帶鋼處理線鋼卷小車提升缸的優(yōu)化設(shè)計(jì)

閆冬冰，李 冰

（1.西馬克技術(shù)（北京）有限公司上海分公司，上海 200000；2.上海理工大學(xué)，上海 200000）

本系統(tǒng)屬于冶金設(shè)備，主要介紹的就是帶鋼處理生產(chǎn)線中的鋼卷小車。帶鋼處理線有很多種，其中包括連續(xù)酸洗連軋線、連續(xù)退火線、鍍鋅線、重卷線、剪切線，各種生產(chǎn)線入口段和出口段都要用到鋼卷運(yùn)輸設(shè)備。鋼卷小車液壓缸獨(dú)特的設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)入口開卷機(jī)和出口卷取機(jī)不同的布置高度要求和高負(fù)載的運(yùn)輸要求，具有適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)輸穩(wěn)定、設(shè)備及維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。

1 工作描述

在帶鋼處理線連續(xù)機(jī)組布置中，鋼卷小車在入口和出口鋼卷運(yùn)輸中，起了非常關(guān)鍵的作用。有的用戶鋼卷準(zhǔn)備區(qū)和存放區(qū)離生產(chǎn)線很遠(yuǎn)，可以選擇布置若干個鋼卷小車。為了適應(yīng)入口開卷機(jī)和出口卷曲機(jī)中心高度，鋼卷小車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)非常緊湊，外型低矮結(jié)實(shí)，同時還具備比較大的升降行程。

液壓缸的設(shè)計(jì)就是關(guān)鍵，液壓缸有標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)設(shè)計(jì)，鋼卷小車一般采用非標(biāo)準(zhǔn)缸設(shè)計(jì)。液壓缸需要提升運(yùn)輸鋼卷，鋼卷重量高達(dá)40多噸。所以需要謹(jǐn)慎選擇和校核液壓缸的大小。

2 舉例如何校核液壓缸

一般選用兩級缸，結(jié)構(gòu)如示例；見下圖1。

圖1 兩級缸具體結(jié)構(gòu)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們先初步選定兩級缸尺寸。 接下來我們需要來校核這兩個缸的選型。

鋼卷小車前后共布置兩個液壓缸塊（布置見后面圖2）。每個液壓缸塊又由中間的一個大液壓缸和兩側(cè)布置的兩個小液壓缸組成。工作順序是中間的大液壓缸先提升，活塞桿完全伸出后，兩側(cè)的兩個小液壓缸才開始提升，提升時都是從無桿腔進(jìn)油的。

圖2 液壓缸行程歸零時狀態(tài)圖

系統(tǒng)壓力：180 bar。

考慮壓力損失，計(jì)算用壓力：P=160 bar=16N/mm2。

重力加速度：g=9.81m/s2。

鋼卷重量：mc=40 t=40，000 kg。

液壓缸數(shù)量：Zc=2。

液壓活塞摩擦系數(shù)：frc=0.9。

鋼卷小車頂部框架加頂部壓輥總重：mt=11 t=11，000kg。

先校核校液壓缸，小液壓缸尺寸是：?120/?80，行程675mm。

活塞直徑：Ds=120mm。

活塞桿直徑：ds=80mm。

活塞有效面積：As=2 x Ds2x/4=22608mm2。

小液壓缸推力：Fc=Asx Px Zcx frc=651110N=651KN。

鋼卷小車提升機(jī)械機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)：frsh=0.9。

小液壓缸提升最大載荷：mges=Fcx frsh/g=59724 kg。

小液壓缸允許提升的最大鋼卷重量：mcmax=mges-mt=48724kg=48.7 t。

液壓缸安全系數(shù)：s=mcmax/mc=1.2。

下面是校核大液壓缸，大液壓缸尺寸是：?173/?120，行程625mm。

活塞直徑：Db=173mm。

活塞桿直徑：db=120mm。

活塞有效面積：Ab=Db2x/4=23494mm2。

大液壓缸推力：Fc=Abx P x Zcx frc=676627N=676KN。

鋼卷小車提升機(jī)械機(jī)構(gòu)摩擦系數(shù)：frsh=0.9。

大液壓缸提升最大載荷：mges=Fcx frsh/g=62075 kg。

大液壓缸允許提升的最大鋼卷重量：mcmax=mges-mt=51075kg=51 t。

液壓缸安全系數(shù)：s=mcmax/mc=1.275。

3 防爆保護(hù)

在鋼卷小車液壓缸設(shè)計(jì)中，還要考慮到一種安全問題。由于小車運(yùn)輸?shù)匿摼碇亓勘容^大，在提升運(yùn)輸過程中，如果液壓管路發(fā)生爆裂，進(jìn)油端壓力驟降，液壓缸提升失靈，會帶著運(yùn)輸?shù)匿摼硪黄鹂焖倩芈涠鴵p壞設(shè)備或者造成更大的損失。為防止這種現(xiàn)象，在液壓缸設(shè)計(jì)回路中要考慮防爆保護(hù)。當(dāng)進(jìn)油和出油壓力差不多時，防爆閥打開。當(dāng)進(jìn)油端壓力驟降時，流量閥防爆閥會關(guān)閉，保持住液壓缸內(nèi)的油壓，保證液壓缸提升的位置。

防爆保護(hù)通過一個流量控制閥來實(shí)現(xiàn)。這個閥的計(jì)算如下：

提升速度：Vk=80mm/s。

收縮速度也是小車的下降速度：Vr=160mm/s。

小液壓缸活塞側(cè)流量：Qks=Asx Vk/ 1003=1.80dm3/s=108.5 dm3/min。

小活塞桿側(cè)有效面積：Asr=2 x(Ds2-ds2)x/4=12560mm2。

小液壓缸活塞桿側(cè)流量：Qrs=Asrx Vr/1003=2dm3/s=120.5 dm3/min。

大液壓缸活塞側(cè)流量：Qkb=Abx Vk/1003=1.88dm3/s=122.7 dm3/min。

大活塞桿側(cè)有效面積：Abr=(Db2-db2)x/4=12190mm2。

大液壓缸活塞桿側(cè)流量：Qrb=Abrx Vr/1003=1.95dm3/s=117 dm3/min。

活塞側(cè)總流量：Qkges=231.2 dm3/min。

活塞桿側(cè)總流量：Qrges=237.5 dm3/min。

所以選用FQIA-XIN-300l/min的防爆閥保護(hù)。

安全系數(shù)是300/237.5=1.26。

4 鋼卷小車液壓缸布置圖

當(dāng)液壓缸行程為零時。

當(dāng)液壓缸滿行程提升時。

圖3 液壓缸滿行程提成時狀態(tài)圖

5 結(jié)語

隨著我們對安全的重視越來越高，在設(shè)備設(shè)計(jì)過程中會越來越慎重，適時地優(yōu)化我們的設(shè)計(jì)。更好的滿足生產(chǎn)需要。