数控机床真空系统改进设计

数控机床真空系统改进设计（共11篇）

篇1：数控机床真空系统改进设计

我所前几年从国外引进某型号数控精加工精机床数台，被加工零件装卡一直采用硬装卡方式，去年我所开发的某系列产品中的一个关键零件需要在该机床上加工，因该工件为低强度薄壁件，不允许采用硬装卡方式，需采用真空吸附的方式，故我们对该机床进行了改造。设计了真空吸附控制系统，经过一年的试用表明，基本能满足使用要求，但效果不是太好。最近我们对真空系统进行了进一步的改造，使用效果非常好。它由真空泵提供真空源，在真空主管路上并联多台数控机床，实现多路真空吸附。为保证机床吸附口的真空稳定性，原有系统采用每台车床旁装真空瓶的办法，其体积较大，即不美观又妨碍工人现场操作。改进后在机房集中配置两个真空瓶，机床旁采用真空减压阀等一系列控制元件来提高真空的稳定性。现有系统结构紧凑，性能安全可靠，操作简单方便。

1.真空源 2.软尼龙管 3.单向阀 4.真空表 5.真空减压阀 6.2位3通阀 7.真空破坏调速阀 8.消声器 9.真空过滤器 10.机床吸盘

图1 真空控制原理图

工作原理

该真空吸附回路原理见图1。真空表4用于监测真空回路的真空值。当真空泵端因故突然停止抽气，真空下降时，带管接头单向阀3可快速切断真空回路，保持吸盘内的真空压力不变，延缓吸吊工件脱落的时间，以便采取安全补救措施。

根据半精加工及精加工要求不同吸力的情况，可通过真空减压阀5实现对吸盘内真空度的调节，调节范围为O～-O.1MPa 。其调节方法为预先设定被吸工件所需真空度压力值，然后将开关旋置于接通状态，旋钮式2位3通阀6旋到“吸”的位置，开始抽取真空。

因机房真空罐有足够的容积，当吸盘真空度达到减压阀5的设定值时，真空将稳定在该设定值。卸工件时将旋钮式2位3通机控阀6旋到“卸”的位置，则与真空泵段自动断开，关闭进气端，开启排气端，可根据需要调节真空破坏调速阀7控制放气速度，从而控制卸工件的快慢。真空破坏调速阀7的排气口安装有消声器8，可以降低噪音，

在机床吸盘与真空泵之间设置了真空过滤器9对油污、粉层起过滤作用，以防止真空系统中的元件受污染出现故障。

流量计算

已知各支路配管内径D为f7.5mm ，管长L为2m，查图2得出配管容积V为0.0881。查图3得出配管的有效截面积S为25mm2。

从切换阀到吸盘之间配管系统的最大流量达到真空度的63%时的吸着响应时间达到真空度的95%时的吸着响应时间T2=3T1=0.057min。

为了找出系统漏率，利用SMC(中国)有限公司的ZL112真空发生器代替真空泵联接控制系统做吸取试验。系统显示吸盘内真空压力只能达到-0.05MPa ，根据真空发生器的流量特性曲线查得吸入流量为15l/min，也就是单个系统漏率为15l/min。

图2 配管容积

图3 配管有效截面积

系统由2台15l/s、的真空泵提供，总流量口总为1800F15l/s。考虑六台车床同时工作的情况下每台绷末支路上平均流量Q平=285l/min>277.515l/s，即最终各支路流量可达285l/min，在响应时间内整个系统流量满足需求。可调节截止阀的有效截面积设定其流量值为27.5l/min。当某一支路泄漏而与大气接通时，此支路的漏率即为277.5l/min，考虑其它五台车床同时工作的情况下各支路的漏率为15+277.5/5 = 70.5l/min，每台车床支路上平均流量Q平=Q总/5-口漏＝289.5l/min>277.5 l/min ，即各支路仍可保证截止阀设定的流量值，在响应时间内各系统流量满足需求。因此当其中某一支路出现泄漏时不影响其它各支路的正常工作。

图4 流量特性曲线

外购元器件都是选用SMC(中国)有限公司，其产品性能可靠，经过使用证明整个控制系统操作简单，方便。

篇2：数控机床真空系统改进设计

（王永昌 , 张斌鑫, 王海程, 张谢祥；褚向前；机械设计制造及其自动化10-11班

机械与汽车工程学院）

摘要：在真空度测量方面，目前，已有从105Pa到 10-11 Pa的各种真空计。当今，根据真空应用中对真空计使用要求，热导真空计在工业的真空测量中占有重要地位，主要用于冶金、机械、化工、电子等科研和生产领域中的粗、低真空的测量。而其中数字式热偶真空计应用广泛，产品种类也比较多，但在宽量程、可靠性、抗氧化性等方面还有一定的提升空间。因此，数字式热偶真空计的研究设计有着重要的实际意义。关键词：热电偶；真空计；真空度；

一．项目背景及研究内容

真空科学与技术主要包括真空的获得和真空度的测量两个方面。真空的获得，即真空的产生和保持，它一般由机械设备实现，如利用机械真空泵等。真空度的测量，主要由传感器及其相应部件组成的真空测量设备完成。准确测量真空度、控制真空度对生产、生活、科学研究有着重要影响，对实验的成败和真空产品的质量都起到关键的作用。所以真空测量是真空技术的一个重要环节，真空测量具有重要的意义。

我们结合真空测量技术的发展历史，通过对国内外近几年真空测量设备新产品的分析可知，真空计的设计并没有在新原理、新方法方面取得较多的突破性进展，更多的是在原有基本原理基础上的改进和补充。真空测量技术的发展进入了一个相对稳定的时期。近些年来，由于电子技术和计算机技术的迅速发展，真空计又迎来新的发展，出现以单片机为核心的电子式真空计。电子真空计与传统真空计相比，测量上更精确、更稳定、更方便，还可以根据实际应用将仪器的功能进行扩展，具有较强的实用性。

热偶真空计以其性能稳定、抗沾污、抗氧化、价格适中等优点被广泛应用于低真空测量领域，但由于热偶规这种传感器存在着较强的非线性，致使在数据处理上存在一系列的问题。为了提高测量精度，必须对其非线性进行处理。用传统数值计算方法处理，计算量繁重、过程冗杂。对热偶规真空计的基本结构和工作原理加以研究分析，然后根据其特点提出具体的设计方案。本项目采用 Mathematica 数学软件中高次函数拟合功能，来拟合热偶规传感器的非线性特性，最后以热偶规管作为传感器，将被测环境的压强信号转换为微弱的电信号，经过信号放大和 A/D 转换，送入单片机数据处理、显示。本热偶规真空计以单片机为核心，可应用于低真空领域的真空度测量，其测量精度和稳定性满足实际需要，还可以根据实际应用将仪器的功能进行扩展，具有较强的实用性。设计的热偶规管真空计采用单片微机制作，充分利用其微机提供的硬件及软件资源，集成度高，可靠性强，功能适用，操作简便。

二．热偶真空计工作原理

热电偶真空计是利用气体分子的热传导现象,热电偶接在白金或钨的细线上。这段细线通过电流后会发热。发出的热量通过周围气体分子的热传导,或细线本身的固体热传导,或热辐射放出。利用气体分子承担的热传导量与压力成正比的特点是此真空计的原理。

一根在真空中被加热的金属丝，达到热平衡状态时，它所消耗的总功率 满足下列关系

QQrQsQcdQcv

其中：

(1)Qr:热丝表面因辐射的热损耗；Qs:热丝引线的热损耗；Qcv:气体对流引起的热损耗；他们分别为： Qcd:气体分子热传导造成的热损耗；

QI2RQrKr(T40T04)QsKs(TT0)QcdKm(TT0)PQcvKd(TT0)f(P)其中，I是热丝的加热电流，R 是热丝电阻，Kr 为与热丝表面尺寸有关的常数，和

0分别为热丝和管壁的热辐射系数，T为热丝平衡温度，T0为管壁和热丝支杆的温度，Ks为与热丝材质和尺寸有关的常数;Km 二为与气体种类和热丝表面积有关的系数， 为适应系数，Kd为与热丝表面、规管几何形状、气体种类和热丝方位有关的常数，P为气体压强。

由此不难看出，对于给定的规管，若保持加热丝温度T不变时，则(1)式可变为: I2CkmPkdf(P)

其中：

(2)Kr(T40T04)T0CRkr(T40T04)T0 KmRk(TT0)KddR当环境温度T0 一定时，C, Km和Kd 均为常数。

式(2)为定温式热导真空计的基本关系式。它表明，对于特定气体，在定温工作状态下，加热丝的加热电流是容器气体压强的单值函数。热偶真空计是通过与热丝接触的热电偶来测量热丝温度的(图1-1所示)[2]。因此，只要改变加热电流，使在任何压强下，始终保持热电偶输出电势不变，即可达到定温的目的。此时，P2(I2I0)；

其中, I0为高真空时加热丝的加热电流。这种定温过程可以通过手动，也可以通过自动动调节来实现。本设计是自动定温式热偶真空计。如前所述，定温式热偶真空计就是通过对规管加热电流的调节，使在任何压强下，热电偶输出电势始终保持不变，从而根据输入电流的大小来测定压强值，即真空度。图2-1是真空计测温简图

图2-1 热偶规测温原理

三．热偶真空计系统设计

系统整体结构如下图所示，本系统主要由热偶规传感器、信号放大电路、A/D转换电路、显示模块、单片机控制系统、按键和电源系统组成。电源系统给热偶规传感器提供一恒定电流，热偶规传感器将被测真空环境的压强信号转换为微弱的电压信号，将电压信号放大处理，经过A/D转换后送入单片机系统，在经过单片机系统的数据处理计算出测量环境的压强值，最后通过显示模块显示输出。

图3-1 热偶真空计系统框图

1．电源系统

本系统的电源由220V转5V 的AC/DC电源适配器提供，该电源模块参数如下： 输出电压精度Vo：1%;负载调整率：0.5%;输出电流调整率：0.5%;源效应：+0.2%;负载效应：+0.5%;波纹与噪声：Vpp1%;温度系数：+0.02%/oC;过载、过热保护（短暂）。

2．信号放大与处理

1）真空规管的选择

本设计采用ZJ-53B型玻璃热偶真空规管，该规管热容量很小的镍铬-康铜作为加热丝和热偶丝，经过稳定化处理具备环境温度自动补偿和粉尘防护功能。该型规管具有结构简单、量程较宽、响应较快、抗污染、耐氧化、漂移小、寿命长、性能稳定、价格适中等特点，是一种广泛应用的热传导式低真空测控传感器。主要技术 参数如下：

410测量范围：21101；

0加热电流：281.5mA;热丝冷阻:9.51(233C);热丝温度:401500C;

零散性为环境温度时，示值偏差不超过20%。2）真空规管的连接与加热 真空规管管脚的电气连接如图所示

图3-2 规管管脚电气连接 2、7 加热丝 4、5 热偶丝ZJ-53B 加热2、7管脚之间的热偶丝采用恒流源电路，电路图如下：

图3-3 恒流源加热电路 3）信号放大与A/D转换电路

信号放大电路的主要功能是将传感器测得的微弱电压信号进行适当的放大，便于信号处理，本设计信号放大部分采用斩波稳零运算放大器ICL7650。本系统 A/D转换电路选用ADS1286芯片。

4）信号处理和控制

本部分由主控单片机、LCM显示器、按键组成。主控单片机负责把从A/D转换器读取的电压值转换成压强值，并输出到LCM显示器上。

图3-4 信号放大与A/D转换电路

3.软件设计

本设计程序的编写主要在KeilC编译环境下进行，KeilC编译环境功能强大、支持C语言和汇编语言，内部更有强大的调试系统。1.初始化

初始化主要完成对单片机的初始化，初始化过程结束后进入等待状态，初始化过程如图

图3-5 初始化程序流程图 2.主程序

主程序通过循环调用各个功能模块完成相应的功能。

四．硬件连接及调试

篇3：数控机床真空系统改进设计

数控车床刀架是车床上的一个重要部件,用来安装各种切削加工刀具,其结构和PMC程序的可靠性会直接影响机床的切削性能和工作效率。数控车床常见的刀架分为立式转塔刀架和卧式转塔刀架两大类。 本文以某Qimate-TD系统数控车床为例,介绍了数控车床换刀PMC程序的应用及其改进。

1现有案例分析

某0imate-TD系统数控车床采用立式四工位转塔刀架,采用蜗杆传动,由定位销进行粗定位,由端齿盘啮合进行精定位。通过电动机正转松开刀塔并进行分度,通过电动机反转进行锁紧并定位,电动机的正、 反转由接触器KM1、KM2控制。刀架的刀位由霍尔元件检测和控制,4个刀位的信号分别为X7.0、X7.1、 X7.2和X7.3,刀架电机过载保护输入信号为X8.0。

刀架的控制过程如下:

(1)T功能选通。当执行T指令时,系统自动将刀具号转换成二进制代码,并将该代码存到PMC的F存储区的F26中,经过由参数3010设定的时间后,T功能选通信号(F7.3)变为1。

(2)T指令译码。在PMC侧,当T功能选通信号(F7.3)变为1时通过译码指令(DECB)将F26中的刀具号转换给R10。即当加工程序换1号刀时,对应的R10.1为1;当加工程序换2号刀时,R10.2为1;当加工程序换3号刀时,R10.3为1;以此类推。T指令译码PMC程序如图1所示。

(3)刀架正转。X7.0~X7.3为刀架实际刀号输出信号,当T功能选通(F7.3=1)时,若当前位置的刀号与加工程序的T指令刀号不一致,输出刀架电动机正转信号Y4.4;Y4.5为刀架电机反转信号,实现电动机互锁;F1.1为复位信号。刀架正转PMC程序如图2所示。

(4)到位检测。刀架电动机转动过程中通过霍尔元件检测实际刀位信号(X7.0~X7.3),当与T指令刀号一致时,发出刀架到位信号(R103.0=1),同时刀架电机停止正转。到位检测PMC程序如图3所示。

(5)刀架反转。当刀架到位信号(R103.0)为1、 刀架电机停止正转并在T功能选通(F7.3=1)后接通刀架电动机反转信号(Y4.5),刀架电机开始反转进行转塔的锁紧和定位。刀架反转PMC程序如图4所示。

(6)反转延时。经过(反转停止)延时定时器0001的延时(定时器0001设为1s)后,发出R103.1信号作为夹紧到位信号。反转延时PMC程序如图5所示。

(7)换刀结束。夹紧到位后并且指令刀号(R10.1~ R10.4)为1~4时,发出T功能完成信号TFIN (G5.3)。当完成信号(G5.3)保持1的时间超过由参数3011设定的时间TFIN(标准设定为16 ms)时, CNC将选通信号(F7.3)设定为0。PMC在选通信号(F7.3)变为0的时刻将完成信号(G5.3)设定为0,接着CNC将F26中的代码信号全都设定为0,T功能的顺序全部完成。换刀结束PMC程序如图6所示。

(8)报警信息。当电机过载保护开关(X8.0)断开时发出电机过载报警(A0.2),如图7所示。

2存在问题

对现有的PMC程序分析后,发现存在以下几个问题:

(1)由于该程序只对1号~4号刀进行了响应处理,故当程序遇到T指令超出范围时,PMC程序和T功能就永远无法完成,且没有任何报警提示。

(2)当程序中T指令刀号与当前刀号一致时, PMC仍执行刀架电机反转锁紧定位,这样容易导致刀架锁死。

(3)系统还缺少对整个换刀时间的控制,即当刀位信号故障时,刀架电动机会一直正转寻找目标刀号且不会停止。

3解决办法

由于PMC程序逻辑性较强、程序之间存在相互制约关系,为了解决以上存在的问题并且尽量保留原有程序,因此作出以下修改。

3.1保留某些原有程序

保留原来的T指令译码(图1)、到位检测(图3)、 反转延时(图5)的PMC程序不变。

3.2增加以下程序

(1)对T指令刀号进行合法判断。通过范围比较指令RNGB判断T指令刀号是否在1~4范围之内。 若1≤F26≤4,则输出R100.0=1作为换刀执行条件; 否则R100.0为0,同时输出T代码错误报警。这样就可以避免出现第一个问题。T指令合法判断PMC程序如图8所示。

(2)刀架启动指令。当前刀号与指令刀号不一致(R103.0=0),同时没有T代码错误报警、刀架故障(A0.2)和急停报警,系统发出换刀启动指令(R100.2= 1)。用换刀启动指令作为刀架执行正转、反转的条件, 可以有效地避免程序中T指令刀号与当前刀号一致时PMC仍执行刀架电机反转锁紧定位;并且由于刀架故障(A0.2)信号包含了刀架过载与换刀时间过长两种情况,故可以避免第3个问题的出现。刀架启动指令如图9所示。

(3)换刀超时处理。当整个换刀过程超过定时器0002设定的时间后,输出R100.3信号,如图10所示。

3.3需修改的程序

(1)刀架正转程序如图11所示。

(2)刀架反转程序如图12所示。

(3)当换刀超时(R100.3)或者刀架电机过载(X8.0=0)时输出刀架故障报警(A0.2=1);当T功能选通、T代码超出范围(R100.0=0)时输出T代码错误报警(A0.3=1)。报警程序如图13所示。

(4)当T指令与当前刀号不相同时产生换刀启动指令(R100.2=1),直到刀号一致(R103.0=1)并且反转夹紧(R103.1=1)后认为T功能结束(G5.3=1); 当T指令与当前刀号相同时(R103.0=1),不产生换刀启动指令(R100.2=0),同样认为T功能结束。换刀结束程序如图14所示。

4结束语

该数控机床的换刀程序经过以上修改后,通过现场反复运行试验,很好地避免了文中提到的几个方面的问题:即当刀架无须换刀时再也不会出现只反转锁紧的情况,同时系统既对无效刀号进行了报警处理,又对整个换刀过程加上了时间控制。

摘要：主要介绍了某0imate-TD系统数控车床换刀PMC程序,详细分析了PMC(Program Machine Control)程序设计思路及其存在的问题,并对相应问题提出改进措施,最后针对具体问题设计出了合理的PMC程序。

篇4：一种组合机床液压系统的改进

关键词： 液压系统 压力控制 蓄能器

1.引言

组合机床因其自动化程度高，加工效率高，广泛应用在现代制造业中。而组合机床的液压控制系统则是一台组合机床的关键部分，其工作质量高低将直接影响机床工作性能好坏。某公司生产的专用组合机床在工作过程中经常出现油缸漏油、执行动作不同步等故障，严重影响该组合机床的工作效率，必须对该组合机床的液压系统进行维修。

2.组合机床液压系统工作原理分析

图1为组合机床液压系统原理图，该液压系统由三组叠加阀组成，分别控制三个立式滑台，由于立式滑台有重量，分别配以两个平衡油缸作为立式滑台的配重，液压动力是由变量叶片泵分别供应配重系统和驱动立式滑台上下的动力。

三组油缸的工作过程是：A组是由叶片泵提供的压力经减压阀→单向阀→油缸；B组分为两部分，一部分是由变量叶片泵提供压力经减压阀→电磁阀→液控单向阀→节流阀→二工位立式滑台的主油缸。另一部分是由A组减压阀调定的压力→B组液控单向阀→二工位平衡油缸。C组也是由两部分组成：一部分是由叶片泵提供的压力→减压阀→电磁阀→液控单向阀→节流阀→三工位立式滑台主油缸。另一部分是由经A组减压阀调定的压力→C组液控单向阀→三工位配重油缸。

由图1可以看出三组平衡油缸的压力是由A组减压阀调定的，而使平衡油缸压力保持平稳是由安全阀D维持的。

3.组合机床液压系统的主要问题及改进措施

3.1组合机床液压系统的主要问题

由图1可以看出，三个立式滑台的配重油缸的压力保持平稳，是由安全阀D维持的：A组滑台下降时，使平衡油缸下腔的压力增大，从而使安全阀D溢流口打开，使之泄压，由安全阀D设定的压力保持平稳。B滑台下降时，使驱动滑台的主油缸上腔压力增大使平衡油缸的下腔压力同时增大。当达到液控单向阀设定压力时，液控单向阀打开，经D安全阀使之泄压。可见，也是由安全阀D设定的压力保持平衡的。C滑台同样如此：下降时，使驱动滑台的主油缸上腔压力增大，同时平衡油缸的下腔压力增大，当达到某一值时，液控单向阀打开，经安全阀D泄压保持压力的平稳。实际生产过程中，三个滑台上下运动是同时的，导致安全阀的泄压不能及时完成，平衡油缸的压力忽高忽低，A组滑台的驱动系统经常出现故障，B和C滑台的驱动油缸密封件易损坏，三个滑台的下降位置定位不准。实际生产过程中，A组滑台下降的位置定位要求较高而平衡油缸的压力不稳，导致A组滑台下降位置的准确度达不到生产的工艺要求，且配重液压系统和驱动滑台上下的液压压力是由一个变量叶片泵提供的。当安全阀D泄压时，导致泵的负荷加大，从而使泵经常出现故障。

3.2改进措施

把安全阀D改成由蓄能器替代。因为蓄能器有辅助动力源、保压、补充泄漏、缓和冲击、吸收压力脉动的作用。由于A滑台下降位置准确度要求较高（定位准确度要求较高），把A滑台平衡油缸的下腔口安装一个单向顺序阀，如图2所示。由于实际生产过程中，三个滑台要求同时动作，改进后，平衡油缸的压力非常平稳，即使有波动也由蓄能器吸收，从而使三个滑台下降位置定位准确。在A滑台的平衡油缸上加了一个单向顺序阀，保证加工时滑台下降位置定位更加准确，变量叶片泵的故障率和密封件损坏的故障率大大降低。

4.结语

该液压系统的改进充分考虑了平衡回路的特点，利用蓄能器和单向顺序阀固有的作用，保证了工件的加工精度，缩短了加工工件的时间，从而大大提高了生产效率。该液压系统改进后经安装调试，成功地完成了试制，经过一年多生产检验，证明这个方案切实可行。

参考文献：

[1]左键民.液压与气动技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]雷天觉.液压工程手册[M].北京：机械工业出版社，1990.

篇5：数控机床真空系统改进设计

铁路站场固定式真空地面卸污系统设计

摘要：汉口火车站客整所采用了固定式地面真空卸污系统收集旅客列车污物箱中的污水、粪便,介绍了该系统的工艺流程及主要设备,并详细给出了该系统各组成部分(包括卸污终端、管网、真空站等)的`相关设计参数的选择和计算方法.作 者：段金明    周敬宣    林洪    阳国柱    DUAN Jin-ming    ZHOU Jing-xuan    LIN Hong    YANG Guo-zhu  作者单位：华中科技大学,环境科学与工程学院,湖北,武汉,430074 期 刊：中国给水排水  ISTICPKU  Journal：CHINA WATER & WASTEWATER 年，卷(期)：, 22(18) 分类号：X703.1 关键词：铁路站场    固定式地面卸污系统    真空站   

篇6：数控机床真空系统改进设计

电机真空干燥罐是铁路机车检修生产的重要工艺装备, 其稳定性和可靠性对保证安全生产非常重要。电机真空干燥罐改前液压系统原理如图1 (虚线部分除外) 所示。开门时, 液压缸活塞往里收, 关门时, 活塞往外伸。由于罐门自重作用, 无论开门还是关门, 液压缸活塞始终受到向外的拉力。

二、常见故障分析

1. 罐门关闭过程中产生剧烈振动

罐门能正常开启, 但是在关闭过程中逐渐出现强烈振动, 悬臂处振幅高达300mm, 干燥罐整体晃动, 操作人员每次关门都提心吊胆, 中间都要停顿数次。首先对系统采取加油、排气等措施, 故障依旧, 于是调整双单向节流阀, 加大进油腔的进油速度, 减小出油腔的出油速度, 使负载带着活塞运动的速度小于进油腔的进油速度, 振动逐渐消失了。

产生上述故障的原因有两点, 一是系统中进入了空气, 二是负值负载的作用。由于关门时负载的方向和液压缸活塞运动的方向一致, 如果负载带着活塞运动的速度大于进油腔的进油速度, 就会造成进油腔压力迅速下降, 活塞运动失控, 液压缸就会产生振动。此外, 进油腔压力下降, 会导致回油路液控单向阀暂时关闭, 液压缸运动暂时停止, 进油腔压力回升后, 回油路液控单向阀再次开启, 液压缸运动又恢复, 如此反复, 便使负载在下落的过程中产生较大的冲击和振动。

2. 开启罐门的液压缸不动作

油泵电机能正常运转, 压力表示值6MPa, 在正常范围。按电磁换向阀的控制按钮, 能听到换向阀阀芯动作发出的“叭、叭”声。直接用螺丝刀反复顶动阀芯, 液压缸依然没有动作。于是排除从油泵到换向阀之间的液压元件问题, 重点怀疑双液控单向阀, 将其通往液压缸的油管接头松开, 观察压力油能到达, 松开液压缸的回油管接头, 有压力油喷出。松开双液控单向阀的回油出口接头, 没有油液流出, 至此, 可以判断双液控单向阀有问题。拆下解体检查, 发现有0.5mm大小的黑色异物将阀芯卡死, 造成单向阀不能打开, 液压缸内的液压油无法回流到油箱而无动作。清除异物并清洗阀芯, 清洗油箱且换油后再次运行, 故障消除。

运行一段时间后再次出现同样故障, 还是液压缸不动作。启动油泵后系统能建立正常压力6MPa, 但是只要一操作换向阀, 压力马上就降到2MPa左右。怀疑是换向阀或双单向节流阀内漏, 解体检查未见异常。于是怀疑油泵有问题, 松开油泵出油管接头, 启动油泵后流量相当小。将油泵从油箱上拆下, 发现油箱里的油粘稠成粥样, 滤油网被堵死。原来是之前换油时, 油库没有合适的液压油, 就用普通机械油代替, 当时气温较高, 还能正常使用, 在处于最寒冷季节的时候, 油液变粘稠 (不排除油箱进水, 油液乳化加剧变粘稠的可能) 。更换合适的液压油后, 故障消除。

3. 液压缸不能锁闭

液压缸不能锁闭, 罐门开启后在自重的作用下又自动关闭。先解体检查双液控单向阀, 发现阀内密封圈损坏严重。从损坏情况看, 是以前检修拆装时被阀体油口上的刃口切割所至。更换密封件并小心装配, 启机试验, 状况有所好转, 但是液压缸还不能完全锁闭。进一步解体检查液压缸, 发现活塞密封件部分碎裂, 已不能起到密封作用。更换活塞密封后, 故障消除。

三、液压系统改进

1. 液压控制阀的改进

为了消除负值负载的不良影响, 避免关门时发生剧烈振动, 可以在液压缸回油腔 (关门) 后增加一个平衡阀。由平衡阀在工作回路中建立起一定的背压, 使液压缸的主工作腔产生负压, 因此不会发生像双向液压锁那样的冲击和振动。此外, 平衡阀在液压回路中可以闭锁液压缸中的油液, 使液压缸不会因负载重量而下滑, 和液控单向阀构成双保险。

2. 滤油器的改进

原设计滤油器是箱内普通吸油过滤器, 存在维修工作量大、不能及时发现滤芯堵塞、容易造成油泵吸空故障等问题。因此考虑改为TF-25×20L-Y型箱外自封式吸油过滤器, 该型号滤油器具有滤芯污染发信器与油路旁通阀。当滤芯被污染物堵塞到出油口真空度达到一定程度时, 发信器便发出信号, 提醒及时更换或清洗滤芯, 如此时不能马上停机或无人更换滤芯时, 油路旁通阀会自动开启, 以避免油泵出现吸空。

该滤油器有自封阀, 使更换滤芯或维修系统十分方便。当更换、清洗滤芯或维修系统时, 只需旋开滤油器端盖 (清洗盖) , 自封阀自动关闭, 隔绝油箱油路, 使油箱内油液不会向外流出。如顶开自封阀, 又可作油箱向外放油之用。因该型号滤油器可直接安装在油箱外部, 滤油器滤头露在油箱外且使管路省去装截止阀等附件, 从而使管路简化。

3. 增设测压排气接头

为便于检查油路压力, 在系统的几个关键点 (2、3、5、6、7) 增设测压排气接头。测压排气接头内有自封阀, 平时自封阀关闭, 当用带顶针的测量软管或测量接头相对接后就能将自封阀打开, 便于检测系统压力和排出系统内的空气。

摘要：电机真空干燥罐液压系统运行振动、液压缸异常停止、自动下滑等故障分析, 采取增加平衡阀、使用自发信号滤油器、增设测压排气接头的改进方法。

篇7：真空泵系统的设计方法探讨

关键词：水环真空泵；工作原理；气蚀；设计方法

随着科学技术水平的不断提高，真空技术得到了长足的发展，在社会经济建设的各个领域得到了广泛的应用，发挥了巨大的作用。水環真空泵是一种具有较多优势的真空泵系统，因其结构简单便于维修、配置灵活，在工业生产中得到了普遍性的应用，尤其是用于真空干燥、过滤、浓缩、送料、蒸发、引水等。真空泵系统在运行过程中，可能因设计或使用不当而导致设备损坏，文章基于对水环真空泵工作原理等内容的分析，找出可能导致真空泵系统运行失效的原因，进行设计方法改进方面的探讨。

一、水环真空泵工作原理及其优缺点

水环真空泵是粗真空泵，极限真空在2k-4kPa，水环泵与罗茨泵组成机组的极限真空在1-600Pa。水环泵常用于自吸水泵和石油化工、矿山、食品、机械、轻工等工业部门，随着真空应用技术的快速发展，水环真空泵在粗真空获得方面的地位得到了足够的重视，基于等温气体压缩的原理，水环泵可抽除易燃易爆、含尘含水气体，在真空过滤、引水、浓缩、脱气、回潮等工艺过程中应用极为广泛。

水环泵工作原理：泵体内以水为工作液，泵轴带动安装于其上的转子旋转时，工作液在离心力作用下被叶轮抛向四周，水形成接近等厚的封闭圆环，上部分与叶轮轮彀相切，下部分与叶片顶端相接触，形成月牙空腔，被叶轮分成等同于叶片数目的小腔，随转子转动月牙腔容积不断变化，右边腔形成吸气室，左边腔形成排气室，气体由进气管被吸入，随转子旋转使气体被压缩，最终由排气管排出。由此可见，水环泵借助泵腔容积变化对气体进行压缩，从而实现吸气与排气，是一种变容式真空泵。泵体内的工作液随排气管进入循环水罐后气液分离，工作液经冷却后成为液体循环使用，从而降低了真空泵系统的能耗。

水环泵优缺点：水环泵的优点主要在于结构简单紧凑、便于操作维修、泵腔内磨损小等等，对制造精度的要求不高，占地面积也小，无须对泵腔内润滑，工作平稳可靠；水环泵的缺点主要在于效率低、真空度低，由于水环泵是粗真空泵，且结构简单，效率通常在30%至50%左右，真空度受真空泵系统结构和工作液饱和蒸汽压等因素的限制极限压强仅为2k-4kPa。但是由于水环泵气体压缩过程保持等温，因此能够用于抽除易燃易爆气体，而且泵腔内磨损小，可用于抽除含尘含水气体，基于这些突出的优点，虽然水环泵效率不高，真空度也较低，但在工业领域的应用仍十分广泛。

二、可能导致水环泵系统运行失效的因素

1.汽蚀产生路径

工作液在泵腔内形成气泡后，在压缩过程中气泡破裂，在气泡形成、破裂过程中会一定程度上损坏水环泵的金属表面，造成气蚀损坏。在吸气端、压缩区域等气泡形成或破裂部位的金属表面会形成点蚀现象，甚至可能形成蜂窝状损坏。真空泵损坏很大程度上是由气蚀造成的，据统计高达50%的真空泵损坏与气蚀因素有关，具体表现为叶轮裂纹、端盖穿孔，影响真空泵系统的稳定运行。因此，如何避免气蚀产生是保证真空泵系统安全可靠运行的重要工作，需要在设计过程中予以重视，进行预防。

2.温度对抽气量、气蚀的影响

水环泵工作过程中被抽系统与吸入区域的压力一致，而工作液在特定温度下有一定的饱和蒸汽压，吸入区域压力与工作液饱和蒸汽压相近时，工作液趋向汽化状态，吸入区域的液体表面会产生气泡，这些气泡占据了泵腔的空间，降低了真空泵系统的吸气能力，导致抽气量下降。由于水温越低工作液的饱和蒸汽压越低，而泵腔内的绝对压力越接近工作液的饱和蒸汽压，工作液越容易产生气泡形成气蚀，因此选择适合的工作液温度至关重要，工作点在5kPa下水温18℃下处于安全区域，而当水温为26℃会形成气蚀现象，这需要在设计与使用过程中予以注意。

三、真空泵系统的设计方法

1.降低工作液温度的设计方法

根据上文的分析，归纳出真空泵系统工作液温度升高的主要原因在于气液与设备摩擦、气体压缩、进气温度高等，因此在真空泵系统设计过程中应着重于降低工作液和进气温度，以避免气蚀现象的发生。

真空泵系统工作液的温度在特定吸气压力下应处于安全区内，蒸汽压应控制在高于气蚀区域与安全区域相交饱和线水温相应蒸汽压0.85kPa；降低进气温度以降低工作液温度，也能够避免气蚀现象发生，加快干燥速度，从而大幅度提高利用率，可以选择在真空泵系统进气端加设凝汽器，结合设备抽气量准确计算出换热面积，对进气进行冷凝，将其温度降低到露点温度以下，使压力降低，从而形成压力梯度，加快物料干燥速度，减少干燥时间。实验证明，加设凝汽器可以有效提高干燥速度达50%，在真空泵与干燥设备连接处安装冷凝器能够确保进气温度降低后进入泵腔内不会升高太多，使水循环换热面积得以减少，从而起到保护设备、保护环境、提高利用率的作用。

2.加设防气蚀管路

水环真空泵出现气蚀现象时，具体损坏表现为气泡破裂导致叶轮、泵壳出现点蚀现象，因此可借助引入常压气体来避免气蚀现象的发生。具体设计方法为在真空泵压缩过渡区引入大气，钻孔后安装防气蚀管路，这样当气泡因被压缩而破裂时，由防气蚀管路进入的大气可补充气泡破裂产生的空间，从而大幅度降低气蚀对设备的损害，减少真空泵运行中受气蚀影响而产生的噪声和振动。

3.选择适合的工作液

液环真空泵的工作液可以选择水、油等液体，不同工作液的饱和蒸汽压不同，流动性、气体相容性也都有所不同，选择适合的工作液能够有效减少气蚀，并在一定程度上提高真空度。然而需要注意的是，选择水以外的工作液可能带来较严重的污染问题，需要采取相应措施进行工作液污染问题的处理。因此在真空泵系统的实际设计过程中，需要综合考量，不能为避免气蚀而忽略污染等问题，这样才能更好的保障设备的稳定可靠运行。

结语：

随着时代的发展，工艺技术不断进步，人们的环保、节能意识也不断提高，在真空泵系统的设计过程中不仅要考虑设备功能需求，提高设备的利用率与稳定性，还要重视环境安全，考虑到资源与能源的节约。因此真空泵系统的设计，需要综合考虑上述因素，方能有效保障设备的实用性，使其得到大范围的推广应用，为工业发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1]葛中民.机械设计基础[M].北京：中央广播电视大学出版社，1995.

[2]徐成海，等.真空工程技术[M].北京：化学工业出版社.2006.

篇8：数控机床真空系统改进设计

WZ1134D型真空回潮机, 属行业内先进设备, 具有性能稳定、工作可靠等特点;具备监控系统、网络监控、高速显示、自动、手动、应答等多种控制功能。但在生产使用中, 真空回潮机暴露出传动系统故障多, 传动轴易偏斜, 锥形石墨套更换频繁, 密封组件使用寿命短, 对连续化生产造成较大影响, 故障维修任务重, 维修费用高;箱体密封性差, 导致真空度不够, 烟叶回潮效果差, 对生产工艺质量造成较大影响。

一、真空回潮机主传动系统的原理及故障分析

通过查阅设备运行记录发现, 主传动系统故障停机时间占真空回潮机故障停机时间的62.86%, 严重影响了设备的正常运行和回潮质量。

(一) 真空回潮机主传动系统原理。

真空回潮机主传动系统是负责传递动力, 使得真空回潮机完成进箱、出箱工作, 从而达到真空回潮机的运转性能的驱动系统。

真空回潮机主传动系统主要由主传动轴、副主轴、减速机、积放链条、链条导轨、箱体动密封组件、锥形套等组成。

减速机提供动力, 通过联轴器带动主传动系统运转。主传动轴通过法兰与副主轴连接, 锥形套安装在副主轴上, 通过底座固定, 对主传动轴进行定位。

密封组件安装在主传动轴与箱体的结合处, 采用锥形套对主传动轴进行定位, 并保持主传动轴与箱体的动密封。

(二) 故障分析。

一是锥形套定位能力差;锥形套为石墨成型, 具自润滑性, 在高温高湿的环境中摩擦阻力小, 但材质偏软, 由于主传动系统的负载大, 锥形套在磨损较轻的情况下已先出现碎裂、变形等现象, 导致锥形套失效, 失去定位作用。主传动轴发生窜动、偏斜, 联轴器因咬合缝隙变大出现损坏, 密封组件因轴的偏斜失去密封作用, 箱体真空度降低。二是积放链条及导轨均选用不锈钢材质, 箱体内积放链条磨损严重;导轨及链条有明显磨损痕迹;链条下方槽内积存大量的金属屑。查阅机械设计手册, 不锈钢材质的摩擦系数达μ=0.47;且同等材料之间摩擦系数较高。半年即需要更换一次链条, 维修费用高;摩擦阻力大也是造成石墨锥形套频繁损坏的因素。

二、改进方案与措施

改进时首先考虑锥形套的选材, 在提高其韧性及硬度的同时, 保持有较好的耐磨性及较低的摩擦系数;在副主轴端安装推力轴承进行轴向定位, 限制传动轴的轴向窜动。并对导轨进行设计, 降低摩擦阻力。

(一) 锥形套的设计。

锥形套的选材, 在提高其韧性及硬度的同时, 保持有较好的耐磨性及较低的摩擦系数。

1. 材料的选择。

通过对以上几种材料性能的论证及对比, 从耐承载性能、减摩性、机械强度、耐磨性、高温高湿环境等方面进行综合考虑, 黄铜及聚四氟乙烯材质性能良好, 故选择其为零件加工材料。

2. 锥形套的测绘。

3. 零件加工及对比试验。

零件加工后, 将聚四氟乙烯及黄铜材质零件分别安装到A、B箱体的主传动系统中, 进行设备运行比对。在试验期间, 采用黄铜材质的锥形套维修工时为0.3小时/月, 采用聚四氟乙烯材质的锥形套维修工时为1小时/月。拆开主传动系统进行检查, 更换零件后对主轴及底座无磨损、无损伤, 显示黄铜材质及聚四氟乙烯均可用, 但从零件寿命来看, 黄铜材质明显优于聚四氟乙烯材质, 故选用黄铜材质为最佳用材。

(二) 增加推力轴承进行轴向定位。

1. 轴承选型。

针对改进方向, 需要安装使用平面推力轴承。为此进行平面推力轴承的选型工作。

此轴承是由一个平面圆柱滚子和保持架组件、一个轴承座定位圈和一个轴定位组成。

通过查阅机械设计手册, 进行各型平面轴承的选型。

注:数据采自《机械设计手册》第四卷第28篇《滚动轴承》。

结合主传动轴尺寸, 及轴承受力情况, 选用F8-19M。

2. 平面轴承的安装。

测量副主轴端面距箱体壁的间距, 制作底座固定在箱体壁上, 推力轴承安装在底座里, 使推力轴承与副主轴保持1～3mm的间距。使推力轴承起到限位作用, 当传动轴发生轴向窜动时, 限定主传动轴的位置。

(三) 导轨的设计改进。

1. 对导轨进行测绘, 依照测绘尺寸进行制图。如图4所示:

2. 进行链条导轨的选材。要求导轨在保持机械强度的同时 (即有足够的耐负载) , 并有效降低摩擦阻力。查阅机械设计手册, 各材料性能如表3所示。通过对选定的几种耐磨材料的论证及数据对比, 从耐磨性、减摩性、机械强度等方面进行综合考虑, 选用尼龙材质的耐磨条。

3. 依据测绘数据, 外加工尼龙耐磨条, 并安装试验。

三、改进后效果

改造后, 2012年3月至9月对真空回潮机故障停机时间及主要原因进行统计, 并与改造前 (2011年6月至12月) 的数据进行对比, 绘制图表如表4所示。

从表4数据可以看出:改造后, 通过6个月的运行, 真空回潮机主传动系统故障率由改造前占设备故障率的62.86%降低到了16.7%, 故障停机时间也由原来的35小时降低到9小时以下, 主传动系统故障停机时间较长的问题得到了有效的解决且制作成本低。2012年10月, 现场拆验, 制作的黄铜材质锥形套磨损程度低, 耐用性好, 对主传动轴的定位良好;尼龙导轨基本无磨损, 对链条无摩擦伤害, 运行轻便, 无噪音。

参考文献

[1].哈尔滨工业大学力学教研室.理论力学[M].北京:高等教育出版社, 1996

[2].刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社, 1992

[3].葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2006

篇9：数控机床真空系统改进设计

【摘要】真空退火炉利用稀有金属材料，如：钛、锆等，真空退火。真空退火炉具有容积大、温控精度高、温度差异小、结构简单，可靠性高的特点。真空退火炉根据工艺流程利用工业人机交换界面的电气控制的设计方法，主要以PLC为核心，来实现炉体的恒温控制。还利用上位机进行实时监控，监控现场工况。从而该控制系统达到了工业的工艺流程和控制要求，系统稳定可靠。

真空退火炉主要是由电气控制系统、电机系统、高真空系统、炉体系统和外围系统构成。高真空系统主要由高真空机组组成，主要用于抽空炉体和维持真空。其优点如下：第一，退火改变了晶体的结构，消除了内应力以及软化材料。第二，防止了氧化脱碳脱脂，从而提高了表面的光亮度以及力学性能。第三，炉体容积大，温度控制精度高，温区温差小，系统稳定。第四，炉温控制系统复杂，该数据具有时变性、非线性以及滞后性的特点。所以随着加热时间增加、加热温度的升高和真空度的增大，将产生不同的退火效果。第五，可编程控制器（PLC）结构简单、抗干扰能力强、通用性好，可以很好的提高系统的稳定性和准确性，从而提高生产效益。本设计中采用以PLC为核心，闭环控制PID功能模块来实现恒温控制，达到炉温控制。利用PLC编程软件中的梯形图语言进行编程，来控制整个过程。上位机监控系统包括工况监控中的真空和温度画面的监控，使数据能够实时反映和控制。

1、真空退火炉的总体设计

1.1 真空退火炉的构成

真空退火炉是利用外循环式、单室內加热的方式，是一种快速冷却卧式的电阻炉。真空退火炉由炉体系统、传动系统、高真空系统、加热系统和冷却系统构成。

1） 炉体系统：炉体系统是由炉门、炉体外壳、加热室和电阻带。炉门的开关为自动控制，是利用紧压缸传动装置来控制的。炉体外壳是采用了圆筒形的结构，不锈钢材料。炉体有多个加热温区，每个温区有电阻带加热。

2） 传动系统：传动装置是指料架、平板车和电动机的控制。将工件放在料架上，并且将工件的料车都放在平板车上。将其放入炉门口，由电机控制传送。送到炉口时，限位开关关闭，再将其托送到炉内加热区，也是由电机控制装置驱动。

3） 高真空系统：由真空机组组成，都位在炉体的一侧，每套真空机组的组成是扩散泵、罗茨泵、维持泵、断路器、接触器和相应的管道，主要作用是控制驱动泵的启停以及电磁阀门的开关。真空系统的控制程序是机组的顺序控制，其顺序为：第一，对的扩 散 泵 预 热的控制。第二，对炉体的粗抽阀门和高真空阀门的控制。

4） 加热系统：加热系统的加热方式是电加热，是利用电阻带进行加热。炉内分布着不同的温区，也设置了相应的控温设备。炉体加热程序是对加热器的控制，根据炉内的温度曲线进行控制。当炉内的真空度小于设定值时，进行加热。

5） 冷却系统：冷却系统的降温方式是利用水冷却的方式，使炉内以及真空泵降温。炉体利用在外壳夹层中进行水循环，外壳缠绕着水管。真空泵也布置了水管。

1.2真空退火炉的工艺过程

真空退火炉的工艺过程为：送料、抽真空、加热、冷却、真空释放、工件出炉。其中钛材料的送料和工件出炉是控制系统的次要部分，主要部分是真空控制和温度控制。上位机的启动和监控、电动机的启动、料车的控制紧压缸装置的控制、真空泵的控制以及冷热系统的控制都其中的控制部分。上位机启动进行监控，进而电动机启动控制料车送料，送入炉内，炉门关闭，真空泵开启，进行抽真空。抽真空完毕后，关闭真空泵，进行加热和冷却。最后，开启炉门，真空释放，工件出炉。

1.3 控制系统的硬件设计

西门子PLC能控制多种功能和指令，能满足真空退火炉的工艺要求和控制要求。本设计的控制系统硬件由工控机控制，控制系统采用分布式的I/O控制方式，系统由工控机、PLC控制系统、工业触摸屏组成。工控机主要用于系统的监控，对工作状态实时显示，还有参数的设定和修改的功能。PLC控制系统主要用于接受一些实时的信号和数据，并对数据进行分析和处理，进而控制整个系统。包括热电偶的参数采集和设定，各个行程开关的信号采集与处理，料车的速度与位置的数据处理，还有真空系统、加热系统的数据控制。上位机采用工业计算机IPC-610H系列，下位机采用西门子中的PLC S7-300系列，进行对各个传感器数据的处理，从而达到整个系统的控制，包括逻辑控制、恒温控制，以及故障报警的控制。将真空退火炉的工作状态传送到上位机中。PLC系统与上位机通讯，获取真空退火炉的实时数据。根据此设计的要求选取PLC的扩展模块，选取数字量输入模块作为接受主要电气、检测开关等的输入信号，还要选取数字量输出模块作为控制阀门和真空泵的执行元件。CPU模块作为核心模块，功能如下：第一，实时反映温度、压力等参数给上位机。第二，实时控制整个系统。根据扩展模块的数量和程序的复杂程度选择

2、结论

1）针对真空退火炉的工艺要求，西门子PLC满足了多温区的恒温性和高真空的精度，实现了连续的PID 控制，充分保证了系统的稳定性和准确性，满足了工业企业的要求，降低了成本，提高了工作效益。

2）工控机IPC、西门子PLC S7-300系列以及工业触摸屏等系统实现了实时监控、实时数据采集和处理，达到了方便化，自动化的时代要求。还实现了上位机监控以及下位机控制的功能。

3）通过实践表明，真空退火炉抗干扰能力强，具有良好的控温精度、调整时间短、超调量小等优点。通过以往的数据表明，真空退火炉的设计没有出现过电气故障，操作安全，具有良好的发展前景。

参考文献

[1]杨卫林.真空退火炉电气控制系统改造.《节能》，2010年10期 .

篇10：数控机床真空系统改进设计

自吸泵以其具有自吸功能的特点, 在某些场合下比一般离心泵方便可靠, 因而正在被广泛使用。在使用、评价自吸泵的特性时, 除了一般离心泵的性能要求外, 还需要增加泵自吸性能方面的指标。自吸性能通常是用自吸时间和自吸高度来衡量。如果一台自吸泵的自吸高度很高, 说明其抽真空的能力很强, 能达到较高的真空度。如果在某个固定的自吸高度下, 自吸泵的自吸时间很短, 说明其的抽气能力很强, 排气量大。

某厂废水接收及转运系统主要承担废水接收以及对外转运的任务。主要设备包括了一个接收槽01C、两台废水泵01P-02P和四个阀门01-04V等。工艺流程简图如图1所示。其中两台废水泵为自吸泵, 最大自吸高度为5.2m。泵安装高度相对接收槽底3m, 泵吸入管口距接收槽底20mm。

在系统安装完成之后, 进行自吸泵输送试验时, (1) 接收槽液位560mm, 已淹没吸入管口, 抽吸不出水; (2) 将接收槽内液位增加至1060mm, 仍然抽吸不抽水; (3) 将接收槽液位增加至1580mm依旧抽吸不出水。且每次启动时间都在10~14分钟。该问题成为制约今后生产运行的一个难题。

2 自吸泵工作原理及原因分析

2.1 自吸泵工作原理

不需在吸入管路内充满水就能自动地把水抽上来的离心泵。自吸泵的结构类型很多, 常见的有ZX等结构类型的自吸泵;我国自主研发的NTP气液混输同步排吸泵;能达到自动起停的TPW透平同步排吸泵;因价格优势快速占领市场的WFLZ等无密封自控自吸泵等, 被广泛的应用到各种化工、石油、电厂、医药、纺织等众多领域。

自吸泵在启动前应在泵壳内灌满水 (或泵壳内自身存有水) 。启动后叶轮高速旋转使叶轮槽道中的水流向蜗壳, 这时入口形成真空, 使进水逆止阀门打开, 吸入管内的空气进入泵内, 并经叶轮槽道到达外缘。自吸泵属自吸式离心泵, 它具有结构紧凑、操作方便、运行平稳、维护容易、效率高、寿命长, 并有较强的自吸能力等优点。管路不需安装底阀, 工作前只需保证泵体内储有定量液体即可。不同液体可采用不同材质自吸泵。

2.2 原因分析及排查

2.2.1 自吸泵不上料的常见原因

自吸泵在使用过程中, 有时会出现不上料的问题。常见的原因有: (1) 有泵体内无存水或存水不足; (2) 进水管破裂或接头漏水; (3) 轴承体密封不严或密封失效; (4) 轴承和轴套之间出现间隙; (5) 叶轮损坏或松脱; (6) 进水管道或叶轮流道堵塞; (7) 吸水扬程过高或叶轮转速过低。

2.2.2 原因排查

针对上述7种可能, 通过现场试验进行逐一分析和排查, 方法及排查结果如下:

(1) 接收槽01C液位3270mm, 启动自吸泵1P可以正常出水, 并且下设备间查看管道, 未发现有泄漏。因此初步可以排除前6种由于泄露、松脱等机械原因造成的可能;

(2) 接收槽01C液位3030mm, 启动124B03/1P可以正常出水;

(3) 接收槽01C液位2800mm, 破坏真空后, 启动泵发现有短暂的排气过程, 排气过程完成后, 泵运转正常, 可以正常出水。之后关闭泵出口阀门, 停泵2h, 泵出口压力表的真空度有微小的减少;

(4) 接收槽01C液位2500mm, 破坏真空后, 启动自吸泵1P 10分钟后吸不上水, 因此初步判断泵的自吸高度极限在2500mm~2800mm之间。

2.2.3 原因确定

自吸泵的损失主要包括四个部门, 分别为原动力损失、机械损失、容积损失和水利损失。经过分析四类不同的损失, 初步判断可能由于吸水扬程过高或叶轮转速过低导致自吸泵在一定液位高度范围内无法抽吸液体的现象发生。具体原因分析如下:

(1) 自吸泵的吸入管道距离接收罐底的只有20mm距离, 估算有2m左右的压力损失;

(2) 自吸泵与接收槽本体的垂直高度为3m, 估算有3m左右的压力损失;

(3) 现场布置中由于管线较长以及弯头、阀门等产生的压力损失估算有1.5m的压力损失。

以上三项合计产生的压力损失为6.5m, 超过自吸泵的最大自吸高度5.2m。由此可以判断造成自吸泵不上料的根本原因为自吸泵的自吸能力有限, 现场布置中系统本身所产生的压力损失已经大于泵的自吸能力。因此导致在低于2800mm的液位时自吸泵无法正常抽吸废水。

3 工艺改进

提高自吸泵自吸能力的方法有多种, 通常来说可以分为两大类。一类是对泵体机构进行改造, 另一类是工艺流程改进。通过泵体改造已经在石油化工企业得到了很好的应用。而某厂的泵房位置已确定, 无法改变管线的走向, 用以缩短进口管线。且重新采购高自吸能力离心泵的费用过高, 因此综合各种因素, 考虑通过工艺流程改进的方法, 即增加真空系统, 使废液吸入自吸泵, 来实现自吸泵的正常使用。

3.1 改进后的工艺流程

通过工艺改进, 增加一个容积为200L的真空罐02C、一台抽气速率为8L/s的真空泵03P、五个气开式波纹管截止阀05V-09V以及相应的不锈钢管道, 如图2所示。

3.2 操作说明

接收槽在液位在2800mm以上时, 可正常启动废水泵01P-02P输送液位。低于2800mm时, 在启动废水泵01P-02P前, 关闭06V、05V、09V, 打开真空泵03P的进、出气阀07V和08V。启动真空泵, 使真空罐02C内形成负压, 待真空罐压力稳定后, 打开06V, 在废水泵01P-02P的进口管道内形成负压, 将废水吸入废水泵01P-02P的进口管道内。

当检测到真空罐02C内液位上升时, 打开废水泵01P-02P进、出水阀, 启动废水泵, 并关闭真空罐进水阀06V, 停运真空泵并关闭进气阀07V和出气阀08V, 废水泵01P-02P进行正常运行。

当废水输送完成之后, 打开真空罐02C的气阀09V, 破坏真空罐真空, 打开真空罐出口管道上的排水阀05V, 将吸入真空罐02C中的废液排入废水泵01P-02P的进口管道, 通过自流方式返回接收槽中。

4 改进效果和结论

通过增加一套真空系统, 在不改变现有设备的基础上, 消除了自吸泵在一定液位时自吸能力不足的现象, 实现了一次试车成功。在2800mm以下的液位, 自吸泵从启动到正常运行用时不到1min, 且泵启动后的各项运行参数均符合要求。

通过实践证明, 在某些特定情况下, 通过增加真空系统的方法, 可以有效的较少系统的压力损失, 从侧面提高自吸泵的自吸性能, 可以为今后其他行业解决自吸泵不上料的问题提供借鉴和参考。

摘要：某厂在进行自吸泵输送试验时, 发现在一定液位以下无法实现对废水的正常输送。后经过原因排查以及分析计算, 最终确定由于吸程高, 吸入管线过长等原因导致自吸泵的压力损失过大, 超过了自吸泵自身的最大自吸高度。通过增加一套真空系统的方法, 有效地解决了自吸泵自吸能力不足的问题。本文对上述全过程进行了分析和总结, 为今后解决类似自吸泵自吸能力不足的问题提供一定的借鉴和参考。

关键词：自吸泵,真空系统,工艺改进,自吸能力

参考文献

[1]范宗霖.自吸泵的自吸时间及自吸高度计算[J].甘肃工业大学学报, 1991, 17 (01) :7-13.

[2]刘希英.浅析各种类自吸泵比较[J].化工管理, 2013 (08) :45.

[3]戎平.自吸泵不出水的原因及故障排除[J].农业机械化与电气化, 1994 (02) .

[4]孙幼波.立式无密封自吸泵设计及性能优化[D].浙江大学, 2013.

篇11：数控机床真空系统改进设计

关键词：真空包装 食品质量 无损失检测

中图分类号：TS206.6 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）12-0030-03

1 引言

真空包装作为一种保鲜包装技术，已经在食品工业中得到广泛应用。经过真空包装，食物能够锁住水分，保持新鲜，延长保存日期，便于储存、运输[1]。但由于真空包装损坏、真空包装中空气残留、储存环境不规范等因素的存在，即使处于保质期内的真空包装食品，其产品质量有时也不能得到保证。另外，缺乏相应国家规范，一些无良的食品生产厂家，往往任意延长或标识食品的生产日期或保质期，从而误导食品的储运、销售和使用者，而引发的食品安全事故。食品安全事故已引起了高度重视，纷纷采取各种措施控制食品污染，确保食品安全，因而真空包装食品质量检测技术受到大家关视。其中，开发和设计不同类型的检测系统，改进现有检测手段，加强食品的质量检测就是最重要的措施之一。

2 工作原理与模型

由于食品的含水量对食品质量具有重大影响，即当食品因受潮或其它细菌污染等原因导致质量下降或品质恶化，其含水量往往发生变化。根据这一特点，通过检测食品的含水量变化，可以间接判断食品质量变化。

据上所述，构建真空包装食品质量检测的低成本、无损、快速、在线检测系统模型如图1所示，该系统在不打开食品包装的情况下，即可实现食品质量检测。其中食品阻抗测量传感器是整个检测系统的核心。传感器的设计由理论分析及实验验证相结合，主要完成以下两方面功能：

（1）完成食品质量变化与可测量电信号之间的转换和检测。由于食品的含水量变化会引起食品的复介电常数、电导率等参数变化，因此，利用电容传感器具有结构简单、安装方便、响应时间短、分辨率高、对使用环境要求不高等特点，通过设计电容式传感器，检测电容量的值或改变情况即可得到食品复介电常数的变化，得到食品质量变化的准确信息[2]；利用基于静电场与场中导体和电介质之间关系的经典电路理论，确定被测食品复介电常数与电容传感器的电容量之间的函数关系。

（2）完成低成本、无线、无源阻抗传感器的设计。首先利用射频通讯原理和LC谐振电路、耦合电感等电路理论知识，通过设计如图2所示的LC谐振电路，即可实现电容传感器的感应供电和检测信号的无线发送，该谐振电路即为完整的阻抗测量传感器。通过实验确定相应参数。

其中电容值及电感值的计算公式如下。

其中，l、a、b、d0、d1为对应空间尺寸。

第二以测试过程中积累的数据为基础，利用PSPICE、MATLAB、SCILAB等计算机仿真和数值分析工具，分析影响食品质量的食品含水量、大肠杆菌、李氏杆菌等菌落数量变化与食品复介电常数变化之间的数学关系，建立食品复介电常数变化与阻抗传感器输出之间的数学模型，分析温度湿度变化、寄生电容、谐振频率等因素对复电阻抗变化的影响，从理论上提 高测量精度的方法以提高阻抗传感器精度设计。

第三开发便携式阻抗传感器的阻抗测量。该装置主要由频谱扫描电路、阻抗测量电路等部分构成。为了覆盖整个ISM频段且匹配阻抗传感器所有可能的谐振频率取值，频谱扫描电路的设计采用压控振荡器，利用锁相环芯片和现场可编程逻辑门阵列芯片，即可产生分辨率为1Hz、频宽为0-870MHz的射频扫描信号[3]；无损耗信号发射子电路主要由高频信号天线（即图1中的外部感应线圈）构成，它既用来实现频谱扫描信号的输出，也是阻抗测量电路的输入装置，天线的设计对传感器信号的无线传输距离具有影响，使用环形天线来同时满足这些要求，并通过电路实验和计算机模拟的方式来优化天线的形状、直径、圈数和间距等，优化的目标尽可能的减少损耗，在所需的频率范围内具有最大的品质因数。

其中阻抗测量电路的阻抗定义为被测电路两端电压和流经被测电路电流的矢量比，即

式中 Z——被测电路的阻抗值。

检测含水量时，信号源在感应线圈上输出不同频率正弦量，同时测量外部感应线圈两端的阻抗，并记录与其最小值对应的角频率，以确定谐振传感器的角频率。

在软件设计方面，系统上电复位进行初始化，然后处于待机状态。进行检测时，由按键输入谐振传感器编号、食品编号、输出频率的最小/大值和频率变化步长等参数，确定后进行感应线圈校正，即测量自阻抗，校正完成后，可以启动测量。

3 实验数据及分析

利用图3所示实验装置验证谐振传感器检测的有效性。实验时间为20小时，其中空气相对湿度从20%逐步提高到60%，分别记录两个谐振传感器的谐振频率值，图4给出了谐振频率随时间变化的对比曲线。

从图4发现，实验开始时，所设A、B两个样本的谐振频率值均为24.4Hz。随着空气相对湿度由20%逐步提高到60%，样本A的频率变化曲线基本保持平直，而样本B的频率变化曲线明显呈下降趋势。其中样本B的食品已变质，质量已下降。实验证明利用食品含水量来检测食品质量变化的方法是可行有效的。

实验中使用的谐振传感器的制造工艺简单，价格低廉，为作为一次性材料的生产提供了可能性，也可随食品一起包装使用。因此检测手段广泛应用于食品行业，满足储运或销售过程中低成本无损检测要求。

4 结语

本文主要针对固态和液态真空包装食品，利用食品含水量变化反映食品质量变化这特点，开发无线无源谐振传感器，同时完成检测系统。通过实验结果分析，可有效完成食品质量的在线检测，达到相应精度。其检测方法和技术对电阻抗谱分析方法在食品企业中的应用，以及电容式生物传感器设计应用具有一定的推动作用，其经济效益、社会效益也将比较明显。

参考文献

[1]郭小华.一种密封包装食品质量检测方法的初步研究 [J].农机化研究，2010（4）.

[2]韩安太，郭小华，陈志强，孙延伟.基于LC谐振传感器的包装茶叶含水率无损检测[J].茶叶科学，2009，29（5）：395-401.