棒材生产线步进式加热炉升降液压缸爬行故障分析及改善.pdf

2 0 1 5年 5月 第二期 4 9 棒材 生产 线步进 式加热炉 升 降液压 缸爬 行故 障分析及 改善 全云根 凌士德 范志强2 1 ． 杭州钢铁厂 小型轧钢股份有限公 司 杭州 3 1 0 0 2 2 ； 2 ． 杭 州钢铁集团公司设备计量管理 处杭州 3 1 0 0 2 2 摘要 从液压缸爬行现 象的停顿时间入 手 ， 简要分析 了某棒材 生产 线步进 式加 热炉升降液压缸爬 行故 障 ， 并根据产生爬行现象的几个 因素 ， 提 出了相应的改善措施。 关键词 液压缸 ； 爬行； 停顿时间； 油温； 冷却 ； 改善措施 O 引言 步进式加热 炉是钢厂热轧棒材生产线 的关键 设备之一 ， 其性能稳定性直接影响生产节奏。步进 机构 中液压缸的爬行现象较为常见 ， 对加热炉 的机 械框架 、 固定基础等造成 了较严重的设备隐患 。 1 步进式加热炉升降系统简介 图 1 为加热炉升降液压缸工作示意图。某棒 材生产线步进式加热 炉升降动作 由两只升降液压 缸进行控 制 ， 液压缸带动动梁上升 ， 托起放置在静 梁上的钢坯 ， 平移后再进行下降 ， 将钢坯放置在静 梁上后下降至最低位 ， 完成一个步进周期。 1 ． 钢坯 ； 2 ． 静 梁； 3 ． 水 平横 移梁 ； 4 ． 动梁 ； 5 ． 升降液压缸 ； 6 ． 水平液压缸 图 1 加热炉升降液压缸工作示意图 2 故障现象 图 2为加热炉升降液压缸液压系统图。 该液压系统处于油温较 高状态下运行 时， 系统 就会 出现不稳定性能 ， 具体表现为 1 在提升动梁未接触钢坯过程中 ， 两只升降液 压缸的运动 曲线 轨迹正常， 在动梁托起钢坯后 ， 液 压缸 出现爬 行现象 ， 期 间工作 压力 出现 大幅度 波 动 。 2 插装阀频繁启 闭， 发出铛铛铛的响声 。 3 加热炉动梁上升动作 明显不连贯 ， 机械框架 出现明显 的晃动。这种液压缸 突跳和停止相 交替 的运动现象 ， 对机械结构 、 液压缸的安装底座、 以及 液压缸本体都产生 了相当大的危 害。加热炉升降 液压缸出现爬行现象后 ， 造成升降液压缸活塞杆表 面出现拉痕 ， 升降液压缸安装底座基础螺栓松 动 、 机械框架承重托板断裂等设备隐患 。 图 2 提 升 缸 液压 系统 图 5 0 2 0 1 5年 5月 第二期 3 爬行故障原因分析 液压缸的爬行过程是一种运动 、 停止相互交错 的运动状 态 ， 往 往发生在液压 缸低速 重载 的工况 下。减小或设法使停止时间趋向于零 ， 意味着爬行 现象的减弱 或消除。通 过分析影 响停顿时 间 T的 因素 ， 可 以找出消除爬行现象途径。 在停顿过程中， 进人液压缸的液压油总体积 V 为液压缸和负载的联接刚度引起的体积变化量 V 2 、 液压缸泄漏 量 及油液压力 变化引起 的压缩 量 AV之 和 。 V1 △ 在该液压 系统 中， 比例 阀开 口度不变 ， 压力补 偿阀保证比例阀进 出口压差不变 ， 故考虑进入液压 缸的流量为常数 ， 则液压缸停顿过程 T中进入液压 缸的液压油总体积为 Vl C AV o T 其 中， c 一 系数 ； A ～液压缸活塞截面积； V o 一液 压缸平均速度。 由此可得 C Tv 2 △V 1 液压缸腔内液压油被压缩的体积为 △ V VA P／K 其 中， △ 液压缸 启动时与液压缸停止时压 力之差 ； K 一液压油 的弹性模量 系数 ； v 一 液压缸停 顿时无杆腔的体积。 则 由式 i 可得 出液压缸停顿时间为 T △ V P ／ K ／ C A V o 2 式中， VLA； △PPP 1 G f ／ AP l 。 其 中， L _ _ 液压缸停顿 时液压 缸行程 ； P _液压 缸启动所需要的压力 ； P 1 一液压缸停止时液压缸内 压力 ； G ’负载 ； f _ _ 总静摩擦力 包括机械导轨摩擦 力 、 液压缸活塞摩擦力等 。 则式 2 可写成 T v 2 V 3 ／ C A V o L G fA P 1 ／ K C A V o 3 4 采取的改善措施 从式 3 可以得 出降低停顿时 间的几个 因素 ， 在上述液压系统中 ， 液压缸活塞截面积 、 液压缸平 均速度 、 负载及液压缸的行程现场 已经确定， 改变 较困难， 因此， 我们考虑改善措施可以从以下几个 方面人手 1 减小液压缸和负载的联接刚度 引起 的体积 变化量 v ， ， 检查液压缸安装底 座有无松动 、 液压缸 销轴有无磨损等。 2 减少 液压缸泄漏量 V 1 ， 检查液压缸有无 内 泄 ， 降低油温可减少泄漏量。 3 降低摩擦力 f ， 保持导轨 、 运动部件轴承 、 销 轴等 良好的润滑条件和状态。 4 提高液压油的弹性模量系数 K， 严格控制气 体侵入液压系统中， 定期分析油液 品质 ， 降低油温 也可提高液压油的弹性模量系数 K。 5 解决 问题的具体方案 若液压站进行降温后 ， K值增大 ， v 减小 ， 则公 式 3 中停顿时 间 T减小。在该液压系统中， 将液 压系统的油温控制在一定范围内后 ， 液压缸爬行现 象消除 。因此 ， 我们根据现场设备安装情况 ， 在循 环泵冷却过滤 回路 中串联了一台冷却器 ， 加大 了液 压站的冷却能力 ， 经过近几年的使用 ， 加热炉升降 液压缸未出现过爬行 ， 较好地解决 了设备 隐患。液 压冷却系统改进示意图如图 3所示 。 ／ ＼ ／ ／ ／ 。 ＼ 一 ／ ， ＼ 6 结语 图 3 冷却 系统改进 图 造成液压缸 的爬行现象因素很 多， 原 因也较为 复杂 ， 通过建立液压缸爬行现象停顿时间的数学模 型 ， 可为解决故障提供一定的理论依据 。棒材生产 线加热炉液压站采取降低油温这一改善措施后 ， 及 时解决 了步进式加热炉升降液压缸的爬行故障， 取 得了较好的效果 。 参考文献 [ 1 ] 官忠范 ． 液压传动 系统[ M] ．北京 机械工业 出版社， 1 98 9 [ 2 ] 周士昌 ．工程流体力学[ M] ．沈阳 东北工学院出版社， 1 9 8 7 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 0 4 审稿 裘启春 编 辑 潘 君 益