方坯连铸机冷床液压系统改造.pdf

方坯连铸机冷床液压系统改造 方坯连铸机冷床液压系统改造 陈学文 天津钢铁集团有限公 司炼钢厂 ， 天津 3 0 0 3 0 1 [摘要] 在方坯连铸生产过程中， 为步进式冷床动梁升降油缸提供压力油的同步马达故障率高、 维修时间长、 维修成本 高， 针对该问题进行了故障分析， 提出了冷床液压系统改造方案。通过利用原有元件改变同步马达的供油位置 ， 从而改善了同 步马达的工作条件。该方案利用较少的改造成本提高了设备作业率， 降低了生产成本， 产生了较高的经济效益。 关键词方坯连铸机步进式冷床活动梁升降油缸同步马达 1 引言 步进式冷床是方坯连铸生产线不可缺少的设备 之一 ， 具有运输及缓冷钢坯 ， 减少钢坯变形及表面划 痕的功能。目前该设备广泛应用于方圆坯连铸机， 其 重要参数是承载能力 、 床身长度、 移动速度 ， 这些参数 对连铸生产线的产量及钢坯的冷却温度有很大影响。 步进式冷床主要由固定梁 、 活动梁、 升降油缸 、 平移油 缸、 同步马达及液压系统等组成 ， 通过活动梁的举升、 前进 、 下降、 后退完成一个工作循环， 钢坯在冷床上移 动一步， 移动的步长由平移油缸的行程控制。为满足 钢坯长度要求 ， 采取两组冷床并列方式 ， 每组冷床宽 度为 4 6 5 0 mm， 两组冷床之间距离为 1 6 0 0 m m， 每组 冷床的动梁均有升降油缸及平移油缸， 要求两组动梁 的升降及平移动作同步。 在使用运行中发现许多问题 亟需解决 ， 如液压系统振动大冲击、 噪音大、 漏油严重 等问题， 严重制约着生产的正常运行 ， 同时造成严重 的浪费 ， 因此决定对其进行改造。 2 冷床液压系统概况 冷床的动作主要是动梁的平移和升降是靠液压 驱动来完成的， 这里主要研究动梁的升降。 其原理是 液压泵输出的压力油流经 2个控制元件 比例阀 ， 分 别输送给 2 组液压缸 每组两个液压缸 ， 每组液压缸 分别驱动一组动梁 。 原系统在每组油缸下腔油路上设 置 1 台同步马达 ， 确保动作同步、 平稳。 从使用中可以 看出， 振动、 冲击 、 噪音 、 漏油等现象频繁发生在同步 马达 处。 3 故障分析 冷床同步马达在工作过程中经常有漏油现象发 生 ， 影响生产正常进行。造成同步马达漏油的原因主 要有 1 同步马达制造质量缺陷； 2 使用不当； 3 工况条件差。 步马达 ， 4联结构， 每联排量 口 1 5 0 m l ／ r ； 每 2联为一 只动梁升降油缸无杆腔供油 ，单只油缸流量 Q 1 4 3 0 L ／ m i n ，则同步马达转速 n p x l O 7 2 q 1 4 3 3 r ／ m i n ， 接 近同步马达的极限转速。J A H N S 为国际知名品牌， 其 产品质量可靠， 在使用过程中对油品的清洁度控制严 格 ， 达到 N A S 7级 ， 因此造成同步马达故障是因为其 使用压力高、 转速高。下面对其压力进行计算。 3 ． 1 步进式冷床的主要参数 2 组组动梁 自重 G 8 1 x l O 3 k g ； 2组动梁钢坯总重量 G 2 2 1 8 x 1 0 3 k g ； 动梁升降油缸型号 C 2 5 WE 2 8 0 ／ 2 0 0 5 8 0 ； 油缸直径 D 2 8 0 m m， 活塞杆直径 d 2 0 0 ra m； 行程 5 8 0 m m； 单只油缸无杆腔流量 Q 1 8 6 0 ／ 2 4 3 0 Um i n ； 单只油缸有杆腔流量 Q 2 4 2 0 ／ 2 2 1 0 L ／ m i n 。 3 ． 2 冷床升降机构受力分析 动梁导辊受力分析见图 1 。 图 1 动梁导辊受力 图 力平衡方程为 同步马达为 J A H N S生产的 M T O 一 4 1 5 0 一 E A 9同 F c o s 2 0 。 G s i n 2 0 。 G c o s 2 0 。 F s i n 2 0 。 1 技 术 改 造 ～ 2 7 一 譬 囊 警 l 蒌 ． 囊 ％ 久礴冶每 式中， 卜动梁驱动力 ， k g ； G 动梁总重量 ， k g ， GGl G2 2 9 9 x l 0 k g； I _ 滚动摩擦系数 ， ／x 0 ． 0 2 。 将上述数值带入公式 1 F e o s 2 0 。 2 9 9 1 0 3 s i n 2 0 。 2 9 9 x 1 0 3 c o s 2 0 。 F s i n 2 0 o 、 x 0 ． 0 2 FI 1 6 1 0 。k g； 动梁升降传动机构受力分析见图 2 。 图2 动梁升降传动机构受力简图 转轴力矩平衡方程 M M2 2 式中， Ml 动力矩， M1 2 Gc o s l 2 。 f J 1 ； 厂负载力矩 ， M2 F e o s 4 。 L 2 ； 则有 2 F l c o s l 2 。 L 1 F c o s 4 。 L 2 L 3 式中， 卜动梁升降驱动力， F -- 1 1 6 x l O 。 k g ； 单只油缸对转轴的驱动力； F I I r P 1D 2 ／ 4 1 T 尸 2 D 一 ， 4 ； 只 动梁升降油缸无杆腔压力； 一 动梁升降油缸有杆腔压力； 比例阀节流损失， 3 M P a ； 动力臂， L I 1 0 7 5 m m； 躲 厂阻力臂， L 2 1 3 0 0 m m。 奸 将以上数值带人式 3 ， 得出 1 3 ． 1 MP a 。 同步马达的压力损失约为 1 ．2 M P a ， 则同步马达 人 口压力为 1 4 ． 3 MP a ，几乎已达到系统极限压力， 印 证了前面的论述。 4 改造方案 通过故障分析可知该处发生故障的最重要原因 是系统设计存在问题，致使同步马达的使用工况差， 故障频发， 因此需改善其工作况。 由于同步的需要， 我 们过去在连接油缸下腔的油路上设置了同步马达 ， 使 系统成为进油主动同步回路。但由于其流量、 压力等 参数值很高， 造成该设备负荷很大 ， 从而出现以上弊 端。为了消除所存在的问题， 我们把同步马达放置在 与油缸上腔相连的油路上 ， 对回油实施控制 ， 形成回 油同步控制回路。 即将同步马达放在动梁升降缸的有 杆腔， 动梁上升时同步马达只起到收集回油流量的作 用 ， 而不承受负载力， 因而同步马达的工作压力为马 达的压力损失与比例阀节流口压力损失之和，约为 4 ． 5 MP a 。动梁下降时， 由于设备 自重的原因， 液压系 统几乎不用提供动力， 故系统只对同步马达提供开启 平衡阀所需的控制油压 ， 压力约为 5 MP a 。 综上所述 ， 液压马达所承受的液压力远远低于改造前的 1 4 ． 3 MP a 。 动梁升降缸有杆腔流量为 Q z 2 1 o L ／ m i n ， 同步马 达每联排量 q 1 5 0 m l ／ r ， 则同步马达的转速 n Q x l O 3 ／ 2 q 7 0 0 r ／ m i n ； 其转速低于改造前的n 1 4 3 3 r ／ m i n 。 可 见将 同步马达放在动梁升降缸的有杆腔将极大降低 其工作压力及转速， 改善其工作条件。 5结束语 冷床液压系统改造后运行 3 个月 ， 未出现因同步 马达故障而停机。与以前每月停机一次相比， 维修成 本降低 ，同步马达的购置成本为 l 0万元，维修成本 1 ． 5 万元／ 次， 按照维修 6 次需更换新马达计算， 可节约 3 8 万元／ 年； 同时大幅度减少了故障停机时间， 提高了 连铸机的工作效率 ， 且极大降低 了该处的消耗 ， 由此 产生的经济效益非常可观客观。 收稿2 0 1 1 - 1 1 - 2 0 编辑苗龙军 参考文献 [ 1 ] 章宏甲． 液压与气压传动f M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 左健民． 液压与气压传动[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 杨培元． 液压系统设计简明手册[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 o o1 ． 『 4 ] 何存兴． 液压元件【 M】 ．北京 机械工业出版社， 1 9 8 3 ． [ 5 】 邓昭明． 机械设计基础[ M ] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 3 ． 【 6 】 朱新才 ， 周秋沙 ． 液压与气 动技 术[ M] ． 重庆 重庆大学 出版社 ， 2 o 0 3． 作者简介 陈学文， 高级工程师， 毕业于天津理工大学机械系， 现任天津 钢铁集团有限公司炼钢厂设备厂长。 一 2 8 一 技 术 改 造