步進(jìn)爐系統(tǒng)提速改進(jìn)

王志強(qiáng) 席志博 侯瑛

摘? 要：蓄能器是液壓系統(tǒng)中的一種能量?jī)?chǔ)蓄裝置，他在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能或位能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，又將壓縮能或者位能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜?lái)，重新補(bǔ)供給系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)的瞬間壓力增大時(shí)，它可以吸收這部分的能量，以保證整個(gè)系統(tǒng)壓力正常。在大型軋鋼企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于液壓系統(tǒng)的頻繁快速的動(dòng)作，系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大，容易造成液壓系統(tǒng)中的儀表及液壓元件沖擊損傷。

關(guān)鍵詞：蓄能器;液壓系統(tǒng);壓力沖擊

前言

近代液壓傳動(dòng)技術(shù)是由19 世紀(jì)崛起并蓬勃發(fā)展的石油工業(yè)推動(dòng)起來(lái)的，最早實(shí)踐成功的液壓傳動(dòng)裝置是艦船上的炮塔轉(zhuǎn)位器，其后出現(xiàn)了液壓六角車(chē)床和磨床，一些通用車(chē)床到20 世紀(jì)30年代末才用上了液壓傳動(dòng)。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事上的需要，出現(xiàn)了以電液伺服系統(tǒng)為代表的響應(yīng)快、精度高的液壓元件和控制系統(tǒng)，從而使液壓技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。20世紀(jì)50年代，隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的不斷增長(zhǎng)，使液壓技術(shù)很快轉(zhuǎn)入民用工業(yè)，在機(jī)械制造、起重運(yùn)輸機(jī)械及各類(lèi)施工機(jī)械、船舶、航空等領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著原子能、航空航天技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)在更深、更廣闊的領(lǐng)域得到了發(fā)展，在工程機(jī)械，數(shù)控加工中心，冶金自動(dòng)線等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面也都得到了應(yīng)用。

1、步進(jìn)爐簡(jiǎn)介及現(xiàn)狀

1.1步進(jìn)爐簡(jiǎn)介

步進(jìn)式加熱爐是能夠?qū)崿F(xiàn)鋼管及管坯優(yōu)質(zhì)、高效、低耗加熱的要求，以充分滿足現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化。步進(jìn)式加熱爐作為無(wú)縫鋼管生產(chǎn)中最關(guān)鍵的設(shè)備。其加熱質(zhì)量對(duì)鋼材組織、產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。步進(jìn)爐加熱的特點(diǎn)是：坯料之間分開(kāi)，有利于加熱傳導(dǎo)，這樣加熱速度快而且內(nèi)外溫度均勻。

步進(jìn)式加熱爐是熱軋生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。鋼管公司步進(jìn)爐液壓站動(dòng)力源采用A4VSO140液壓泵四臺(tái)，步進(jìn)梁上升采用4個(gè)規(guī)格為φ160/φ100-800的液壓缸，步進(jìn)梁自重100余噸，帶載重300余噸。采用液壓傳動(dòng)，具有步進(jìn)周期短，運(yùn)動(dòng)速度高等特點(diǎn)。在步進(jìn)式加熱爐的內(nèi)部，鋼坯的移動(dòng)通過(guò)固定梁和載有鋼坯的移動(dòng)梁的移動(dòng)來(lái)進(jìn)行的。步進(jìn)梁的移動(dòng)軌跡為矩形。由升降機(jī)構(gòu)的垂直運(yùn)動(dòng)和平移機(jī)構(gòu)的水平運(yùn)動(dòng)組合而成，步進(jìn)梁相對(duì)固定梁做上升、前進(jìn)、下降、后退4個(gè)動(dòng)作，如圖1—1所示。這4個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作組成步進(jìn)梁的一個(gè)動(dòng)作周期，每完成一個(gè)周期，鋼坯就從裝料端向出料端前進(jìn)一個(gè)定尺行程。

動(dòng)梁上升或下降到與靜梁持平的位置時(shí)，要求運(yùn)動(dòng)速度較慢，達(dá)到輕抬輕放鋼坯，防止沖擊對(duì)鋼管表面造成缺陷。當(dāng)上升到最高點(diǎn)時(shí)要減速，平移時(shí)運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，防止鋼坯產(chǎn)生晃動(dòng)，必須精確控制動(dòng)梁驅(qū)動(dòng)液壓油缸的運(yùn)動(dòng)加速度和速度，如圖1-2所示，項(xiàng)目中采用電液比例閥控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)極在線速度調(diào)節(jié)。

1.2鋼管公司步進(jìn)爐生產(chǎn)現(xiàn)狀

步進(jìn)爐液壓站動(dòng)力源負(fù)責(zé)步進(jìn)梁上升、下降、裝料機(jī)和出料機(jī)等十二個(gè)液壓缸動(dòng)作，由于連接閥臺(tái)設(shè)備輸送管線長(zhǎng)，在生產(chǎn)過(guò)程中步進(jìn)梁液壓缸一直重復(fù)著相同的動(dòng)作，且控制步進(jìn)梁上升的都是大規(guī)格液壓缸，在步進(jìn)梁上升時(shí)所需瞬時(shí)流量大，加之爐底重量較大，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，系統(tǒng)壓力從16Mpa降至9Mpa，甚至出現(xiàn)舉升能力不足，短時(shí)停頓現(xiàn)象，壓力沖擊對(duì)液壓站內(nèi)液壓泵及其他液壓元件損害較大，隨著生產(chǎn)節(jié)奏的加快，液壓缸動(dòng)作頻繁，壓力波動(dòng)導(dǎo)致步進(jìn)梁上升速度慢，影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)節(jié)奏。

2、改進(jìn)過(guò)程及說(shuō)明

2.1改進(jìn)措施

根據(jù)上述情況結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情形，決定對(duì)步進(jìn)爐液壓系統(tǒng)從三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：1、在步進(jìn)爐升降閥臺(tái)處安裝4臺(tái)40升的蓄能器，充氮?dú)鈮毫?2Mpa查表可知，40L蓄能器，充氣壓力12Mpa，工作壓力15Mpa時(shí)容積31L，13Mpa時(shí)容積35L，每臺(tái)蓄能器有效容積4L，四臺(tái)蓄能器可增加瞬時(shí)流量16升，可以再穩(wěn)定壓力的同時(shí)增加流量;2、優(yōu)化比例閥開(kāi)口度，從原來(lái)上升時(shí)開(kāi)口度最大值50%調(diào)整為32%，減少上升時(shí)比例閥通過(guò)的流量，進(jìn)一步減弱液壓沖擊;3、將系統(tǒng)壓力降至15Mpa，減少系統(tǒng)的液壓沖擊對(duì)液壓元件造成的損害。

2.2相關(guān)計(jì)算

液壓泵排量V=140ml/r;n=1500r/min;

理論流量q=vn=3.5L/s，4臺(tái)泵同時(shí)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(gè)液壓缸所需流量64L/s;

步進(jìn)梁理論上升最大速度S=V/Q=4.6s。

2.3改進(jìn)后效果

改進(jìn)前，步進(jìn)梁上升理論需要4.6s，但是生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備載重及其他原因影響，壓力波動(dòng)較大，步進(jìn)爐實(shí)際上升速度為6-7s，每行走一個(gè)周期需耗時(shí)23秒.經(jīng)過(guò)系列改進(jìn)措施后，步進(jìn)梁上升速度明顯提升，上升速度達(dá)到4秒，且一個(gè)循環(huán)只需17秒，超過(guò)原設(shè)計(jì)最快值18秒還提高1秒，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況觀察，有效的將系統(tǒng)壓力波動(dòng)控制在2MPa范圍內(nèi)。

2.4蓄能器的作用

（1）作輔助動(dòng)力源

在間歇工作或?qū)崿F(xiàn)周期性動(dòng)作循環(huán)的液壓系統(tǒng)中，蓄能器可以把液壓泵輸出的多余壓力油儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，由蓄能器釋放出來(lái)。這樣可以減少液壓泵的額定流量，從而減小電機(jī)功率消耗，降低液壓系統(tǒng)溫升。

（2）系統(tǒng)保壓或作緊急動(dòng)力源

對(duì)于執(zhí)行元件長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作，而要保持恒定壓力的系統(tǒng)，可用蓄能器來(lái)補(bǔ)償泄漏，從而使壓力恒定。對(duì)某些系統(tǒng)要求當(dāng)泵發(fā)生故障或停電時(shí)，執(zhí)行元件應(yīng)繼續(xù)完成必要的動(dòng)作時(shí)，需要有適當(dāng)容量的蓄能器作緊急動(dòng)力源。

（3）吸收系統(tǒng)脈動(dòng)，緩和液壓沖擊;

蓄能器能吸收系統(tǒng)壓力突變時(shí)的沖擊，如液壓泵突然啟動(dòng)或停止，液壓閥突然關(guān)閉或開(kāi)啟，液壓缸突然運(yùn)動(dòng)或停止;也能吸收液壓泵工作時(shí)的流量脈動(dòng)所引起的壓力脈動(dòng)，相當(dāng)于油路中的平滑濾波（在泵的出口處并聯(lián)一個(gè)反應(yīng)靈敏而慣性小的蓄能器）。

與增加動(dòng)力源液壓泵相比，通過(guò)增加蓄能器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定系統(tǒng)壓力、緩和液壓沖擊并充當(dāng)輔助動(dòng)力源，是用最簡(jiǎn)潔成本最低的方法，有效的減少了液壓管線的沖擊，保護(hù)液壓系統(tǒng)內(nèi)液壓閥、液壓泵及其他液壓元件的使用壽命，節(jié)約維修以及訂購(gòu)備件的費(fèi)用，保證現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)節(jié)奏的平穩(wěn)有序進(jìn)行，為企業(yè)降本增效做出貢獻(xiàn)。