BTD2一Icc型空气压缩机是日本日立公司20世纪70年代产品，为平衡对称、四缸复动、往复水冷式机型。排气量103m3/min，压力0.7MPa，配套电机功率450kW。该机设计合理，四个缸体对称布置。设备荷载平衡、运转平稳、振动小、噪声低、排气效率高，是我国20世纪80年代大中型矿山使用的主要机型之一。目前，许多矿山仍使用这种空压机，且备件基本实现了国产化。
东大山铁矿使用的两台该型空压机是1978年安装投用的。目前，该机技术状态较好、排气量稳定、效率高，仍有较高的使用价值。但由于运转多年，卸荷系统三只压力控制阀时常出现失效现象，使卸荷器不动作或误动作，给空压机的安全运转造成了极大的威胁。国产压力控制阀不仅价格高，而且由于生产厂家少、制造参数及测绘精度等原因无法替代原装零件。本文对压力控制阀失效原因进行分析，并进行改造。
一、BTD2一Icc型空压机卸荷系统
BTD2一Icc型空压机卸荷系统示意见图1，该系统由油水分离器，三通旋塞，压力控制阀，低压推、拉侧卸荷器，高压推、拉侧卸荷器，低压间隙阀，高压间隙阀等组成。其工作过程为：空压机正常工作（加载）时，压力逐渐升高，当压力升高到一定值（通常设定为0.55MPa）时，一级控制阀动作，使高、低压间隙阀工作，排气量减少到额定值的75%。当压力升高到0.65MPa时，二级压力控制阀动作，使高、低压推侧卸荷器工作，排气量减少到额定值的50%。压力升高到0.7MPa时，三级压力控制阀动作，使高、低压拉侧卸荷器工作，使空压机的排气量降为零。至此，完成全部卸荷过程。当压力依次下降到 0.65Mpa、0.6Mpa、0.5Mpa时，三级、二级、一级压力控制器依次动作，各级卸荷器恢复到原始状态，使空压机重新进入工作状态。
当空压机启动时三通旋塞处于接通状态，空压机排出的压缩空气经储气罐、旋塞直接送至各级卸荷器，使卸荷器工作，从而使空压机在“零负荷”的状态下顺利启动。nextpage
二、压力控制阀的结构及工作原理
系统中的压力控制阀（图2）由活塞、调压弹簧、稳定器、压力整定螺杆、调整和锁紧螺母、接口A、B、C及滤气室、密封垫、壳体等组成。接口A为进气接口，与储气罐连接。B为卸荷接口，与卸荷器相接。C为排气接口，通过三通旋塞与大气相通。
压力控制阀的工作原理为：当空压机处于正常工作的情况下，储气罐的压力逐渐升高，当压力升高到一定程度时，活塞克服弹簧弹力而下降，打开卸荷接口B，使其与进气接口A相通，压缩空气进入卸荷器进气腔，使卸荷器工作，完成卸荷功能。同时由于活塞的下降，使活塞底面同稳定器顶面阀座贴紧密封，防止压缩空气通过弹簧室逸入大气。
随着卸荷时间的延长，储气罐中的压力逐渐下降，当压力万；降到一定程度，弹簧弹力将克服压缩空气的压力使活塞上升，返回到初始位置。卸荷器进气腔的压缩空气通过接口B、弹簧室、接口C逸出，卸荷器停止工作。
调整卸荷压力时，松开锁紧螺母，调整压力整定螺杆，改变其对弹簧的预压力，使卸荷压力达到预定值。调节稳定器的升程可调整压力变化的范围，即工作行程，也就是从卸荷到下一次加载时的压力差值，通常调整到比卸荷压力值低0.05MPa，以防止空压机频繁加、卸载。
三、压力控制阀失效原因分析
压力控制阀工作在振动、高频、高温气流冲刷的环境中，在正常的工作条件下，压力控制阀动作并不频繁，但在井下用风负荷变化大及用风量与空压机某一级工作时的排气量正好相同或相似的情况下，致使压力控制阀频繁动作，从而使压力控制阀、卸荷器各运动部件磨损加剧。由于压力控制阀除弹簧及弹簧导杆外均为铜材制作，比卸荷器更易磨损失效而导致卸荷系统工作不正常。
从工作环境、结构等方面考虑，造成压力控制阀失效的主要原因有以下几个方面：
1．尘垢影响。压力控制阀设计精巧、制造精密，易受细小空气压力变化的影响。由于一般矿山均处在恶劣的环境中，空气含尘量高，虽经多级过滤，但仍有少量灰尘吸入气缸压缩至储气罐而进入压力控制阀中，造成压力控制阀误动作。这种情况一般会使压力控制阀时好时坏，对阀清洗后故障现象消除。
2．活塞磨损。活塞是压力控制阀的关键零件之一，主要密封部位是活塞顶部的锥形环带，该部位磨损后，使活塞与壳体密封环带关闭不严，造成压力控制阀漏气，严重时，使活塞无法克服弹簧弹力而下降，造成卸荷系统无法卸荷，空压机压力异常升高，安全阀开启鸣叫，易造成重大安全事故。
活塞磨损的其他部位是活塞外圆周部位及与调压弹簧导杆配合的锥孔，当这两个部位严重磨损后，活塞易在阀体内倾斜卡死，造成系统不卸荷、常卸荷或加、卸载频繁的故障发生。
3．活塞底座面与稳定器顶面阀座磨损。该部位磨损后，失去密封作用，当压力控制阀动作时，压缩空气经该密封面泄漏，造成系统加、卸载频繁，同时使卸荷压力及行程调整困难或根本无法调整。
此外，调压弹簧疲劳、卸荷管道泄漏、堵塞、卸荷器壳体密封不严等，均可造成压力控制阀失效，但通过常规维修可以恢复其功能。
综上所述，造成压力控制阀失效的原因较多，其中上述第二、第三两种情况无法用常规维修方法恢复其功能，必须更换新阀。但如前所述，国产压力控制阀不仅价格高（每只1500元左右），而且由于各方面原因无法上机使用。
四、压力控制阀的改造
根据对压力控制阀工作原理的分析，压力控制阀的功能分为信号传递和执行机构两部分，压缩气体克服弹簧力使活塞向下运动可看作是信号积累传递阶段，活塞向下运动打开卸荷接口可看作是执行阶段。根据以上思路，可将改造方案定为信号取样、接收放大、执行元件三部分组成。为此，信号取样部分选用YX100型电接点压力表（压力0～1MPa，线圈电压为交流220V )，用这种表的常开触点采取卸荷信号，用常闭触点采取加载信号，同时将信号传递给接收放大部分，信号接收放大部分选用JZ7- 44型中间继电器（线圈电压为交流220V），用来接收电接点压力表传来的电信号并将信号放大后传递给执行元件，执行元件选用23JVD一L3一X1型二位三通单电控常闭截止式电磁阀（线圈电压为交流220V），用来接收中间继电器传来的电信号并开启截止阀，将压缩空气送至卸荷器。nextpage
改造后的空压机卸荷系统（图3）拆除了原有三只压力控制阀，用3块电接点压力表（B1～B3），6个中间继电器（KAI＇～KA3＇、KAl＇～KA3＇）和3只二位三通电磁阀（JVDI一JVD3）来取代之。
电气工作原理（图4）如下：当空压机启动时，旋塞处于接通状态，压力表、电磁阀处于原始状态。继电器KA1＇～KA3＇处于吸合状态，常闭触点断开，使中间继电器KA1～KA3无法得电吸合，电磁阀处于断电状态。空压机启动后排出的压缩空气经旋塞、电磁阀的接口O及A送至各级卸荷器，空压机完成空载启动。
当空压机完成空载启动运转正常后，将旋塞恢复至原始位置，旋塞关闭，空压机开始工作（加载）。压力逐渐升高，当压力升高到一级设定的压力时（0.5Mpa），压力表B1常闭触点断开使中间继电器线圈KA1＇断电，常闭触点复位接通。排气压力继续上升，当达到一级设定的卸荷压力值（0.55MPa）时，压力表B1常开触点闭合使中间继电器KA1线圈通电，常开触点闭合，电磁阀门D1线圈通电，使电磁阀接口P同A相通。压缩空气通过P一A送至卸荷器，使卸荷器动作，完成一级卸荷过程。同理，随着压力的继续升高，二、三级卸荷器卸荷。
随着卸荷过程的延续，系统压力逐渐降低。当压力降到低于0.55MPa时，虽然压力表B1常开触点恢复到断开状态，但由于中间继电器KA1仍处于吸合状态，其常开触点仍闭合处于自锁状态，电磁阀JVD1继续保持开启状态。当压力下降至0.5MPa时，电接点压力表B1常闭触点恢复导通状态，从而使中间继电器KA1吸合，常闭触点断开，使继电器KAI断电，释放常开触点使其处于断开状态，从而使电磁阀JVD1断电并恢复到原始状态，接口P关闭，A与O相通，使卸荷器及管路中的压缩空气通过A一O一旋塞逸人大气，卸荷器停止工作，空压机返回到正常工作（加载）状态。从0.55MPa卸荷到0.5MPa加载的过程同压力控制阀的工作行程相似，从而解决了单一电信号引起系统频繁动作的难题。二、三级卸荷原理相同，区别在于所取压力值不同。
改造后卸荷系统的主要工作部件由原来的机械式压力控制阀变为电磁式换向阀。两者相比，后者具有调整简单方便、各压力点准确无误、动作迅速快捷、成本低、维修方便等特点二需要注意一个问题：系统中采用的电接点压力表不能承受剧烈振动，因此在改造安装时应注意减振或在空压机侧制作单独支架安装，以确保系统工作的准确性、稳定性及延长元器件的使用寿命。同时可根据需要制作操作台，实现远距离（值班室）操作及监控。
