步进梁式加热炉液压系统优化设计.doc

步进梁式加热炉液压系统优化设计 摘要：结合步进梁的运动工况，分析了步进梁式加热炉液压系统的工作原理及其缺陷，并对原液压系统进行了优化设计，优化后的液压系统不但能满足系统的工况要求，还大幅提高了系统的可靠性和稳定性。 1 概述 现代化的钢坯加热炉不断向大型化、高度自动化的方向发展，在低耗能、环保等方面也提出了更高的要求。某钢厂热轧线步进式加热炉建于上世纪70年代，驱动方式为液压传动，至今该液压系统已经运行30多年，部分液压元件已淘汰，控制技术落后，控制精度低，已不能适应国家节能减排及当前该厂产能需求，急需对原液压系统进行改造和优化。 2 步进梁式加热炉原液压系统原理及其缺陷 2.1步进梁加热炉工况分析 为了钢坯的轻托轻放，步进梁周期动作为：步进梁上升（给定信号加速→定速→中间减速→中间定速→中间加速→定速→减速→停止）→步进梁前进（给定信号→一次加速→二次加速→定速→一次减速→二次减速→停止）→步进梁下降（给定信号→加速→定速→中间减速→中间定速→中间加速→定速→减速→停止）→步进梁后退（给定信号→一次加速→二次加速→定速→一次减速→二次减速→停止）[1]。步进梁运动轨迹与速度图如图1所示，运动周期为45秒。 图1 步进梁周期运动轨迹与速度图 2.2 步进梁加热炉原液压系统原理 步进梁式加热炉液压原理简图如图2，该液压系统泵站采用了三台油压平衡型双联定量叶片泵泵供油，主泵最高工作压力17.5 MPa，在压力为15MPa，转速为960r/min时，H泵流量为157 L/min，S泵流量为94 L/min，总流量为251L/min。三台主泵不停机工作，通过AD阀（加、减速阀）进行调节流量，即通过逐渐地使部分供油泵卸荷或加载来实现调速。 图2 改造前液压原理简图 在正常工作时，AD阀只用两个工作位（阀2.1用的是中位和右位），切换AD阀的工作位，则可实现步进梁的加速或减速。单向节流阀3.1用于调定中位和右位切换的速度或者时间，即步进梁加速或减速的时间。通过调节进入或流出液压缸的流量来调节步进梁的速度，步进梁定速阶段的流量有753 L/min、408 L/min、502 L/min、251 L/min四种，流量通过H泵和S泵组合实现。 步进梁周期轨迹的变速是通过液压元件无触点位置极限开关，时间继电器和γ射线配合AD阀的动作来实现的。即通由无触点位置极限开关及时间继电器给指令，逐渐切断部分供油回路来实现。 提升液压缸和移动液压缸的工作原理如图3。提升液压缸下降采用差动系统，当步进梁下降时，提升液压缸活塞杆侧的压力油经液控单向阀51直接补入液压缸的另一侧，从而减少泵的供油量。步进梁的自重用油压平衡阀52来平衡，调定压力值为15MPa。定比控制溢流阀53预调压力为15MPa，其有3个作用：步进梁下降时，当压力过高时溢流；如果平衡阀52损坏，53可起安全作用；当步进梁上升时，溢流阀53打开，使提升液压缸工作腔充分卸荷。如果遇到停电情况，当步进梁尚处于升起状态，可以手动打开截止阀76.1，使步进梁靠自重回到下限位置。在移动液压缸液压系统部分设有制动阀62，其调定压力为15MPa，作为安全阀使用。顺序阀65和66起背压的作用，以便减少移动液压缸在启动、制动时的冲击[2]。 图3 提升液压缸和移动液压缸工作回路 2.3 原液压系统缺陷 从原理设计上来看，该设计虽然能完成系统工作要求，并且已运行多年，但是仍然存在以下缺陷： 1）系统无备用主泵，一旦主泵发生，就要停机检修，严重影响生产进度采用特殊结构的AD阀极限开关和时间继电器进行控制，控制方式落后，定位精度低原系统控制阀均采用AC110V电磁铁，容易因阀芯卡引起电磁铁烧，导致停机 图4 步进梁周期运动轨迹与速度优化图 根据现场工况，系统正常的工作压力为15MPa，最大流量为1000L/min，型号为A4VSO180DR/22R-PPB13N00的手动变量泵工作压力为15MPa，额定工作压力为35MPa，最大排量为180cm3/r，转速1480rpm时的流量为266L/min，其性能参数能满足工况要求可替代原动力源主泵。为增加系统可靠性，减少因主泵磨损引起的故障，新动力源采用五台泵（四用一备）的形式，当一台泵坏了，备用泵可以立即投入使用。升降缸动作时，四台泵工作，水平运动时，二台泵工作，另两台泵卸载。主泵电机组原理图如图5。 图5 主泵电机组部分液压原理图 系统的供油压力（15MPa）通过电磁溢流阀来调定，也可以通过远程电控卸荷以满足不同的工况要求。蓄能器用于保压和吸收压力的波动。 3.2 提升缸及移动缸液压工作回路设计 在本步进梁液压系统中，提升液压缸上升时负载较大，下降时空载，最高流量达1000L/min；移动液压缸前进时负载，后退