關于棒材加熱爐液壓系統改造分析

摘 要：某棒材廠使用的加熱爐于2009年投入使用，該爐由液壓驅動，步進式機械運料。迄今為止，該加熱爐基本能夠滿足工作要求，但在使用過程中我們發現了加熱爐的一些缺陷，例如液壓泵不合要求、步進梁液壓缸和機械結構存在干涉、液壓壓力損失過高等。文章著重研究了這些缺陷存在的根源——步進梁液壓系統，對液壓系統進行分析，最終提出了一套改造方案。經實際使用和測算，這套改進方案有效提高了加熱爐的穩定性，且降低了生產成本。

關鍵詞：加熱爐；步進梁；液壓系統；改造

1 加熱爐機械設備

1.1 步進機構簡介

步進機構指的是主動件持續運動時從動件做間歇運動的機構。工廠所使用的加熱爐的步進機構由1套平移框架，1套升降框架、定心裝置、升降滾輪、液壓缸等部分組成。除此之外，還有一些配套附件，如位移傳感器、行程開關等。步進機構的動力來自于液壓驅動裝置。

該機構的移動主要靠兩組滾輪實現，其中上滾輪上布置的是平移框架，下滾輪上布置的是升降框架。當下滾輪沿著敷設在斜面上的軌座移動時，升降框架就會做相應的升降運動。

定心裝置可分為平移定心裝置和升降定心裝置兩種，其中平移定心裝置是用來保持平移方向水平、準確，始終與加熱爐中心線保持平行的裝置，它可以使鋼坯在爐內的跑偏量保持在可接受范圍內。升降定心裝置的作用與平移定心裝置類似，它設置在升降框架的兩邊，用來保持升降運動沿直線運動。

液壓缸也相應分為水平移動液壓缸和升降移動液壓缸，其作用是為框架傳遞運動的動力。水平移動液壓缸布置在加熱爐中心線上，升降移動液壓缸則沿加熱爐中心線對稱布置，它們都固定在混凝土基礎上，活塞桿和相應的運動框架相連。

1.2 步進機構的特點

總體來說，步進機構有以下特點：（1）便于安裝調整；（2）機構工作平穩，噪音小；（3）機構強度高，壽命長，可靠性好；（4）大多數構件由鋼制成，易于制造和更換；（5）結構簡單，很多構件是相同的，具有互換性，易于維護。

2 液壓系統闡述

液壓系統是步進機構的根本動力來源。無論是液壓缸，還是推鋼機，其動力都來自液壓系統。該棒材廠的液壓站布置在加熱爐一側的平臺上，系統由主泵、控制閥組、油箱和循環冷卻裝置等設備組成。

2.1 液壓泵

液壓泵主要由油箱、液位計、過濾器、循環裝置組成。該棒材廠的液壓泵站有五臺主泵，兩臺40L的蓄能器。下面詳細介紹液壓泵的一些關鍵部件：（1）油箱。液壓泵的油箱上配備了液位計、溫控裝置、冷卻器、循環泵等部件，這些部件可以把油箱的液位、溫度、壓力等信息收集并傳遞到計算機上，供操作人員參考。（2）液位計。油箱配備的液位計為磁翻轉式液位計，該液位計上設計了三個液位開關，分別負責高位、低位和極低液位報警提示。（3）控溫裝置。完整的控溫裝置由溫度傳感器、循環泵、冷卻器、加熱器共同組成。按照要求，油箱內的溫度要控制在20℃到50℃之間。若油溫低于20℃，控溫裝置啟動加熱器，將油加熱到35℃左右時停止加熱；若油溫高于50℃，控溫裝置啟動冷卻器，將油溫降低到35℃左右時停止。在這個過程中循環泵一直工作，實現油的自清潔。如果油溫高于60℃，主泵自動停機，同時發出警報。（4）控壓裝置。油壓傳感器設置在泵源主管路上，它可以采集實時油壓參數。當油壓過大可能會導致油管破裂或者油壓過小不能滿足液壓泵運行需要時，傳感器會自動報警。

2.2 控制閥臺

控制閥臺是通過控制步進梁液壓缸從而控制步進梁的運動方向、速度的裝置，它主要包括一系列的控制回路，可以用來控制升降液壓缸、平移液壓缸和爐后推鋼機液壓缸。該棒材廠使用的控制閥臺布置在液壓缸旁邊，且配備有MTS公司的LTD監測元件，監測液壓缸動作是否準確。

2.3 液壓系統特點

整體來看，步進梁的液壓系統主要由調速、方向、平衡、安全溢流和壓力四個控制回路組成，這四個控制回路動作相對獨立，共同保證液壓系統工作正常、穩定。該棒材廠使用的步進梁的液壓系統全程由計算機控制，配合比例調速閥與恒壓變量泵，能夠實現系統的高度自動化，具有動作反饋速度快，動作準確，易于控制，能量損耗低，液壓系統工作穩定可靠的特點。

3 步進梁液壓控制系統改造

3.1 加熱爐步進梁液壓控制系統

根據設計要求，該棒材廠的加熱爐步進梁與鋼坯的總負載量不低于350T，這就要求步進機構在滿足這一承載量的同時，還要保證動作平穩安全。因此，步進梁液壓控制系統必須具備良好的調速功能，尤其是對升降系統而言，鋼坯在接觸與離開動梁時有典型的減、加速動作。下面我們以升降系統為例展開研究。

步進梁的升降動作主要由升降液壓缸控制，液壓系統的升降液壓缸控制回路主要由比例方向閥、同步馬達與平衡閥等部件構成。回路中采用的比例方向閥是德國bosch rexroth公司生產的二級比例方向閥。該閥通徑為32，自帶放大器。先導控制采用單級比例方向閥，主級帶位置閉環控制。

同步馬達采用的是MT-M3-800/800型徑向柱塞式分流馬達，最大泄油壓力0.2MPa。該馬達具有高精度的同步柱塞，能夠實現精確的同步控制，同步誤差不超過1%。由于液壓分離是由一個控制回路完成的，采用的控制方式不是規定值和實際值相比較的比較控制，而是同步控制。因此，有必要在液壓缸的終點位置做同步誤差平衡。但同步誤差平衡會導致油壓瞬時增大，可能會給液壓系統帶來沖擊，所以要把同步馬達設置在離液壓缸盡可能近的位置。

平衡閥采用的是FD25FB/2X/200B04型帶二次壓力溢流閥。平衡閥的作用是調整執行器出口的流量，從而預防流量載荷過大導致液壓缸失效，同時也可以作為防止管路破裂的保護裝置。在平衡閥的作用下，執行器出口端的流量與入口端的流量相關。因此，在同步控制回路中，不可能通過分別在不同液壓缸上裝平衡器來使各液壓缸壓力同步，平衡閥應該安裝在公共管路上。

3.2 動梁升降液壓控制回路運行問題

理論上來說，該棒材廠液壓系統所使用的裝置基本能夠滿足工作的要求，但在實際生產中我們發現步進梁液壓系統存在缺陷，經常發生兩種故障：（1）液壓泵部件斷裂失效。在額定運行壓力下，液壓泵多次出現失效故障。后經拆解檢查發現液壓泵的柱塞、斜盤等構件發生斷裂。（2）步進機械損壞。曾經出現步進梁的速度調整困難，動作完成遲鈍的情況，且爐底機械在運行中出現異響。后經停機檢查發現步進梁的平移和升降框架上存在裂縫。（3）管路破損泄露。液壓閥臺處液壓管接頭以及焊縫處經常出現破損漏油的情況。

3.3 液壓系統的改造

3.3.1 液壓泵的改造方案

該棒材廠所使用的液壓泵是德國bosch rexroth公司生產的AlOVS0140-DR/32R/PB N0012型號輕型恒壓變量泵。在實際使用中，該液壓泵反復出現柱塞與斜盤磨損斷裂，這是液壓泵的壓力等級不夠導致的。所以重新選擇bosch rexroth公司生產的液壓泵。在不更換電機的前提下，選擇了排量為125ml/r的變量泵，同時加裝一組蓄能器，以滿足流量要求。此方案成本耗費最低，改造工作量低。根據具體計算，最后敲定了A4VS0125DR恒壓變量泵配六級電機和NXQ1-L63/20-H蓄能器的方案。

3.3.2 液壓泵改造實施

由于在選型上充分考慮了現場施工難度的問題。因此，最終方案的改造實施較為簡單。首先在原先液壓泵的位置上，為A4V液壓泵制作了全新適配的進出口油管，然后通過聯軸器與泵和電機聯接起來。隨后安裝蓄能器，用三通將其與主管路聯接。為了防止事故發生，蓄能器連接管路上專門安裝了球閥。安裝完畢后，向蓄能器中加入氮氣，啟動液壓泵并調整壓力，改造完成。

4 結束語

經過改造后，步進梁液壓系統運行更加穩定可靠，經過半年的運行，沒有故障發生。系統工作壓力下降了15%左右，電能損耗減少約兩成，步進梁工作運行周期縮短，出鋼效率提高。可以肯定的是，本次改造是一次成功的改造。

參考文獻

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