步進梁式加熱爐液壓系統(tǒng)的改進設計

步進梁式加熱爐液壓系統(tǒng)的改進設計

0運用廣泛的運用在現(xiàn)代社會中漸進式加熱爐具有均勻加熱鋼芯和防止表面磨損的優(yōu)點，在現(xiàn)代鋼芯加熱爐中得到了廣泛應用。武鋼一熱軋廠步進梁式加熱爐液壓系統(tǒng)是20世紀70年代從國外引進的,至今已運行30多年,部分液壓元件已被淘汰,控制精度低,已不能適應國家節(jié)能減排和當前工廠產(chǎn)能需求,需要對原加熱爐進行改造。1步進梁運動過程控制武鋼一熱軋廠步進梁式加熱爐液壓系統(tǒng)原理由武漢科技大學在參照外方原理的基礎上,針對步進梁運動的工藝特點,進行大量改進后優(yōu)化設計而成。液壓系統(tǒng)主要由主泵裝置、循環(huán)過濾冷卻裝置、油箱裝置、蓄能器組裝置和步進梁升降平移閥臺組成。圖1是改進后的加熱爐液壓系統(tǒng)泵源原理圖,它為步進梁的升降和平移提供動力。主電機功率75kW,轉速1480r/min,起動前電磁溢流閥得電,實現(xiàn)卸荷起動。主泵采用Rexroth公司生產(chǎn)的A4VSO180DR…恒壓變量柱塞泵,四用一備,工作壓力15MPa。循環(huán)泵、冷卻器、加熱器和循環(huán)過濾器共同組成了循環(huán)系統(tǒng),控制液壓油的溫度和清潔度。循環(huán)泵采用立式螺桿泵,工作壓力1MPa,流量424L/min,循環(huán)電機功率11kW,轉速1460r/min。冷卻器選用水冷板式冷卻器,冷卻效果更好。循環(huán)過濾器選用帶光電堵塞報警的雙筒過濾器,便于人工巡查。油箱有效容積7000L,設有翻板式液位計、溫度傳感器、空氣過濾器和棒式磁濾器。液位、溫度和壓力傳感器均采用模擬量控制,通過和可編程邏輯控制技術(PLC)相結合,在主控室的電視畫面上就能顯示出液壓系統(tǒng)的各種運行參數(shù),可對液壓系統(tǒng)實行自動控制和實時監(jiān)控,提高了自動化水平。蓄能器組選用四個公稱容積50L的皮囊式蓄能器,帶有安全球閥。它為液壓系統(tǒng)補充流量和吸收脈動。圖2是改進后的加熱爐步進梁升降平移閥臺原理圖,它控制步進梁升降和平移的運動速度。按武鋼一熱軋廠生產(chǎn)工藝要求,分配給步進梁升降和平移的運動時間僅為45s,這就要求步進梁運動既要快,又要穩(wěn)。也就是說液壓系統(tǒng)的流量要從0~1000L/min之間按照工藝要求不斷地變化。比例閥響應速度快,通過閥的流量受輸入比例閥信號大小控制,和壓力補償器配合使用,能夠不受外界負載變化的影響,進一步提高對通過閥流量的控制精度。插裝閥質量輕,響應快,流量大,和不同的蓋板組合,能夠實現(xiàn)多種功能。下面具體分析步進梁的運動過程,說明比例閥、插裝閥和恒壓變量泵相結合是如何按工藝要求控制步進梁運動速度(即系統(tǒng)流量)變化的,體現(xiàn)其在大流量液壓系統(tǒng)控制上優(yōu)點。1)步進梁上升本系統(tǒng)在步進梁升降回路上,采用Rexroth公司生產(chǎn)的FESE50CA-3X/1400LK0G1M插裝比例節(jié)流閥50.1、插裝壓力補償器(由插裝減壓閥48.1和調壓閥蓋板49.1組成)和其他插裝閥相配合實現(xiàn)對步進梁升降速度無級控制。步進梁上升前,恒壓變量泵在零擺角附近,僅輸出維持泵泄漏所需的流量。當電磁鐵YA7、YA8和YA12得電,所對應的插裝閥打開,比例節(jié)流閥50.1在一上升斜坡信號(從4~16mA左右)作用下,節(jié)流口逐漸變大至16mA時的開口度,恒壓變量泵擺角變大,通過比例節(jié)流閥50.1的流量從0增加到1000L/min,步進梁從靜止狀態(tài)開始勻加速上升至57mm/s,并保持這一速度勻速上升;在步進梁接觸到靜梁上的鋼坯前,比例節(jié)流閥50.1在一向下斜坡信號(從16~10mA左右)作用下,節(jié)流口逐漸變小至10mA時的開口度;從流量方程知,通過比例節(jié)流閥的流量:式中q———通過比例節(jié)流閥的流量;其中:流量系數(shù)c2)步進梁前進在步進梁進退回路上,采用Rexroth公司生產(chǎn)的4WRKE32W6-600L-3X/6EG24K31/F1D3M比例換向閥70.1、壓力補償器69.1和其他閥相配合,實現(xiàn)對步進梁進退速度無級控制。步進梁在最高點時,電磁鐵YA13得電,液控單向閥72.1和72.2打開,比例換向閥70.1在一上升斜坡信號(從12~17.16mA左右)作用下,節(jié)流口逐漸變大至17.16mA時的開口度,恒壓變量泵擺角變大,通過比例換向閥的流量從0變到502L/min,步進梁托住鋼坯從靜止狀態(tài)開始勻加速前進至118mm/s,并保持這一速度勻速前進;前進行程終了前,比例換向閥在一下降斜坡信號(從17.16~12mA)作用下,節(jié)流口逐漸變小直至關閉,恒壓變量泵擺角變小,通過比例換向閥的流量從502L/min變到0,步進梁托住鋼坯從勻速狀態(tài)開始勻減速前進,從118mm/s變?yōu)?。鋼坯前進一個步距600mm,用時5.5s。壓力補償器69.1一方面使比例換向閥70.1進出口壓差穩(wěn)定為1MPa,保證步進梁運動速度不受負載變化影響,只和比例換向閥的開口大小有關,另一方面通過減壓口大小調節(jié)恒壓變量泵出口壓力,改變其輸出流量。3)步進梁下降當步進梁托住鋼坯前進一個步距后,電磁鐵YA7、YA9、YA10和YA11得電,所對應的插裝閥打開,比例節(jié)流閥50.1在一上升斜坡信號(從4~16mA左右)作用下,節(jié)流口逐步變大至16mA時的開口度,壓力油經(jīng)減壓閥(46.1和47.1)、插裝方向閥(44.1、45.1和54.1)進入升降液壓缸(75.1和75.2)上腔,步進梁在自重的作用下開始下降,升降液壓缸下腔液壓油經(jīng)插裝單向閥(65和66)、插裝方向閥(52.2、53.2和83.2)、壓力補償器(48.1和49.1)、比例節(jié)流閥50.1、插裝方向閥(44.3、45.3和54.3)和插裝溢流閥(42.1和43.1)回油箱。在步進梁下降過程中,從靜止狀態(tài)開始勻加速下降直至57mm/s,并保持這一速度勻速下降,通過比例節(jié)流閥的流量從0變到1000L/min;在步進梁接觸到靜梁放下鋼坯前,比例節(jié)流閥50.1在一向下斜坡信號(從16~10mA左右)作用下,節(jié)流口逐步變小至10mA時的開口度,通過比例節(jié)流閥的流量從1000L/min減少到405L/min,步進梁下降速度從57mm/s勻減速至23mm/s,并以這一速度放下鋼坯(使步進梁上的鋼坯以低速接觸靜梁,減少對鋼坯的沖擊,做到輕放)勻速下降至靜梁下方后,比例節(jié)流閥50.1在一上升斜坡信號(從10~16mA左右)作用下,節(jié)流口逐漸變大至16mA時的開口度,通過比例節(jié)流閥的流量從405L/min增加到1000L/min,步進梁下降速度從23mm/s勻加速至57mm/s,并保持這一速度勻速下降;下降行程終了前,比例節(jié)流閥50.1在一向下斜坡信號(從16~4mA)作用下,節(jié)流口逐漸變小至關閉狀態(tài),通過比例節(jié)流閥的流量從1000L/min減少到0,步進梁下降速度從57mm/s勻減速至0,下降行程650mm,用時也是16s。在步進梁下降過程中,比例節(jié)流閥50.1起回油節(jié)流的作用;減壓閥(46.1和47.1)一方面穩(wěn)定升降缸上腔壓力防止吸空,另一方面通過減壓口大小調節(jié)恒壓變量泵出口壓力,改變其輸出流量;插裝溢流閥(42.1和43.1)使壓力補償器(48.1和49.1)出口保持一定的壓力,穩(wěn)定了壓力補償器(48.1和49.1)的工作狀態(tài),防止步進梁下降過程中產(chǎn)生嘯叫。4)步進梁后退步進梁在最低點時,由于梁上沒有鋼坯,運動速度可以加快。電磁鐵YA13得電,液控單向閥72.1和72.2打開,比例換向閥70.1在一下降斜坡信號(從12~7.9mA左右)作用下,節(jié)流口逐漸變大至7.9mA時的開口度,恒壓變量泵擺角變大,通過比例換向閥的流量從0變到314L/min,步進梁從靜止狀態(tài)開始勻加速后退直至135mm/s,并保持這一速度勻速后退;后退行程終了前,比例換向閥在一上升斜坡信號(從7.9~12mA)作用下,節(jié)流口逐漸變小直至關閉,恒壓變量泵擺角變小,通過比例換向閥的流量從314L/min變?yōu)?,步進梁從勻速狀態(tài)開始勻減速后退,從135mm/s變?yōu)?。步進梁回到原始位置,準備下一個循環(huán),用時4.5s。2液壓原理圖和基建資料的設計在液壓系統(tǒng)的工廠設計過程中,必須根據(jù)設計單位提供的液壓系統(tǒng)原理圖和土建資料,按照液壓設備場地大小、管道走向、大門位置等條件,綜合考慮設備的安裝、運輸、維修等多方面因素,才能設計出一個令各方滿意的產(chǎn)品。2.1雙泵組和單泵組集成組武鋼一熱軋加熱爐液壓系統(tǒng)新設備還要安裝在原來的液壓站內,房間長11270mm、寬8600mm,房子中間有一800mm×800mm的正方形立柱,還要利用原有的三個主電機電纜管。依據(jù)以上實際情況,將五臺主泵,分成四組,一個雙泵組和三個單泵組,便于利用原有的三個主電機電纜管。將蓄能器組安裝在立柱的一側,以有效地利用空間。經(jīng)過幾次反復修改后,設計完成的液壓設備結構緊湊,布局美觀,留有足夠的檢修空間。2.2主泵和主泵間的連接在液壓設備承制過程中,對液壓系統(tǒng)原理進行了仔細的分析,并接合制造實際情況對液壓系統(tǒng)提出了一些修改意見。為了降低電機-泵組的振動,減小噪聲,采取了以下五個方面措施:(1)電機和主泵之間采用鐘罩和彈性聯(lián)軸器連接;(2)電機-泵組底座加裝減振器;(3)泵吸油口安裝避振喉;(4)泵出油口安裝高壓膠管;(5)泵泄漏油口安裝低壓膠管。為便于安裝、維修、減少管道和泄漏,使設備結構更加緊湊,大量采用集成塊技術。在每臺主泵出口設置一個調壓塊,將泵出口的液壓元件集成到一個閥塊上;在五臺泵的合流處,設置一個集中塊;升降回路和平移回路元件分別安裝在升降閥塊和平移閥塊上;升降缸缸口元件集成到缸口塊上。7000L油