冶金機械液壓系統運行可靠性研究

危榮華

（江西晶安高科技股份有限公司，江西 南昌 330000）

在當前冶金行業中，隨著連軋、連鑄等鋼鐵生產工藝的出現，液壓系統的穩定性主要得到越來越多學者的關注，這是因為冶金機械液壓系統一旦出現質量問題，不僅會影響冶金的生產質量，也有可能對工作人員的人身安全構成威脅，增加企業所承擔的損失。因此為了能夠好的適應未來生產要求，則需要尋找到提升液壓系統可靠性的新方法，這也是本文研究的主要目的。

1 冶金機械液壓系統的運行工況研究

作為冶金行業生產的核心設備，冶金機械液壓系統與其他系統相比較存在以下特征：①系統對控制的要求更高。為滿足當前冶金行業自動化生產要求，設備中的連扎與連鑄等均采用了連鎖控制的模式，在該模式下所有設備的啟動與停止都必須實現快速、精準的反應。②工作時間長。冶金系統所承受的工作壓力較大，普遍為連續生產模式，因此為設備提供的停產檢修時間少，所以必須確保液壓系統的穩定性。③系統的壓力高。冶金機械液壓系統普遍為重型設備，具有運行功率達的特征，最高值可能達到35MPa。④設備運行現場的環境惡劣。這是因為冶金設備普遍處于水霧、灰塵以及高溫的運行環境下，導致設備的磨損速度加快，更容易出現設備運行質量問題。

2 提升冶金機械液壓系統可靠性的措施

2.1 完善液壓系統的設計方案

從設備運行的角度來，在液壓系統設計過程中必須兼顧工況的影響，在綜合考慮液壓系統性能的基礎上，重點考慮到以下因素對設備性能的影響。

（1）液壓回路的設計方案。從設備性能的角度來看，冶金機械液壓系統的系統圖設計是其中的重點內容，根據設備的性能要求，需要相關人員從液壓系統的性能以及動作等幾方面入手，選擇理想的液壓回路結構，再將各個回路進行整合，最終形成一套完整的回路系統。根據現有的經驗，在液壓回路系統設計中設計人員必須考慮到調壓、調速以及順序動作等幾方面的要求，并兼顧綠色生產、設備生命周期等方面的要求。本文圖介紹了一種基于液壓控制順序閥的平衡回路模式，該回路通過液控順序閥，能夠適應復雜條件下的負載變化情況。其基本運動特征為：當換向閥切換至右位時，液壓泵所提供的壓力可經過單向閥進入到液壓缸的下腔，由此可完整重物上舉的過程；而換向閥切換至左位時，壓力油進入液壓缸的上腔位置，并且在該壓力下可提升至設定壓力，經控制油路打開液控順序閥門，引導活塞運動并放下重物。而當換向閥切換至中位后，液壓缸的上腔開始卸壓，此時隨著卸壓的進行，液控順序間關閉，活塞的終止運動。結合上述對該夜空順序閥的介紹可知，該回路可通過液控順序閥的啟動/關閉過程調整控制口的油壓水平；并且在壓力油的作用下，液壓控制閥啟動并降低液壓缸上腔壓力水平，這個動作過程可以促使液控順序閥關閉；而在設備運行期間，隨著壓力的上升則可以進一步啟動液控順序閥，并完成整個動作。所以在活塞斷續下降并出現“點頭”效應時，可選擇在控制油路上增設節流閥，在裝設該裝置后可以降低液控順序閥的啟閉速度，保證了液壓系統的性能[1]。

（2）合理選擇液壓油。根據麻省理工學院相關學者的研究可知，冶金液壓系統的失效與液壓油污染之間存在密切關系，所以為切實保證液壓機械液壓系統的可靠性，不僅要保證液壓油的性能滿意，也要兼顧污染防控的要求。

從設備運行的角度來看，液壓油作為一種重要的工作介質，在液壓系統中具有潤滑、傳遞動力的功能，所以在選擇也要有期間應嚴格按照冶金設備液壓系統的特征，在液壓系統性能滿意的情況下，根據潤滑油的性能要求考慮黏度等方面的要求，一般黏度較低的情況下會增加泄漏并導致液壓系統的運行效率下降，設備的磨損更加嚴重。而如果潤滑油的粘度較高，將會增加液體流動時所遭受的阻力，所以為保證液壓系統的穩定性，選擇性能滿足的液壓油則成為其中的關鍵點。目前性能相對滿意的液壓油包括L-HM液壓油等，可基本滿足冶金機械設備的運行要求。

同時考慮到液壓油污染等方面的考慮，主要污染源來自于液壓元件的磨損以及系統內部的固有污染、油品自身的污染等，這些污染物會加劇元件磨損，并直接危及液壓系統的可靠性。所以為達到提高穩定性的目的，則需要有效控制污染，常見的設計思路包括：①要避免污染物進入系統中，其預防方法包括優化油箱結構，即確保油箱頂蓋的有效封閉，尤其是露天環境以及粉塵較大的環境下必要確保密封性。根據馬鞍山鋼鐵廠的經驗，該廠區的混運堆料機液壓系統故障問題頻發的主要原因，是油箱并未設計成全封閉結構，在污染物的作用下導致油液出現嚴重的乳化現象。②同時要考慮布置濾油裝置來清除油液中的污染物，在布置期間需要考慮的內容包括：過濾的精度要求。在設計期間關于設備的過濾精度需要根根據系統中關鍵元件的性能做統一評價，目前我國相關標準中關于過濾精度的評估標準是以絕對精度來驗算的，即通過一定條件計算過濾器最大球形顆粒的直徑水平。但是在計算過程中，還需要考慮到過濾比β的影響，計算公式如公式（1）所示。

在公式（1）中，n代表上游大于尺寸X的顆粒數；N表示下游大于尺寸X的顆粒數。在數據運算過程中，β越大，則證明裝置的過濾能力越強。

通流能力變化。濾油器的通流能力主要是根據系統中的最大流量來確定的，理想狀態下濾油器的額定流量應高于系統流量，若小于該數值可能會造成嚴重的壓力損失情況，并導致濾芯堵塞等[2]。

2.2 安裝液壓系統

從運行效率的角度來看，液壓系統的安裝水平對其運行可靠性有直接影響，所以在液壓系統安裝之前，工作人員需要重點檢查設備連接表面的狀態以及密封件的溝槽尺寸大小，不僅要確保設備無質量缺陷，也要保證其加工精度等滿足規定，尤其是所有長時間保存的軟件需要注意檢查內部孔道的清潔度水平，避免使用老化的零部件。針對修復的零部件，在安裝在液壓系統中之前需用煤油做徹底清洗并做校驗，必要情況下可通過壓力以及密封實驗等做進一步評估。例如目前較為常見的方法是控制液流通的方向，避免因為誤動而造成卡死等質量問題。

在液壓系統安裝過程中可遵照“先難后易”“先內后外”的流程進行加工，針對液壓元件的性能要求合理選擇安裝的精度，確保設備的性能滿足預期。在安裝液壓缸期間，注意確保液壓缸軸線與移動機構導軌面的平行度小于等于0.1mm，這是提高設備安裝精度的重要組成部分。

3 冶金機械液壓系統運行可靠性的仿真分析

在仿真分析階段，本文并以液壓機械的調高系統為研究對象，通過液壓系統模型的方法展展開進一步分析。

（1）數學模型的建立。冶金機械也要調高系統主要通過調高油缸伸縮調節滾筒位置的，其基本的系統運行結構如圖1所示。

圖1 液壓調高系統的結構圖

按照圖1介紹的內容，在忽略液壓系統管路件壓力損失的情況下，設定液壓油的溫度恒定，則可以做系統建模，則模型的基本結構如公式（2）所示。

在公式（2）中，qL代表電液比例閥流量，單位為“m3/s”。Kq為流量增益，單位為“m2/s”。Kc為流量-壓力系數，單位為“m3·（s·Pa）-1”。pL為負債壓差，單位為“Pa”。

同時在液壓系統運行穩定的情況下，則有開環傳遞函數，其表達關系結構如公式（3）所示。

公式（3）中，K為開環放大系數；為液壓阻尼比；s為調高油缸的行程；ω為液壓固有頻率。

（2）調高行程對穩定性的影響。根據上文介紹的關系式，本文在建立上述模型的基礎上，分析調高油缸行程對液壓系統可靠性的影響，其主要參數內容如表1所示。

表1 液壓系統的參數表

在表1所介紹的參數下，分別設置油缸行程為1.2m、1.0m、0.8m，通過改變油缸的安裝位置使其達到同一調高范圍，根據上文介紹的數學函數，得知油缸行程分別為1.2m、1.0m、0.8m時，對應的阻尼比分別為0.094、0.103、0.155，繪制開環傳遞函數圖形之后行程bodc圖，則有資料如圖2所示。

圖2 不同行程下的bodc圖

根據圖2所介紹的信息可知，三種行程下系統均為穩定狀態，但是調高油缸行程越小，則油缸總體積越小，因此可選擇油缸行程為0.8m的參數[3]。

4 結語

影響冶金機械液壓系統運行可靠性的因素較多，本文所介紹的相關方法機及其仿真結果具有先進性，因此需要相關人員應該提神對相關技術的認識，最終尋找到提升穩定性的有效方法。