步進爐系統提速改進

王志強 席志博 侯瑛

摘? 要：蓄能器是液壓系統中的一種能量儲蓄裝置，他在適當的時機將系統中的能量轉變為壓縮能或位能儲存起來，當系統需要時，又將壓縮能或者位能轉變為液壓或氣壓等能而釋放出來，重新補供給系統，當系統的瞬間壓力增大時，它可以吸收這部分的能量，以保證整個系統壓力正常。在大型軋鋼企業生產過程中，由于液壓系統的頻繁快速的動作，系統壓力波動較大，容易造成液壓系統中的儀表及液壓元件沖擊損傷。

關鍵詞：蓄能器;液壓系統;壓力沖擊

前言

近代液壓傳動技術是由19 世紀崛起并蓬勃發展的石油工業推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉位器，其后出現了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到20 世紀30年代末才用上了液壓傳動。第二次世界大戰期間，由于軍事上的需要，出現了以電液伺服系統為代表的響應快、精度高的液壓元件和控制系統，從而使液壓技術得到了迅猛發展。20世紀50年代，隨著世界各國經濟的恢復和發展，生產過程自動化的不斷增長，使液壓技術很快轉入民用工業，在機械制造、起重運輸機械及各類施工機械、船舶、航空等領域得到了廣泛的發展和應用。20世紀60年代以來，隨著原子能、航空航天技術、微電子技術的發展，液壓技術在更深、更廣闊的領域得到了發展，在工程機械，數控加工中心，冶金自動線等國民經濟的各個方面也都得到了應用。

1、步進爐簡介及現狀

1.1步進爐簡介

步進式加熱爐是能夠實現鋼管及管坯優質、高效、低耗加熱的要求，以充分滿足現代鋼管生產機械化和自動化。步進式加熱爐作為無縫鋼管生產中最關鍵的設備。其加熱質量對鋼材組織、產品質量起著至關重要的作用。步進爐加熱的特點是：坯料之間分開，有利于加熱傳導，這樣加熱速度快而且內外溫度均勻。

步進式加熱爐是熱軋生產的關鍵設備之一。鋼管公司步進爐液壓站動力源采用A4VSO140液壓泵四臺，步進梁上升采用4個規格為φ160/φ100-800的液壓缸，步進梁自重100余噸，帶載重300余噸。采用液壓傳動，具有步進周期短，運動速度高等特點。在步進式加熱爐的內部，鋼坯的移動通過固定梁和載有鋼坯的移動梁的移動來進行的。步進梁的移動軌跡為矩形。由升降機構的垂直運動和平移機構的水平運動組合而成，步進梁相對固定梁做上升、前進、下降、后退4個動作，如圖1—1所示。這4個運動動作組成步進梁的一個動作周期，每完成一個周期，鋼坯就從裝料端向出料端前進一個定尺行程。

動梁上升或下降到與靜梁持平的位置時，要求運動速度較慢，達到輕抬輕放鋼坯，防止沖擊對鋼管表面造成缺陷。當上升到最高點時要減速，平移時運動要平穩，防止鋼坯產生晃動，必須精確控制動梁驅動液壓油缸的運動加速度和速度，如圖1-2所示，項目中采用電液比例閥控制，實現無極在線速度調節。

1.2鋼管公司步進爐生產現狀

步進爐液壓站動力源負責步進梁上升、下降、裝料機和出料機等十二個液壓缸動作，由于連接閥臺設備輸送管線長，在生產過程中步進梁液壓缸一直重復著相同的動作，且控制步進梁上升的都是大規格液壓缸，在步進梁上升時所需瞬時流量大，加之爐底重量較大，導致系統壓力不穩定，系統壓力從16Mpa降至9Mpa，甚至出現舉升能力不足，短時停頓現象，壓力沖擊對液壓站內液壓泵及其他液壓元件損害較大，隨著生產節奏的加快，液壓缸動作頻繁，壓力波動導致步進梁上升速度慢，影響現場生產節奏。

2、改進過程及說明

2.1改進措施

根據上述情況結合生產現場的實際情形，決定對步進爐液壓系統從三個方面進行改進：1、在步進爐升降閥臺處安裝4臺40升的蓄能器，充氮氣壓力12Mpa查表可知，40L蓄能器，充氣壓力12Mpa，工作壓力15Mpa時容積31L，13Mpa時容積35L，每臺蓄能器有效容積4L，四臺蓄能器可增加瞬時流量16升，可以再穩定壓力的同時增加流量;2、優化比例閥開口度，從原來上升時開口度最大值50%調整為32%，減少上升時比例閥通過的流量，進一步減弱液壓沖擊;3、將系統壓力降至15Mpa，減少系統的液壓沖擊對液壓元件造成的損害。

2.2相關計算

液壓泵排量V=140ml/r;n=1500r/min;

理論流量q=vn=3.5L/s，4臺泵同時工作可提供流量14L/s;

液壓缸容積V=AH=8πD2/4=8πx1.6x1.6dm2/4=16L，則四個液壓缸所需流量64L/s;

步進梁理論上升最大速度S=V/Q=4.6s。

2.3改進后效果

改進前，步進梁上升理論需要4.6s，但是生產過程中設備載重及其他原因影響，壓力波動較大，步進爐實際上升速度為6-7s，每行走一個周期需耗時23秒.經過系列改進措施后，步進梁上升速度明顯提升，上升速度達到4秒，且一個循環只需17秒，超過原設計最快值18秒還提高1秒，根據現場實際運行情況觀察，有效的將系統壓力波動控制在2MPa范圍內。

2.4蓄能器的作用

（1）作輔助動力源

在間歇工作或實現周期性動作循環的液壓系統中，蓄能器可以把液壓泵輸出的多余壓力油儲存起來。當系統需要時，由蓄能器釋放出來。這樣可以減少液壓泵的額定流量，從而減小電機功率消耗，降低液壓系統溫升。

（2）系統保壓或作緊急動力源

對于執行元件長時間不動作，而要保持恒定壓力的系統，可用蓄能器來補償泄漏，從而使壓力恒定。對某些系統要求當泵發生故障或停電時，執行元件應繼續完成必要的動作時，需要有適當容量的蓄能器作緊急動力源。

（3）吸收系統脈動，緩和液壓沖擊;

蓄能器能吸收系統壓力突變時的沖擊，如液壓泵突然啟動或停止，液壓閥突然關閉或開啟，液壓缸突然運動或停止;也能吸收液壓泵工作時的流量脈動所引起的壓力脈動，相當于油路中的平滑濾波（在泵的出口處并聯一個反應靈敏而慣性小的蓄能器）。

與增加動力源液壓泵相比，通過增加蓄能器實現穩定系統壓力、緩和液壓沖擊并充當輔助動力源，是用最簡潔成本最低的方法，有效的減少了液壓管線的沖擊，保護液壓系統內液壓閥、液壓泵及其他液壓元件的使用壽命，節約維修以及訂購備件的費用，保證現場生產節奏的平穩有序進行，為企業降本增效做出貢獻。