5.5m焦炉纯水液压交换机系统特性分析.pdf

总第 1 4 9期 2 0 1 5年第 7期 设 计试 验 机械管理开发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVEL0PM ENT T o t a l o f 1 4 9 No ． 7 2 0 1 5 5 ． 5 m 焦炉纯水液压 交换机 系统特性分析 孙 旭 东 。 张军 太原 重 工股份 有 限公 司技 术 中心 ，山西太原0 3 0 0 2 4 摘 要 设 计 了一套 5 ． 5 r n焦炉用 纯水 液压 交换机 系统 ，并运 用 Ma t l a b软 件 对 其速 度 特 性和 负载 特 性 进行 了分析 ，发 现设 计 的水液 压 交 换机 系统 能 够 满 足 焦 炉 生 产要 求。 同 时 ，该 分析 也 为纯 水 液 压传动技术在焦炉机械设备上的推 广应用提供 了参考。 关 键词 焦 炉液压 交换 机 ；纯水液 压传 动 ；节 流调 速 中图分 类 号 T P 2 7 1 ． 3 1 文献标 识 码 A 文 章编 号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 7 ． 0 0 2 1 ． 0 3 DoI 1 0 ．1 6 5 2 5 ／ i ． c n k i ． c n 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 0 8 引 言 纯水液压传动技术是 以天然淡 水 为工作介 质 的液压传动系统 ， 相 比于矿 物油介质 ， 水 介质具 有 清洁安全 、 成本低 、 来 源广泛 、 不燃等 特点 ， 有着 广 泛 的 应 用 前 景 。 焦炉交换设 备是焦 炉生产设 备 的重要组 成部 分 ， 主要用于切换焦炉加热系统 的气体流动方向， 包 括交换机和交 换传动装置[ 1 ] 。其 中， 交换机 是焦炉 交换设备的动力装置 ， 它通过带动各传 动拉条运动 来实现交换功 能 ， 分 为机械传 动 和液压 传动两 类。 相 比于机械交换机 ， 液压交换机具有结构简单 、 控制 操作方便等优势 ， 被焦化厂广泛选用 。 5 ． 5 m 捣 固焦炉 是 国内焦化 厂生 产应 用 的主 要 炉型之一 ， 本 文借 鉴应 用 于其 上液 压交 换 机 的 工作 机理 及 工况 ， 设 计 了一 套 以水 为工作 介 质 的 液压交换 机 系统 ， 对 其速 度 特性 和 负载特 性 作 了 分 析 ， 并和 同样参 数 条件 下 使用 液压 油介 质 的交 换 机 系统 作 了 比较 。 1 系统 及 参 数 在 5 ． 5 m捣 固焦炉 加 热交 换设 备 中， 液 压交 换机 的主要功 能是通过双作 用液压缸控 制煤气拉 条 和废 气 拉 条 按 一定 的 时 间要 求 进行 和完 成 动 收 稿 日期 2 0 1 5 - 0 6 1 3 第 一作 者简 介 孙 旭 东 1 9 8 9 一 ， 男 ，硕 士 ， 助 理 工程 师 ，现就 职 于 太原重 工技 术 中心 。 作 ， 即保证 液压 缸在 规 定 时间 内完成 规定 行程 的 动作 。考虑到交换机液压缸 速度 的可调节性 及运 动 的平稳性 ， 本 文设 计 的纯 水液 压交 换机 系统 采 用 回油节流调速系统 ， 如 图 1所 示 ， 主要 由水 液压 泵 、 水压 电磁 溢 流 阀、 水 压单 向节 流 阀、 水 压二 位 二通 电磁换 向 阀、 水 压 液控单 向阀和 双作 用水 液 压缸等组成 。其 中 ， 4个二位二通 电磁换 向阀组合 成 1个 三位 四通 电磁换 向阀 ， 实现水 液压 缸 的运 动及换向 。 1 一水箱 ； 2 一电机 ；3 一水液压泵 ；4 一过滤器 ；5 一水压单 向阀 ；6 一水压电磁溢流 阀；7 一水压二位二通 电磁换 向阀； 8 一水 压液控单 向阀 ；9 一水压单 向节流 阀；1 O 一煤气 水液 压缸 ；1 1 一压力表 ；1 2 一废气水液 压缸 图 1 纯 水 液 压 交 换 机 系统 煤气水液压缸和废气 水液压 缸在完 成交换工 艺 时需 满 足 下 页 图2 所 示 的 行 程 一 时 问 关 系 曲 2 2 E E 艇 长 机械管理开发 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o rn E E 塔 燃 时间， s 2 ． 1正 向交换 时间， s 2 ． 2反向交换 图 2 煤 气 、 废 气水液压 缸行 程一 时 间关 系曲线 线要求 。设计 的纯水 液压系统交 换机 系统 主要工 作参数见表 1 。 表 l 纯水 液压 交换机 系统主要 工作 参数 额定工作压 9 煤气水液压缸 4 6 0 废气水液压缸 9 O 力 ／ MP a 2 12 作行程 ／ ram 最大拉力 ／ k N 煤气水液压缸 电机转速 1 4 4 0 废气水液压缸 6 1 0 活塞直径 储 1 4 0 ／ 9 0 ／ r mi n _ 1 工作行程 ／ mm 塞杆 直径 ／ mm 废气水液压 缸 水液压泵排 2 O 煤气水液压缸 7 O 活塞直径 储 1 6 0 ／ 1 0 0 量 ／ mL r 最大拉力 ／ k N 塞杆直径 ／ m m 2 特 性 分 析 2 ． 1公式推导 设计 的纯 水 液 压 交换 机 的系 统 工作 压 力 不 高 ， 水介质在工作过程 中的压缩性 表现不 明显 ， 忽 略它对传动系统特性 的影响 。同时 忽略双作用 水 液压缸的摩擦 阻力 以及泄 漏 等 的影 响 ， 活 塞在 按 图 1所示 方 向稳 定运 动时 ， 活 塞上 的受力 平衡 方 程 式 为 户1 A 2 A F 1 式 中 P 为煤气或废气水液压缸进水腔工作 压力 ， P a ； P 。为煤气或废 气水液压 缸 回水箱 腔压力 ， P a ； A 为煤气或废气水液压缸有效 作用 面积 ， r n ； F为 第 3 0卷 煤气或废 气拉条拉力 ， N。 通过 水压节 流阀的流量方程为 q c √ 2 式中 q为通过水压节 流阀的水介质流量 ， m。 ／ s ； C 为水介质 流经 锥 阀时的流量 系数 ， 一般 为 0 ． 8 5 ～ 0 ． 9 5 [ ； A 为 节 流 阀 的过 流 面 积 ， r n 。 ； p为 水 的 密 度 ， k g ／ m。 。 水液压缸的运动速度 一 q 3 由公 式 1 、 2 和 3 可 以推导 出水液压 缸的 运 动 速 度 一Cd A r 2 p -- F／ A ． 4 一 v D 。 L4 其 中， 水液压缸 的有效作用面积 A 4 - - 一 5 式 中 D 为水液压缸活塞直径 ， m； d为水液 压缸活 塞 杆 直 径 ， r n 。 2 ． 2 速度特性 以煤气水液压缸 为例 ， 利用 Ma t l a b软 件绘 制 了拉条拉力分别 为 7 0 k N、 6 5 k N 和 6 0 k N 时 ， 水 液压缸运动速度 随水 压节流 阀过流面积 大小变 化 的曲线 ， 如图 3所 示 。在其他参 数相 同 的条 件下 ， 拉条拉力为 7 0 k N 时 ， 使 用液 压油 介质 的交 换 机 系统液压缸速度特性 曲线也见图 3 。 ．E E E 臀 蚓 蜒 U 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 节流 阀过流面积／ ram 2 图 3 交换 机液 压缸速 度特 性 曲线 从 图 3可 以看 出 ， 对 于 纯 水 液 压 交 换 机 系 统 ， 在不 同的拉 条拉 力情 况 下 ， 都可 以通 过调 节节 流 阀的过流 面积 实现水 液 压缸 的无 级调 速 ， 且 拉条 拉力越大 ， 水液 压 缸 的运动 速度 随节 流 阀过 流 面 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 g∞弱∞ ∞ ∞ 加 们 0 O 0 O O 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 8∞弱∞ 们 ∞ 加佰 伯5 0 5 O 5 0 5 O 5 O 5 0 5 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 O 2 0 1 5年 第 7期 孙旭东 ， 张军 5 ． 5 I T I 焦炉纯水液压交换机系统特性分析 积 大 小 的 变 化 就 越 缓 慢 。在 相 同 的 参 数 条 件 下 ， 调节节流 阀开 口大 小时 ， 纯 水液 压交 换 机 系统 水 液压缸运动 速 度变 化要 比使 用 油介 质 的系统 大 ， 水液压交换机具有更灵活的调节特性 。 2 ． 3 负 载特 性 仍 以煤气水 液压 缸 为例 ， 在节 流 阀 等效 过 流 通径分别 为 4 ． 5 mm、 4 ． 0 mm 和 3 ． 5 1T i m 时 ， 利 用 Ma t l a b软 件 绘 制 水 液 压 缸 运 动 速 度 随 拉 条 拉 力 大 小变 化 的 曲线 ， 见 图 4 。在 其 他参 数 相 同 的条 件 下 ， 节 流阀等效 过流通径 为 4 ． 0 mm 时 ， 使 用液 压 油介质 的交 换机 系统 液压缸负 载特性 曲线也如 图 4所 示 。 o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 煤气拉条拉 力／ k N 图 4 交换机 液 压缸 负载特 性 曲线 从 图 4可以看 出， 对 于纯水 液压交 换机 系统 ， 当节流 阀调至某 一状态 等效过流通 径保持不 变 2 3 时 ， 水液压缸运动速度 随拉 条拉力 的增 大而减 小 ； 且节流阀 的过流 通径 越 大 ， 水 液压 缸 运动 速度 随 负载变化 的幅度 也越 大 。同时 ， 也 可 以看 到 在相 同参数 条件 下 ， 纯水 液压 交换 机水 液 压缸 运 动速 度随拉 条拉力大小变化 的幅度要 比液压油介 质交 换机 的大 。 3 结 语 通 过对本 文设计 的纯水 液压交换机 系统 速度 特性 和负载 特性 的分 析 ， 可 以看到 水 液压 交换 机 能够满足焦 炉生 产工 艺要 求 ； 通过 与 液压 油介 质 交换 机的对 比， 发现 纯水 液压 交换 机 的控 制灵 敏 度要 高于油压交换机 。 节 流调速 回路在 焦化机 械设备上 有着 广泛 的 应用 ， 使用水介质的液压系统与使用液压油介质 系 统相 比， 在降低设备使用成本 、 保护环境等方面有着 很大的优势 。通过本文分析 ， 可 以看到水液压节流 调速 回路具有 良好 的工作特性 ， 为纯水液压传动技 术在焦炉机械设备上的推广应用提供 了参考。 参考文献 [ 1] 于振 东 ， 蔡承事 占 ． 焦炉生产技术E M] ． 沈 阳 辽宁科学 技 术 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2] 唐群 国． 水液压传动技 术 [ M] ． 武汉 华 中科技 大学 出 版 社 ， 2 0 1 3 ． 编辑 赵婧 Pr o p e r t y Ana l y s i s o f a Pu r e W a t e r Hy d r a u l i c Re v e r s i ng M a c hi n e Us e d i n a 5 ． 5 i n Co ke Ov e n S u n Xu d o n g ，Zh a n g J u n Ta i y u a n H e a v y M a c h i n e r y Te c h n o l o g y Ce n t e r ，Ta i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 2 4 [ Ab s t r a c t ] A p u r e w a t e r h y d r a u l i c r e v e r s i n g ma c h i n e s y s t e m u s e d i n a 5 ． 5 m c o k e o v e n w a s d e s i g n e d ．I t s v e l o c i t y c h a r a c t e r i s t i c a n d l o a d c h a r a c t e r i s t i c we r e r e s e a r c h e d b y u s i n g M a t l a b s o f t wa r e ． Th e p u r e wa t e r h y d r a u l i c c o k e o v e n e x - c h a n g e r c o u l d e n s u r e t h e p r o d u c t i o n o f t h e c o k e o v e n ．At t h e s a me t i me ， t h e a n a l y s i s i n t h i s p a p e r wo u l d p l a y a p o s i t i v e r o l e i n t h e s p r e a d a n d a p p l i c a t i o n of wa t e r hy dr a ul i c t r a ns mi s s i o n i n me c h a ni c a l e q ui pme n t u s e d i n c o ke ov e ns ． [ K e y wo r d s ] c o k e o v e n e x - c h a n g e r ；p u r e w a t e r h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n ； t h r o t t l e g o v e r n i n g 4 2 0 8 6 4 2 0 一 崔 邑、 覃 5 臀 培坦燃