置端蓋能夠安全高效的開閉，將PLC技術應用于快開裝置電氣控制系統的設計之中，并且使用PLC編程和仿真軟件GX-Developer進行控制系統的仿真和調試，大大地縮短了設計周期，提高了設計效率.此次設計的快開裝置在安全性和自動化程度方面都有了很大的提高，能夠有效的避免由于快開裝置設計的不合理而引發的安全事故，能夠滿足實際需求，可為相關設計提供一定的參考和依據.

致 謝

感謝武漢三聯節能環保工程有限公司對本研究的支持.

[1] 劉浩波．壓力容器快開端蓋開蓋過程安全性分析及結構優化[D]．北京：北京化工大學,2010.

LIU Hao-bo. Analysis of quick-opening pressure vessel structure safety in opening process and structure optimization[D].Beijing: Beijing University of Chemical Technology,2010.(in Chinese)

[2] 胡兆吉,黃克敏,文興林．在用快開式壓力容器的失效事故分析及預防對策[J]．化工裝備技術,2000,21(6)：15-18.

HU Zhao-ji,HUANG Ke-min,WEN Xin-lin. Analysis of the failure accident of the quick-opening vessel and the prevention countermeasures[J].Chemical Equipment Technology,2000,21(6):15-18. (in Chinese)

[3] 何承代．一起快開門式壓力容器爆炸失效事故分析[J]．機械管理開發,2012(3)：9-10.

HE Cheng-dai. Analysis of the explosion of a quick-opening vessel [J]. Mechanical Management and Development,2012(3):9-10. (in Chinese)

[4] 韓樹新,盛水平,劉延雷．快開門式壓力容器余壓開門爆炸危害研究[J]．壓力容器,2010,27(2)：50-54.

HAN Shu-xin, SHENG Shui-ping, LIU Yan-lei. Research on explosion of quick actuating pressure vessels with residual pressure[J]. Pressure Vessel,2010,27(2):50-54. (in Chinese)

[5] 梅麗鳳．電氣控制與PLC應用技術[M]．北京：機械工業出版社,2011．

MEI Li-feng. Electrical control and PLC application technology[M]. Beijing: China Machine Press,2011. (in Chinese)

[6] 孫康嶺,楊兆偉,張曄．基于PLC的自動門控制系統設計[J]．機電工程,2010,27(11)：125-126．

SUN Kang-ling,YANG Zhao-wei,ZHANG Ye. Design of the control system of automatic based on PLC[J]. Mechanical and Electrical Engineering, 2010, 27(11):125-126. (in Chinese)

[7] 丁無極,何承代．快開門式壓力容器開門形式設計研究[J]．化學工程與裝備,2010(4)：96-97．

DING Wu-ji,HE Cheng-dai. Research on the design of the way to open the door of quick-opening vessel [J]. Chemical Engineering and Equipment,2010(4):96-97. (in Chinese)

[8] 雍兆銘,馬兆泰,潘俊杰．壓力容器快開蓋結構的優化[J]．中國化工裝備,2013(1)：37-38．

YONG Zhao-min,MA Zhao-tai,PAN Jun-jie. Structure optimization of quick-opening vessel [J]. Chinese Chemical Equipment,2013(1):37-38. (in Chinese)

[9] 張志軍．齒嚙型自緊式密封快開裝置的結構設計及加工方法[J]．化學工程與裝備,2011(10)：123-125．

ZHANG Zhi-jun. The structure design and manufacturing method of the gear tooth self-tightening quick-opening device[J]. Chemical Engineering and Equipment,2011(10):123-125. (in Chinese)

[10] 趙軻,蔡業彬,鄧昌奇．基于PLC控制的鉆孔組合機床控制系統設計[J]．機電工程,2013,30(10):69-71．

ZHAO Ke, CAI Ye-bin,DENG Chang-qi. Design of drill hole modular tool control system based on PLC[J].Mechanical and Electrical Engineering,2013,30(10):69-71. (in Chinese)