連鑄機冷床液壓系統(tǒng)分析與故障解決

李亞志

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

步進式翻轉冷床是方坯連鑄機不可缺少的設備之一，主要用于連鑄方坯的冷卻，實現(xiàn)對鑄坯均勻降溫，防止因冷卻不均造成鑄坯變形等功能。天鋼聯(lián)合特鋼煉鋼廠5#連鑄機使用的步進式冷床為老區(qū)利舊設備，由于長期運行導致設備老化，結構變形嚴重，外加液壓系統(tǒng)設計不合理，造成冷床兩側液壓缸升降動作不同步，經(jīng)常出現(xiàn)拉斜事故，影響正常生產(chǎn)。

另外，由于連鑄機提拉速改造，造成冷床步進翻轉周期與鑄機拉速不匹配，無法滿足當前生產(chǎn)節(jié)奏。因此有必要對冷床液壓系統(tǒng)進行改造，提高設備運行的性能和可靠性，為生產(chǎn)提供保障。

1 步進式翻轉冷床設備

1.1 機械設備

5#連鑄機步進式翻轉冷床主要由固定齒板、活動齒板、升降機構、橫移機構以及尾部推鋼收集臺架等部件組成，冷床升降采用的是斜導軌爬坡式，由液壓缸驅動冷床升降機構爬坡升高，冷床水平機構采用的是導輪導軌式，也是由液壓缸驅動冷床水平橫移，鑄坯從冷床齒板末端下線后由冷床尾部推鋼機構推至滑軌冷床區(qū)域，并通過行車夾鉗將鑄坯吊離。冷床機械技術參數(shù)如表1 所示。

1.2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)為步進式冷床的分堆推鋼液壓缸、升降液壓缸、平移液壓缸及尾推鋼液壓缸提供動力源。液壓站安裝在地上冷床附近，主要由液壓泵、油箱、蓄能器、冷卻器、控制閥臺等部件組成。

1.2.1 液壓展主要技術參數(shù)如下：

表1 步進式冷床參數(shù)表

油箱：3 000 L

主泵排量：3×0.125 L/轉（兩用一備）

主泵電機功率：3×75 Kw

系統(tǒng)工作壓力：16 MPa；蓄能器充氣壓力9～10 MPa

液壓介質：46#酯型難燃液壓油

清潔度：NASA 6 級

1.2.2 控制閥臺

5#連鑄機步進式翻轉冷床液壓系統(tǒng)控制閥臺原理如圖1 所示。步進冷床的液壓控制原理是液壓油P 通過換向閥進入舉升油缸無干腔，活塞桿伸出完成上升動作，液壓油通過比例閥進入橫移油缸無干腔，活塞桿伸出，完成平移動作，隨后舉升油缸活塞桿收回，橫移油缸活塞桿縮回，這樣完成步進式翻轉冷床的一個周期動作。

2 步進式冷床存在的問題

圖1 步進式翻轉冷床原液壓原理圖

2.1 兩側油缸動作不同步

由于設備結構老化，變形嚴重，同步軸不能實現(xiàn)同步，造成冷床兩側油缸動作不一致，同步性能差，致使負載較大一側的油缸活塞與缸體摩擦加劇，油缸使用一段時間后缸體磨損嚴重，最初期表現(xiàn)為油缸漏油；其次油缸磨損嚴重后，磨損產(chǎn)生的鐵屑會回流到油箱，使油品造成污染，這樣也會造成液壓元件的磨損，以及閥芯卡死的問題，給設備帶來運行的隱患，造成設備故障的發(fā)生；另外，冷床油缸更換困難，更換時間長，費工費力，同時生產(chǎn)也會受到影響。

2.2 液壓系統(tǒng)沖擊大

（1）在液壓系統(tǒng)工作時，特別是負載較大的情況下，舉升油缸上升啟動過程中，液壓沖擊力較大，油路系統(tǒng)振動增加，經(jīng)常造成管路爆裂，管路、閥臺漏油的現(xiàn)象。

（2）由于換向閥突然換向，執(zhí)行元件的運動突然停止，會使管路內液體流動發(fā)生急劇變化，而產(chǎn)生沖擊壓力，雖然系統(tǒng)中設置有安全閥，但仍然難免產(chǎn)生壓力的劇增和沖擊，這種沖擊引起了儀表、元件、密封裝置發(fā)生故障甚至損壞，致使管道破裂，還會產(chǎn)生明顯的振動，造成設備經(jīng)常漏油現(xiàn)象，

（3）管道安裝不合理同樣造成過大的壓力損失，以致出現(xiàn)振動，噪聲等異常現(xiàn)象，振動過大造成管夾松動，接頭漏油等問題，

2.3 冷床能力與鑄坯拉速不匹配

由于冶煉節(jié)奏的提高，5#連鑄機相應進行了提拉速改造，因此造成步進式冷床運行周期與鑄坯拉速不匹配，影響了生產(chǎn)節(jié)奏。

圖2 改造后翻轉冷床液壓原理圖

3 改進措施與效果

3.1 對于液壓油缸不同步問題的改進

5#連鑄機冷床為利舊設備，其同步方式為機械同步，同步精度得不到保證，為此采取了相應的改進措施。改造后控制閥臺液壓系統(tǒng)原理如圖2。

（1）為了保障油缸的同步性能，在舉升油缸、平移油缸以及尾推油缸的無桿腔液壓油入口加裝同步馬達，這樣由同步馬達來保證從閥臺出口液壓油流量到兩條缸的流量是一樣的，來實現(xiàn)液壓缸的同步，同步馬達的同步精度為±1.5%。

（2）液壓系統(tǒng)配管在安裝過程中盡量保證兩條油缸的油管長度一樣，保證進入兩條油缸的流量是同時的，減少這方面的誤差，更好的達到同步性能。

3.2 對于系統(tǒng)沖擊大問題的改進

（1）針對大負載情況下升降油缸啟動過程中液壓系統(tǒng)沖擊力大，以及由于換向閥突然換向造成的系統(tǒng)沖擊壓力問題，在系統(tǒng)中增加一組6×63L 蓄能器，安裝在液壓閥臺附近，與主供油管道相連，這樣可以吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的液壓沖擊。

（2）針對管道安裝不合理造成的管網(wǎng)過大的壓力損失，導致的管網(wǎng)振動過大、管夾松動和接頭漏油等問題，對系統(tǒng)管路重新布置和安裝，通過減少直角轉彎，合理安裝接頭，增加管夾密度，有效減少管路給系統(tǒng)造成的振動現(xiàn)象。

3.3 對于冷床與連鑄拉速不匹配問題的改進

由于轉爐冶煉節(jié)奏的提高，連鑄機需要提拉速以滿足生產(chǎn)的匹配，連鑄機提拉速改造后，平均拉速為3.55 m/min，最大設計拉速為3.8 m/min，鑄坯定尺12 m，根據(jù)這樣前提條件，計算單根鑄坯出坯的最短時間為27 s，對于7 根鑄坯出坯，冷床只需最多動作4 或5 次周期，每次冷床周期可以考慮為36 s～47 s。根據(jù)上述條件，在不改變液壓系統(tǒng)總體供油能力的條件下，重新對舉升油缸、橫移油缸、尾部推鋼油缸進行了優(yōu)化選型，并對新選型號液壓缸進行流量核算。優(yōu)化前后油缸規(guī)格如表2 所示。

表2 冷床改造前后油缸規(guī)格

3.3.1 執(zhí)行機構速度核算

（1）根據(jù)液壓系統(tǒng)參數(shù)計算主泵最大流量Q總=2×nq=2×1 500×0.125=375 L/min

n：轉速（轉/min）；q：主泵排量（L/轉）。

（2）按照冷床動作順序，液壓系統(tǒng)所需最大供油流量為冷床舉升油缸上升和尾部推鋼油缸同時工作的狀態(tài)下，其所需要流量Q=Q1+Q2

D：舉升油缸無桿腔直徑

D：尾部推鋼油缸無桿腔直徑

Q=Q1+Q2=377 L/min≈Q總=375 L/min（2 臺油泵最大理論輸出流量）

主泵流量能夠滿足冷床舉升油缸上升和尾部推鋼油缸同時工作的最用油需求，另外蓄能器還能補充液壓油，補充不足的系統(tǒng)流量，故能夠保證一個循環(huán)周期36 s 的時間，與鑄機拉速相匹配。

3.3.2 分堆推鋼與冷床油量核算

（2）36 s 內冷床和尾部推鋼用油量

D1：舉升油缸無桿腔直徑；D2：舉升油缸有杠腔直徑；l1：舉升油缸行程；

D3：橫移油缸無桿腔直徑；D4：橫移油缸有杠腔直徑；l2：橫移油缸行程；

D5：尾推油缸無桿腔直徑；D6：尾推油缸有杠腔直徑；l3：尾推油缸行程。

（3）36 s 內蓄能器最多可儲存油量為：A=A1-A2=225 L-145 L=80 L。

（4）36s 近似分堆推鋼1 次來回所需油量為：

D7: 分堆油缸無桿腔直徑；D8: 分堆油缸有杠腔直徑；l4:分堆油缸行程。

結論：36 s 內蓄能器最多可儲存油量為80 L，小于36 s 分堆油缸推鋼1 個來回所需的99 L 油量，99÷80=1.24，綜上所述如果蓄能器36 s 內要儲存99L 油, 要1.3 個周期的存儲才能滿足分堆推鋼一次，所以分堆冷床不能與冷床同時工作。

通過核算，優(yōu)化后舉升油缸、橫移油缸、尾部推鋼油缸能夠滿足步進式翻轉冷床36s～47s 運行周期；主泵系統(tǒng)流量也能夠滿足優(yōu)化后系統(tǒng)所需的流量。

4 結語

通過技術改造，5#連鑄機步進式翻轉冷床的動作平穩(wěn)，運行周期能夠滿足連鑄機設計的拉速要求，冷床出現(xiàn)的設備故障明顯降低，減少了備件以及油品的污染消耗，為連鑄機的連續(xù)生產(chǎn)提供了可靠的保障。在液壓系統(tǒng)維護保養(yǎng)上還要注意一下方面。

（1）該液壓系統(tǒng)為比例調節(jié)系統(tǒng)，對油品清潔度要求NASA 6 級，要定期更換高壓過濾器、回油過濾器、循環(huán)過濾器濾芯；

（2）定期對油品取樣化驗，掌握油品運行狀態(tài)，若出現(xiàn)不合格及時采取措施。

（3）保持設備衛(wèi)生，發(fā)現(xiàn)滲油、漏油及時處理，避免擴大化。

（4）對系統(tǒng)壓力、油溫、液位點檢檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時查找原因處理。

（5）檢查蓄能器壓力至少一年一次，壓力不足盡快補充氣體壓力，防止皮囊擊穿。