關(guān)于棒材加熱爐液壓系統(tǒng)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(qū)動(dòng)，步進(jìn)式機(jī)械運(yùn)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(fā)現(xiàn)了加熱爐的一些缺陷，例如液壓泵不合要求、步進(jìn)梁液壓缸和機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jìn)梁液壓系統(tǒng)，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，最終提出了一套改造方案。經(jīng)實(shí)際使用和測(cè)算，這套改進(jìn)方案有效提高了加熱爐的穩(wěn)定性，且降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：加熱爐；步進(jìn)梁；液壓系統(tǒng)；改造

1 加熱爐機(jī)械設(shè)備

1.1 步進(jìn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介

步進(jìn)機(jī)構(gòu)指的是主動(dòng)件持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)從動(dòng)件做間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。工廠所使用的加熱爐的步進(jìn)機(jī)構(gòu)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(guān)等。步進(jìn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來自于液壓驅(qū)動(dòng)裝置。

該機(jī)構(gòu)的移動(dòng)主要靠兩組滾輪實(shí)現(xiàn)，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(dāng)下滾輪沿著敷設(shè)在斜面上的軌座移動(dòng)時(shí)，升降框架就會(huì)做相應(yīng)的升降運(yùn)動(dòng)。

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(zhǔn)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(nèi)的跑偏量保持在可接受范圍內(nèi)。升降定心裝置的作用與平移定心裝置類似，它設(shè)置在升降框架的兩邊，用來保持升降運(yùn)動(dòng)沿直線運(yùn)動(dòng)。

液壓缸也相應(yīng)分為水平移動(dòng)液壓缸和升降移動(dòng)液壓缸，其作用是為框架傳遞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。水平移動(dòng)液壓缸布置在加熱爐中心線上，升降移動(dòng)液壓缸則沿加熱爐中心線對(duì)稱布置，它們都固定在混凝土基礎(chǔ)上，活塞桿和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)框架相連。

1.2 步進(jìn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

總體來說，步進(jìn)機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)：（1）便于安裝調(diào)整；（2）機(jī)構(gòu)工作平穩(wěn)，噪音小；（3）機(jī)構(gòu)強(qiáng)度高，壽命長，可靠性好；（4）大多數(shù)構(gòu)件由鋼制成，易于制造和更換；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很多構(gòu)件是相同的，具有互換性，易于維護(hù)。

2 液壓系統(tǒng)闡述

液壓系統(tǒng)是步進(jìn)機(jī)構(gòu)的根本動(dòng)力來源。無論是液壓缸，還是推鋼機(jī)，其動(dòng)力都來自液壓系統(tǒng)。該棒材廠的液壓站布置在加熱爐一側(cè)的平臺(tái)上，系統(tǒng)由主泵、控制閥組、油箱和循環(huán)冷卻裝置等設(shè)備組成。

2.1 液壓泵

液壓泵主要由油箱、液位計(jì)、過濾器、循環(huán)裝置組成。該棒材廠的液壓泵站有五臺(tái)主泵，兩臺(tái)40L的蓄能器。下面詳細(xì)介紹液壓泵的一些關(guān)鍵部件：（1）油箱。液壓泵的油箱上配備了液位計(jì)、溫控裝置、冷卻器、循環(huán)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(jì)算機(jī)上，供操作人員參考。（2）液位計(jì)。油箱配備的液位計(jì)為磁翻轉(zhuǎn)式液位計(jì)，該液位計(jì)上設(shè)計(jì)了三個(gè)液位開關(guān)，分別負(fù)責(zé)高位、低位和極低液位報(bào)警提示。（3）控溫裝置。完整的控溫裝置由溫度傳感器、循環(huán)泵、冷卻器、加熱器共同組成。按照要求，油箱內(nèi)的溫度要控制在20℃到50℃之間。若油溫低于20℃，控溫裝置啟動(dòng)加熱器，將油加熱到35℃左右時(shí)停止加熱；若油溫高于50℃，控溫裝置啟動(dòng)冷卻器，將油溫降低到35℃左右時(shí)停止。在這個(gè)過程中循環(huán)泵一直工作，實(shí)現(xiàn)油的自清潔。如果油溫高于60℃，主泵自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出警報(bào)。（4）控壓裝置。油壓傳感器設(shè)置在泵源主管路上，它可以采集實(shí)時(shí)油壓參數(shù)。當(dāng)油壓過大可能會(huì)導(dǎo)致油管破裂或者油壓過小不能滿足液壓泵運(yùn)行需要時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

2.2 控制閥臺(tái)

控制閥臺(tái)是通過控制步進(jìn)梁液壓缸從而控制步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)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(jī)液壓缸。該棒材廠使用的控制閥臺(tái)布置在液壓缸旁邊，且配備有MTS公司的LTD監(jiān)測(cè)元件，監(jiān)測(cè)液壓缸動(dòng)作是否準(zhǔn)確。

2.3 液壓系統(tǒng)特點(diǎn)

整體來看，步進(jìn)梁的液壓系統(tǒng)主要由調(diào)速、方向、平衡、安全溢流和壓力四個(gè)控制回路組成，這四個(gè)控制回路動(dòng)作相對(duì)獨(dú)立，共同保證液壓系統(tǒng)工作正常、穩(wěn)定。該棒材廠使用的步進(jìn)梁的液壓系統(tǒng)全程由計(jì)算機(jī)控制，配合比例調(diào)速閥與恒壓變量泵，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，具有動(dòng)作反饋速度快，動(dòng)作準(zhǔn)確，易于控制，能量損耗低，液壓系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

3 步進(jìn)梁液壓控制系統(tǒng)改造

3.1 加熱爐步進(jìn)梁液壓控制系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該棒材廠的加熱爐步進(jìn)梁與鋼坯的總負(fù)載量不低于350T，這就要求步進(jìn)機(jī)構(gòu)在滿足這一承載量的同時(shí)，還要保證動(dòng)作平穩(wěn)安全。因此，步進(jìn)梁液壓控制系統(tǒng)必須具備良好的調(diào)速功能，尤其是對(duì)升降系統(tǒng)而言，鋼坯在接觸與離開動(dòng)梁時(shí)有典型的減、加速動(dòng)作。下面我們以升降系統(tǒng)為例展開研究。

步進(jìn)梁的升降動(dòng)作主要由升降液壓缸控制，液壓系統(tǒng)的升降液壓缸控制回路主要由比例方向閥、同步馬達(dá)與平衡閥等部件構(gòu)成。回路中采用的比例方向閥是德國bosch rexroth公司生產(chǎn)的二級(jí)比例方向閥。該閥通徑為32，自帶放大器。先導(dǎo)控制采用單級(jí)比例方向閥，主級(jí)帶位置閉環(huán)控制。

同步馬達(dá)采用的是MT-M3-800/800型徑向柱塞式分流馬達(dá)，最大泄油壓力0.2MPa。該馬達(dá)具有高精度的同步柱塞，能夠?qū)崿F(xiàn)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(gè)控制回路完成的，采用的控制方式不是規(guī)定值和實(shí)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(diǎn)位置做同步誤差平衡。但同步誤差平衡會(huì)導(dǎo)致油壓瞬時(shí)增大，可能會(huì)給液壓系統(tǒng)帶來沖擊，所以要把同步馬達(dá)設(shè)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(diào)整執(zhí)行器出口的流量，從而預(yù)防流量載荷過大導(dǎo)致液壓缸失效，同時(shí)也可以作為防止管路破裂的保護(hù)裝置。在平衡閥的作用下，執(zhí)行器出口端的流量與入口端的流量相關(guān)。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(yīng)該安裝在公共管路上。

3.2 動(dòng)梁升降液壓控制回路運(yùn)行問題

理論上來說，該棒材廠液壓系統(tǒng)所使用的裝置基本能夠滿足工作的要求，但在實(shí)際生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)步進(jìn)梁液壓系統(tǒng)存在缺陷，經(jīng)常發(fā)生兩種故障：（1）液壓泵部件斷裂失效。在額定運(yùn)行壓力下，液壓泵多次出現(xiàn)失效故障。后經(jīng)拆解檢查發(fā)現(xiàn)液壓泵的柱塞、斜盤等構(gòu)件發(fā)生斷裂。（2）步進(jìn)機(jī)械損壞。曾經(jīng)出現(xiàn)步進(jìn)梁的速度調(diào)整困難，動(dòng)作完成遲鈍的情況，且爐底機(jī)械在運(yùn)行中出現(xiàn)異響。后經(jīng)停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)步進(jìn)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(tái)處液壓管接頭以及焊縫處經(jīng)常出現(xiàn)破損漏油的情況。

3.3 液壓系統(tǒng)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(chǎn)的AlOVS0140-DR/32R/PB N0012型號(hào)輕型恒壓變量泵。在實(shí)際使用中，該液壓泵反復(fù)出現(xiàn)柱塞與斜盤磨損斷裂，這是液壓泵的壓力等級(jí)不夠?qū)е碌摹Ｋ灾匦逻x擇bosch rexroth公司生產(chǎn)的液壓泵。在不更換電機(jī)的前提下，選擇了排量為125ml/r的變量泵，同時(shí)加裝一組蓄能器，以滿足流量要求。此方案成本耗費(fèi)最低，改造工作量低。根據(jù)具體計(jì)算，最后敲定了A4VS0125DR恒壓變量泵配六級(jí)電機(jī)和NXQ1-L63/20-H蓄能器的方案。

3.3.2 液壓泵改造實(shí)施

由于在選型上充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)施工難度的問題。因此，最終方案的改造實(shí)施較為簡(jiǎn)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(jìn)出口油管，然后通過聯(lián)軸器與泵和電機(jī)聯(lián)接起來。隨后安裝蓄能器，用三通將其與主管路聯(lián)接。為了防止事故發(fā)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?dú)猓瑔?dòng)液壓泵并調(diào)整壓力，改造完成。

4 結(jié)束語

經(jīng)過改造后，步進(jìn)梁液壓系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，經(jīng)過半年的運(yùn)行，沒有故障發(fā)生。系統(tǒng)工作壓力下降了15%左右，電能損耗減少約兩成，步進(jìn)梁工作運(yùn)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。

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