步进梁式加热炉液压系统的改进设计

步进梁式加热炉液压系统的改进设计

0运用广泛的运用在现代社会中渐进式加热炉具有均匀加热钢芯和防止表面磨损的优点，在现代钢芯加热炉中得到了广泛应用。武钢一热轧厂步进梁式加热炉液压系统是20世纪70年代从国外引进的,至今已运行30多年,部分液压元件已被淘汰,控制精度低,已不能适应国家节能减排和当前工厂产能需求,需要对原加热炉进行改造。1步进梁运动过程控制武钢一热轧厂步进梁式加热炉液压系统原理由武汉科技大学在参照外方原理的基础上,针对步进梁运动的工艺特点,进行大量改进后优化设计而成。液压系统主要由主泵装置、循环过滤冷却装置、油箱装置、蓄能器组装置和步进梁升降平移阀台组成。图1是改进后的加热炉液压系统泵源原理图,它为步进梁的升降和平移提供动力。主电机功率75kW,转速1480r/min,起动前电磁溢流阀得电,实现卸荷起动。主泵采用Rexroth公司生产的A4VSO180DR…恒压变量柱塞泵,四用一备,工作压力15MPa。循环泵、冷却器、加热器和循环过滤器共同组成了循环系统,控制液压油的温度和清洁度。循环泵采用立式螺杆泵,工作压力1MPa,流量424L/min,循环电机功率11kW,转速1460r/min。冷却器选用水冷板式冷却器,冷却效果更好。循环过滤器选用带光电堵塞报警的双筒过滤器,便于人工巡查。油箱有效容积7000L,设有翻板式液位计、温度传感器、空气过滤器和棒式磁滤器。液位、温度和压力传感器均采用模拟量控制,通过和可编程逻辑控制技术(PLC)相结合,在主控室的电视画面上就能显示出液压系统的各种运行参数,可对液压系统实行自动控制和实时监控,提高了自动化水平。蓄能器组选用四个公称容积50L的皮囊式蓄能器,带有安全球阀。它为液压系统补充流量和吸收脉动。图2是改进后的加热炉步进梁升降平移阀台原理图,它控制步进梁升降和平移的运动速度。按武钢一热轧厂生产工艺要求,分配给步进梁升降和平移的运动时间仅为45s,这就要求步进梁运动既要快,又要稳。也就是说液压系统的流量要从0~1000L/min之间按照工艺要求不断地变化。比例阀响应速度快,通过阀的流量受输入比例阀信号大小控制,和压力补偿器配合使用,能够不受外界负载变化的影响,进一步提高对通过阀流量的控制精度。插装阀质量轻,响应快,流量大,和不同的盖板组合,能够实现多种功能。下面具体分析步进梁的运动过程,说明比例阀、插装阀和恒压变量泵相结合是如何按工艺要求控制步进梁运动速度(即系统流量)变化的,体现其在大流量液压系统控制上优点。1)步进梁上升本系统在步进梁升降回路上,采用Rexroth公司生产的FESE50CA-3X/1400LK0G1M插装比例节流阀50.1、插装压力补偿器(由插装减压阀48.1和调压阀盖板49.1组成)和其他插装阀相配合实现对步进梁升降速度无级控制。步进梁上升前,恒压变量泵在零摆角附近,仅输出维持泵泄漏所需的流量。当电磁铁YA7、YA8和YA12得电,所对应的插装阀打开,比例节流阀50.1在一上升斜坡信号(从4~16mA左右)作用下,节流口逐渐变大至16mA时的开口度,恒压变量泵摆角变大,通过比例节流阀50.1的流量从0增加到1000L/min,步进梁从静止状态开始匀加速上升至57mm/s,并保持这一速度匀速上升;在步进梁接触到静梁上的钢坯前,比例节流阀50.1在一向下斜坡信号(从16~10mA左右)作用下,节流口逐渐变小至10mA时的开口度;从流量方程知,通过比例节流阀的流量:式中q———通过比例节流阀的流量;其中:流量系数c2)步进梁前进在步进梁进退回路上,采用Rexroth公司生产的4WRKE32W6-600L-3X/6EG24K31/F1D3M比例换向阀70.1、压力补偿器69.1和其他阀相配合,实现对步进梁进退速度无级控制。步进梁在最高点时,电磁铁YA13得电,液控单向阀72.1和72.2打开,比例换向阀70.1在一上升斜坡信号(从12~17.16mA左右)作用下,节流口逐渐变大至17.16mA时的开口度,恒压变量泵摆角变大,通过比例换向阀的流量从0变到502L/min,步进梁托住钢坯从静止状态开始匀加速前进至118mm/s,并保持这一速度匀速前进;前进行程终了前,比例换向阀在一下降斜坡信号(从17.16~12mA)作用下,节流口逐渐变小直至关闭,恒压变量泵摆角变小,通过比例换向阀的流量从502L/min变到0,步进梁托住钢坯从匀速状态开始匀减速前进,从118mm/s变为0。钢坯前进一个步距600mm,用时5.5s。压力补偿器69.1一方面使比例换向阀70.1进出口压差稳定为1MPa,保证步进梁运动速度不受负载变化影响,只和比例换向阀的开口大小有关,另一方面通过减压口大小调节恒压变量泵出口压力,改变其输出流量。3)步进梁下降当步进梁托住钢坯前进一个步距后,电磁铁YA7、YA9、YA10和YA11得电,所对应的插装阀打开,比例节流阀50.1在一上升斜坡信号(从4~16mA左右)作用下,节流口逐步变大至16mA时的开口度,压力油经减压阀(46.1和47.1)、插装方向阀(44.1、45.1和54.1)进入升降液压缸(75.1和75.2)上腔,步进梁在自重的作用下开始下降,升降液压缸下腔液压油经插装单向阀(65和66)、插装方向阀(52.2、53.2和83.2)、压力补偿器(48.1和49.1)、比例节流阀50.1、插装方向阀(44.3、45.3和54.3)和插装溢流阀(42.1和43.1)回油箱。在步进梁下降过程中,从静止状态开始匀加速下降直至57mm/s,并保持这一速度匀速下降,通过比例节流阀的流量从0变到1000L/min;在步进梁接触到静梁放下钢坯前,比例节流阀50.1在一向下斜坡信号(从16~10mA左右)作用下,节流口逐步变小至10mA时的开口度,通过比例节流阀的流量从1000L/min减少到405L/min,步进梁下降速度从57mm/s匀减速至23mm/s,并以这一速度放下钢坯(使步进梁上的钢坯以低速接触静梁,减少对钢坯的冲击,做到轻放)匀速下降至静梁下方后,比例节流阀50.1在一上升斜坡信号(从10~16mA左右)作用下,节流口逐渐变大至16mA时的开口度,通过比例节流阀的流量从405L/min增加到1000L/min,步进梁下降速度从23mm/s匀加速至57mm/s,并保持这一速度匀速下降;下降行程终了前,比例节流阀50.1在一向下斜坡信号(从16~4mA)作用下,节流口逐渐变小至关闭状态,通过比例节流阀的流量从1000L/min减少到0,步进梁下降速度从57mm/s匀减速至0,下降行程650mm,用时也是16s。在步进梁下降过程中,比例节流阀50.1起回油节流的作用;减压阀(46.1和47.1)一方面稳定升降缸上腔压力防止吸空,另一方面通过减压口大小调节恒压变量泵出口压力,改变其输出流量;插装溢流阀(42.1和43.1)使压力补偿器(48.1和49.1)出口保持一定的压力,稳定了压力补偿器(48.1和49.1)的工作状态,防止步进梁下降过程中产生啸叫。4)步进梁后退步进梁在最低点时,由于梁上没有钢坯,运动速度可以加快。电磁铁YA13得电,液控单向阀72.1和72.2打开,比例换向阀70.1在一下降斜坡信号(从12~7.9mA左右)作用下,节流口逐渐变大至7.9mA时的开口度,恒压变量泵摆角变大,通过比例换向阀的流量从0变到314L/min,步进梁从静止状态开始匀加速后退直至135mm/s,并保持这一速度匀速后退;后退行程终了前,比例换向阀在一上升斜坡信号(从7.9~12mA)作用下,节流口逐渐变小直至关闭,恒压变量泵摆角变小,通过比例换向阀的流量从314L/min变为0,步进梁从匀速状态开始匀减速后退,从135mm/s变为0。步进梁回到原始位置,准备下一个循环,用时4.5s。2液压原理图和基建资料的设计在液压系统的工厂设计过程中,必须根据设计单位提供的液压系统原理图和土建资料,按照液压设备场地大小、管道走向、大门位置等条件,综合考虑设备的安装、运输、维修等多方面因素,才能设计出一个令各方满意的产品。2.1双泵组和单泵组集成组武钢一热轧加热炉液压系统新设备还要安装在原来的液压站内,房间长11270mm、宽8600mm,房子中间有一800mm×800mm的正方形立柱,还要利用原有的三个主电机电缆管。依据以上实际情况,将五台主泵,分成四组,一个双泵组和三个单泵组,便于利用原有的三个主电机电缆管。将蓄能器组安装在立柱的一侧,以有效地利用空间。经过几次反复修改后,设计完成的液压设备结构紧凑,布局美观,留有足够的检修空间。2.2主泵和主泵间的连接在液压设备承制过程中,对液压系统原理进行了仔细的分析,并接合制造实际情况对液压系统提出了一些修改意见。为了降低电机-泵组的振动,减小噪声,采取了以下五个方面措施:(1)电机和主泵之间采用钟罩和弹性联轴器连接;(2)电机-泵组底座加装减振器;(3)泵吸油口安装避振喉;(4)泵出油口安装高压胶管;(5)泵泄漏油口安装低压胶管。为便于安装、维修、减少管道和泄漏,使设备结构更加紧凑,大量采用集成块技术。在每台主泵出口设置一个调压块,将泵出口的液压元件集成到一个阀块上;在五台泵的合流处,设置一个集中块;升降回路和平移回路元件分别安装在升降阀块和平移阀块上;升降缸缸口元件集成到缸口块上。7000L油