悬臂式斗轮取料机防爆阀选型及改造
李 进， 范英川， 扎贵盼， 侯志刚
（神华黄骅港务有限责任公司， 河北 沧州 061100）
摘要： 为了确保悬臂式斗轮取料机俯仰液压系统的可靠性和安全性，消除因液压胶管爆管或胶管金属接头破损所导致的安全隐患，以结构简单、维护方便、安全可靠为原则，对防爆阀进行选型，并对防爆阀的安装位置进行改造，以降低防爆阀的损坏率，提高设备安全性能。
关键词： 港口；悬臂式斗轮取料机；防爆阀
0 引 言
悬臂式斗轮取料机是一种高效的连续装卸机械，广泛应用于港口、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆存库场。神华黄骅港务有限责任公司（以下简称“港务公司”）目前共有18台悬臂式斗轮取料机，其中：额定能力为1 200 t/h的有1台；额定能力为3 000 t/h的有5台；额定能力为6 000 t/h的有10台。另有堆取料机2台。本次防爆阀的研究主要针对额定能力为6 000 t/h的悬臂式斗轮取料机。
1 悬臂式斗轮取料机
悬臂式斗轮取料机是专用的装卸机械，可以与翻车机、堆料机、皮带机、装船机等组成港口卸、取、装运输机械化系统。悬臂式斗轮取料机主要由行走机构、底座回转机构和平台、斗轮取料机构、臂架和臂架带式输送机、俯仰机构（变幅装置）、平衡梁架和配重、司机室、电气室及其他电气设备等组成，其作业范围大，可以连续进行提取作业。取料形式可分为阶梯分层取料和行走取料，2种取料形式都是由取料机整机行走、臂架俯仰和臂架回转这些动作相互配合来实现的。物料经过轮斗掉落到臂架带式输送机上，最后经过中心漏斗卸至料场带式输送机上运走。
1.1 悬臂式斗轮取料机主要参数
6 000 t/h悬臂式斗轮取料机主要参数见表1。
1.2 悬臂式斗轮取料机俯仰系统
悬臂式斗轮取料机俯仰是通过液压油缸顶升配重三角架梁中段来实现的。6 000 t/h悬臂式斗轮取料机俯仰结构示意图见图1。俯仰液压系统存在的主要安全隐患是设备在升降或支撑重物过程中管路突然失压，造成起升物突然下降，引起事故。造成这种情况的原因主要有：液压元件本身不合格，或者所选液压元件不适用于该液压系统；液压胶管爆管或胶管金属接头破损。悬臂式斗轮取料机都采用液压油缸作为升降的执行机构，通过液压油缸的伸缩提供直接的驱动力。液压油缸与液压回路之间通过液压胶管连接。液压胶管在液压缸反复伸缩的过程中会进行弯曲运动，容易发生破损。在臂架升降过程中，当负载发生较大变化时，液压系统会产生液压脉动。当脉动压力达到一定值时，高压胶管或金属接头会发生爆管或破裂。为了防止液压油缸不会因为失去背压而失控加速下落，造成悬臂式斗轮取料机失去稳定性而倾覆，须对液压缸采取相应的可靠性预防措施。
图1 6000t/h取料机俯仰结构示意图
2 防爆阀
防爆阀是一种超流量的自动保护装置，其基本原理是当管路中液压油流量超过一定值时，由液流产生的阀芯轴轴向力使其自动切断油路，具体是将流量信号转化为压差信号，压差克服弹簧弹力推动阀芯运动，切断油路。[1] 防爆阀可以有效防止执行机构因泄压失控引起的事故，具有质量轻、结构简单、反应迅速、流量可调、安全可靠等特点，现已广泛应用于液压系统中。在通常情况下，将防爆阀安装在液（气）压源和执行机构的出口处，再与管路相连。防爆阀结构简图见图2。
图2 防爆阀结构简图
防爆阀的B口连接执行机构（液压油缸），F口连接危险管路（高压胶管）。液压油从F口到B口可以正常流通，通过调节设定尺寸h可以调节防爆阀的动作流量。液压油从B口到F口由于阀芯和阀道节流作用会产生一个压力差，在液压系统正常的情况下，从B口到F口产生的压力差对滑动阀芯的作用力不会超过弹簧的弹力。滑动阀芯离开阀座，维持一定的开口度，液压油可以正常从B口向F口流通，油缸可以正常伸缩。如果遇到F端管路突然出现问题，例如F端高压胶管出现爆管泄漏，此时阀口两端压差迅速增加，从B口到F口的液压油流量也会迅速增加。当压差作用在阀芯上的力超过弹簧弹力时，阀芯会贴合阀座，防爆阀关闭，直到F端恢复正常压力后，防爆阀才能开启。
防爆阀的基本原理是利用阀的进出口两端流量差异引起的压力差和弹簧弹力的不平衡：当管路中流量在设定值内时，两油口之间的压力差对滑动阀芯的作用力小于弹簧弹力，防爆阀双向通流；当管路中流量超过设定值时，两油口之间的压力差对滑动阀芯的作用力增大，直至克服弹簧弹力推动阀芯运动，切断油路，单向过流截止，从而防止执行元件失控发生事故，直到恢复正常压力后，防爆阀才可以开启。[2] 即防爆阀中液压油由F口流向B口是自由通流，而从B口流向F口是有效流向，液压油流量小于预设动作流量时防爆阀开启，液压油流量大于预设动作流量时防爆阀关闭。防爆阀动作流量与压力关系曲线见图3。
图3 防爆阀流量与压力关系曲线
3 悬臂式斗轮取料机防爆阀选型
在防爆阀的选型中，如果所选防爆阀额定流量过小，易导致防爆阀超出其承受压力范围而损坏。损坏的防爆阀阀芯体和阀杆等部件会随着液压油沿管路进入到俯仰液压站液控单向阀中，使液控单向阀堵塞或损坏，导致俯仰液压站系统内压力无法保持，从而使臂架发生自落等异常情况。因此，在选型过程中，所选防爆阀的流量一般是液压油正常进出油缸流量的2~3倍。
目前，港务公司所有悬臂式斗轮取料机的俯仰系统均采用液压系统控制，通过2个俯仰油缸作为执行元件来实现俯仰。防爆阀是液压系统中一道非常重要的安全防线，在选型中必须考虑防爆阀压力和流量满足俯仰系统参数要求，满足防爆阀使用过程中安全性和稳定性的要求。由液压油缸（型号为YTELMP5/400/250/3000A10）和取料机主要参数可知俯仰系统泵的最大出口量为187 L/min，该俯仰系统为双缸同步液压系统，工作介质为46号液压油。
取料机防爆阀安装型式为RBE螺纹插装阀，防爆阀主要参数见表2。
RBE螺纹插装阀工作压力范围为1~35 MPa，黏度范围为10~380 mm2/s，工作介质选用矿物油，其允许的污染度为NAS 1638，污染等级为10级。在防爆阀使用过程中，须安装过滤器，同时定期更换滤芯确保其正常使用，减少磨损，延长使用寿命。在防爆阀安装过程中，通过调节阀杆上调节螺母和锁紧螺母的位置来调节设定尺寸h，达到调节防爆阀动作流量Q的目的。防爆阀动作流量设置既不宜过高，也不宜过低，液压系统压力必须在防爆阀工作压力范围内。防爆阀h-Q特性曲线见图4。
图4 防爆阀 h-Q 特性曲线
根据6 000 t/h悬臂式斗轮取料机俯仰液压系统的使用和安全要求，且单个液压油缸流量为89 L/min，应选择采用的防爆阀型号为RBE- R3/4-150，额定流量为150 L/min。
4 悬臂式斗轮取料机防爆阀安装位置改造
悬臂式斗轮取料机的防爆阀通常安装在俯仰油缸阀块上，F口通过高压胶管连接主管路，B口连接柱塞缸。当俯仰机构动作或整机晃动时，俯仰液压系统压力产生波动，使液压油缸阀块内的防爆阀瞬间承受强大的压力冲击，防爆阀在直接冲击过程中容易损坏。针对此问题，对防爆阀安装位置进行改造，在液压油缸原有阀块外部增加1个过渡阀块，防爆阀不再直接安装在液压油缸阀块内，而是安装在过渡阀块内，并由原来的横向安装改成纵向安装。防爆阀安装位置的改变导致在过渡阀块内形成1个90°的管路拐角。当液压系统产生压力波动时，液压油冲击力会先经过这个管路拐角后才会冲击到防爆阀上，起到缓冲的作用，从而减少防爆阀承受的压力冲击，防止防爆阀因承受过大的压力冲击而损坏。防爆阀安装位置改造示意图见图5。防爆阀改造效果见图6。
图5 防爆阀改造示意图
图6 防爆阀实物改造现场图
悬臂式斗轮取料机防爆阀改造是在其液压油缸原有阀块基础上增加过渡阀块，在过渡阀块上增加过滤网阀块，过滤杂质，保障液压系统的清洁。同时，在过滤网阀块上设置观察孔，便于观察、判断防爆阀的工况。
5 结 语
目前，许多大型装卸机械的防爆阀都直接安装在液压油缸阀块内，不利于工作人员观察防爆阀的工况，防爆阀也容易因液压波动而损坏。通过防爆阀安装位置的改造，可以有效提高悬臂式斗轮取料机俯仰系统的稳定性和安全性，降低防爆阀的损坏率，确保设备安全运行。
参考文献
[1]王丹丹,于哲.新型双向管路防爆阀在液压系统失压保护中的应用[J].液压与气动,2011(10):94-95.
[2]张红军,冯书亮,祖国栋,等.液压系统管路防爆阀原理分析及应用[J].建筑机械,2015(9):101-104.
本文转自港口科技微信公众号
