气动系统的节能技术改造

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Technical Transformation for Energy Saving of Pneumatic System(CSP Plant ofSteel Union Co.Ltd.ofBaotou Steel(Group)Corp.，Baotou 014010，Nei Monggol，China)Abstract：Nowadays，with the increasingly intense energy ，the industrial enterprises are trying their best to increasingthe productivity while reducing energy consumptions to reduce costs and increase efficiencies.In this article，the technicaltransformation for energy saving and its principles for pneumatic control system of compressed air are elaborated to make theconsumptions of pneumatic energy in productions most effective and economic。

Key words：pneumatic；energy saving；transform ation气动技术是气压与控制技术的简称，它是指以压缩空气为工作介质传递动力和控制信号的系统。

随着工业 自动化的发展，到 20世纪 50年代气动技术已经发展成-门新兴技术。由于空气为工作介质具有防火、防爆、防电磁干扰、抗振动、冲击、辐射、反应速度快，成本低，结构简单、维护方便等优点，近几年来，气动技术和设备的发展和液压技术-样，成为现实生产过程自动化控制不可缺少的重要手段。

随着钢材产品利润的降低，减少能源消耗成为企业实现利润的-种有效途径。

l 原气动系统原理分析该气动控制系统是卞厂镀锌车间1 张紧辊气动系统，系统主要由、单向节流阀、减压阀、三位五通电磁换向阀及气动三联件组成，该系统为开环式系统，压缩空气做完功后(完成-次动作)被排放到大气中，对气体不进行回收，因此造成气源的浪费(见图 1)。

压缩空气通过气动三联件，三位五通阀 1右位电磁铁得电，压缩空气通过流量控制阀4的单向阀进人气缸有杆腔，气缸实现关闭动作，而无杆腔压缩空气通过流量控制阀3，经由减压阀2的单向阀，通过三位五通阀1的左侧消音器5排出，释放到大气中。相反，当实现打开动作时，气缸无杆腔进气，有杆腔的压缩空气经由三位五通阀1的右侧消音器6排出，释放在大气中。

收稿日期：2012-10-26作者简介：郑配玉(1978-)，男，辽宁省抚顺市人，工程师，现从事液压、气动设备的维护与管理。

第6期 气动系统的节能技术改造 69图 1 原气动控制系统图从上系统中我们可以看出，压缩控制在执行完- 个行程后，另-侧的压缩空气直接排到了大气中，如果能将做过功但是还有-定能量的压缩空气却，把这部分压缩空气通过几种气动元件的有效组合起来，让它再次做功，推动气缸活塞运行，完成生产中某-工艺过程，这样就大大减少了压缩空气的用量，节省了能源。

2 改造后节能气动系统原理分析改造后的气动控制系统主要由、单向节流阀、减压阀、2个三位五通电磁换向阀、气动三联件及气罐组成，气罐做为储气元件，将外排到大气中的压缩空气进行收集，利用气罐内的压缩空气做为动力，进行做功，这样就减少了压缩空气的消耗。

图2 改造后节能气动系统图首先，三位五通电磁阀4左位得电，左位工作，同时三位五通电磁阀3右位得电，右位工作，压缩空气通过电磁换向阀1及三位五通电磁阀4的左位进入气缸杆腔，气缸活塞向上运行，气缸无杆腔的压缩空气通过三位五通电磁阀3的右位排空。此时二位二通电磁阀2失电右位工作阀常闭。当活塞运行到气缸顶端，三位五通电磁阀3和4同时失电，中位工作位，电磁阀2得电，阀左工作位通，这时气缸杆腔中的压缩空气通过二位三通阀和单向阀5.1流入气罐6，直到气罐内的压力和气缸杆腔的压力相等时流入停止。此时二位二通阀 1唱的，左位工作(见图2)。之后二位二通电磁换向阀 l得电，右位工作(气源断)，二位二通电磁换向阀2失电，阀右位工作(气路断开)三位五通电磁换向阀3左位得电，左位工作，三位五通电磁换向阀4右位得电，右位工作，气罐内的低压空气通过电磁阀3的左位进人气缸无杆腔，同时气缸杆腔的低压空气通过电磁阀4的右位排空，气缸活塞向下运行直至气缸底端，三位五通阀3和4同时失电，回中位，气缸活塞完成了-个运行周期。然后二位二通电磁阀1失电，左位工作(气源通)，三位五通电磁3右位得电，三位五通电磁阀4左位得电，同时换向，二位二通电磁阀2失电(常断)，气缸杆腔接通气源，无杆腔排空，系统回到初始状态。

气缸运行-个周期以后，气罐内的压力会改变，开始时气罐内压力为零，以后每运行-个周期后气罐内的压力会逐步上升，最终达到-个常数。图2所示的是利用气缸的拉力，如果要利用气缸的下压力，换-下气缸接口就可以了。

气动执行元件动作的首要条件：-是要有满足该执行元件动作的最小动力源；二是动力源压力稳定。上面已经论述，该系统在运行-个周期后，气罐内压力会改变，每运行-个周期后气罐内压力会逐步上升，最终达到-个常数，即稳定的压力源。因此该气罐在释放其内部压力来控制执行元件动作时，执行元件(气缸)动作平稳、可靠，不会产生动作冲击等不正常现象。

3 气罐容积选择及内部剩余压力计算3.1 气罐容积的选择气罐容积的大小直接影响气缸的回程力，太大了压力低，回程力小，甚至气缸活塞不能回程；太小了气缸回程行程不够，气缸活塞运行部到气缸端部，达不到生产工艺的要求。因此选择气罐与气缸内腔容积之比是非常重要的。根据气缸使用的压力通常为0.4～0.6 MPa之间和气缸的起动压力在 50 kPa左右，气罐和气缸内腔的容积之比为1：1比较合适。

3.2 气罐内剩余压力的计算气缸活塞回程后气罐和气缸内部都存在低压空70 包钢科技 第 38卷气，也就是说这部分空气还存在-定的压力，我们称之为剩余压力。三位五通阀4换向后(见图2)，气缸内的低压空气通过三位五通阀排空，而气罐内仍有低压空气，这-部分抵押空气是有用的，在最初的几个运行周期中它可以提高气缸的回程压力，使气缸易于回程。

气罐内的剩余压力为：P (1/4 1/4 1/4 1/44 1/4 )式中：P --气罐内的剩余压力，MPa；- - 系统的工作压力 ，MPa；n-- 气缸回程的最终次数。

上述公式是在以下假定条件下推导出来的，推导过程从略。

(1)气罐和气缸内腔容积相等；(2)其他元件及管路容积忽略不计；(3)因为该系统多用于大缸径的情况，故气缸活塞杆的体积忽略不计。

现给定系统工作压力为0.6 MPa和气缸回程次数8次，根据上述公式绘出剩余压力特性曲线 J(见图3)。

al1毛.R龃娱蘸.00l5.oOS图3 剩余压力特性曲线从图3可以看出来气缸经过数次运行之后气罐内的剩余压力趋向-个常数。因此利用收集在储气罐里的压缩空气完全符合气动系统的动作要求，此系统是可行的。

4 新旧节能系统耗气量的对比4。1 改造前气缸耗气量计算镀锌生产线 l 张紧辊气缸尺寸：200 mm/40～260 mm；移动速度：100 mm/s；气缸行程往复-次所需时间：4 s；系统压力：0.6 MPa。

4.1.1 气缸最大耗气量ggv 0.047D S(P0.1)/0.1×(1/t)51.324(L/min)式中：gv --最大耗气量，L/rain；D--缸径，cm；.s--气缸行程，121/1；t---次往复行程所需时间，s；P--工作压力，MPa。

4.1.2 气缸往复-次所耗气量qv qw /N 3.421 6 L式中：Ⅳ--频度，循环次数/rain。

4.2 改造后缸体往复-次所需压缩空气量改造后，气缸可节省-个行程的气量，即气缸往复-次仅消耗 1/2 q (对于大尺寸缸体，我们且忽略杠杆所占缸体容积，近似认为气缸两腔容积相等)，gv为 1.710 8 L。

5 节能气动系统的应用(1)该节能气动系统可以应用于所有使用气缸的气动系统中，尤其是在大缸径、长行程的气动系统中，节能效果更显著。

(2)如果气缸是双向负载，既利用气缸的推力又利用气缸的拉力，则将该系统稍作改变即可。

6 结束语包钢各主体生产线，需消耗大量压缩空气，完成各种规定动作，以保证全线生产自动化控制，因此在气动技术的应用中，如何节约能源是十分迫切需要解决的问题，对现有的气动控制系统进行节能改造，改造后的气动节能系统符合包钢节能降耗的生产目标。