高位出钢机L形钩液压提升系统设计.pdf

第3 2 卷 第3 期 2 0 1 0 年 6 月 山 东 S h a n d o n g 冶 金 Me t a l l u r g y V0 l _3 2 No ． 3 J u n e 2 01 O L | L L L {经验 交流 } 1 中 1 1 1 1 1 中 1 斗 高位出钢机 L 形钩液压提升系统设计 韩荟瑾 ， 高元红 1山东劳动职业技术学 院 机械工程系 ， 山东 济南 2 5 0 0 2 2 ； 2济钢集团有 限公 司 装备部 ， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 摘要 高位出钢机L 形钩液压提升系统在运行过程中存在速度变化大等设计缺陷， 对其进行了改进。电液比例换向阀与 电子放大器配合工作 ， 组成电液比例速度控制系统， 同时系统采用恒压变量泵液压能源。系统改进后， 响应动作快、 运行和 换向平稳， 由于减少了压力冲击和惯性冲击， 解决了缓冲问题， 保证了出钢位置的准确性， 同时节约了工程投资。 关键词 出钢机； 液压提升系统； 电液比例换向阀； 恒压变量泵； 电子放大器 中图分类 号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 6 2 0 2 0 1 0 0 3 0 0 7 8 0 2 1 前言 目前， 比较先进的钢铁企业中板、 中厚板厂的加 热炉均利用高位出钢机进行出钢 ， 由于其 L 形钩液 压提升系统在运行过程中均存在速度变化大等设计 缺陷 ， 经常造成钢坯划伤以及对其他设备的撞击 ， 最 终导致成品板的成材率低和表面质量下降 ， 产生协 议板 ， 引起质量异议 。造成上述缺陷的主要原因是 整个 L 形钩在升降运动中， 运行速度不平稳 ， 达不到 动作响应快 、 运行和换向平稳的基本要求 。利用电 液比例换向阀等组成的电液比例速度控制系统对高 位出钢机 L 形钩的升降运动进行速度控制 ， 选用带 内置位移传感器的油缸来对速度变化的位置进行精 确设定 ， 已达到高位出钢机及时、 准确、 平稳出钢⋯。 2 L 形钩液压提升系统设计 根据高位出钢机的工作过程和液压 L 形钩的主 要技术要求 ， 设计确定出钢机 L 形钩提升系统的工 作原理如图1 所示。 液压站技术数据。根据高位出钢机的工作特性 和液压 L 形钩的运动要求 ， 最终确定液压系统的基 本参数为 上升速度 5 0～1 3 0 m m ／ s ， 下降速度 5 0～ 1 3 0 m m ／ s ， 工作介质为脂肪酸脂液压油 ， 工作温度 6 5℃， 工作压力 1 0 ． 5 MP a ， 最大工作压力 1 4 MP a ， 介 质 清 洁度 N A S 7级 ， 油 箱容 积 1 0 0 0 L ， 控 制 电源 D C 2 4 V ， 液压泵为恒压变量泵2 台 1 用1 备， 连续工 作制 ， 工作流量 9 0 L ／ mi n ， 电机功率 2 2 k W／ 3 8 0 V A C 5 0 H z 。控制L 形钩运动的液压缸参数。根据 L 形钩 的动作要求和保证其承载能力 ， 选定带 内置位移传 感器的液压缸 ， 以确保速度变化时的精确位置。油 缸技术参数为 最大工作压力2 5 M P a ， 活塞直径 1 8 0 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 3 0 作者简介 韩荟瑾， 女， 1 9 6 4 年生 ， 1 9 8 6 年毕业于青岛理工大学冶 金机械专业。 现为山东劳动职业技术学院高级讲师， 从事教学工作。 78 1 一 油箱； 2 一 恒压变量柱塞泵； 3 - 溢流阀； 4 一 单向阀； 5 一 压力补偿器； 6 一 比例换向阀； 7 一 单向减压阀； 8 一 单向顺序阀； 9 一 液控单向阀； 1 O 一 油缸； 1 1 - 压力继电器； 1 2 一 风冷却器； 1 3 ～ 回油滤清器。 图1 液压系统工作原理 m m， 活塞杆直径 1 2 5 m m， 液压缸行程 1 1 7 0 m m。 2 ． 1 速度控制系统设计 整个过程的速度控制由电液比例换 向阀等组成 的电液比例速度控制系统进行控制 ， 速度变化 的位 置 由油缸 内置位移传感器设定 ， 在运行 中进行检 测。比例阀由比例放大器驱动 ， 根据输入放大器电 气数值的不同 ， 高位 出钢机 L 形钩升降得到不 同的 运行速度 ， 其控制系统方案原理如图2 所示。这种 装置通过对比例阀控油缸的控制来调节 L 形钩的提 升和下降的速度和位置， 保证L 形钩位置的准确定 位。其基本控制环节是油缸位置闭环控制系统。 系统选用 A T O S 公 司的 D P Z O A 一 2 7 3 一 D 5 ／ G型 比例换向阀， 该 阀是两级阀， 主阀内有一四通阀芯可 在五腔体内滑动 ， 为三位四通滑阀， 具有零位机能 ； 由具有2 个电磁铁的比例阀作先导控制， 先导阀为 减压阀， 组成流量电反馈形式 ， 来控制流量 的变 化。该 比例换向阀根据输入电信号提供方向控制及 无压力补偿的流量控制。其最重要的稳态特 f生是阀 韩荟瑾等 高位出钢机L 形钩液压提升系统设计 2 0 1 0 年第3 期 图2 电液 比例速度控制系统 的输出流量与输人流量之间的关系特性 ， 具有 良好 的直线性 ， 滞环亦不大。同时， 其流量负载压力特性 中， 负载流量受负载压力变化的影响很小， 速度刚度 大。主要技术参数为 响应时间1 0 0 ms ， 滞环5 ％， 重 复精度 1 ％。 该比例阀与电子放大器配合工作 ， 比例放大器 对比例阀提供一适量电流， 以校准阀的调整量 ， 使之 与供给电子放大器的输入信号相对应。电子放大器 选用 A T O S 公司的E ME A C 一 0 5 F 型比例放大器 ， 此 放大器响应快 ， 具有斜坡功能 ， 可以进行电流上升和 下降速度 的控制 ， 从而控制液压参数 。这种电液比 例速度控制相当于一个闭环位置控制系统 ， 阀的输 出流量仅取决于输入信号的大小。 2 ． 2 液压能源的设计 为满足 比例阀输入恒值压力的要求 ， 系统采用 恒压变量泵液压能源。恒压变量泵液压能源如图3 所 示 。 由变量泵和恒压控制变量机构组成 ， 恒压控制 变量机构由液压阀 滑阀 和变量活塞组成 。液压泵 输出压力由恒压阀弹簧调定。当液压泵的输出压力 与恒压阀弹簧调定值不同时， 恒压阀动作， 改变变量 上接第7 7 页 为2 9 0 0 H z ， 对5 8 次特征谐波电流约 放大了3 倍左右 ， 与测试结果吻合。通过测试和仿 真最终确定 ， 运行中K M线圈烧是 由于放大了的 5 8 次谐波电流流过， 2 支路 ， 使线圈过热烧坏。 3 解决措施 最基本 的方案是在， 2 支路上并联 R C高频滤波 器， 使线路的阻抗在高频段的谐振频率移至非特征 谐波频段 ， 但考虑这样做投资较高 ， 最后决定在变 频器进线端加装电抗器 ， 并将 ， 2 支路接在进线电抗 进线侧。由于电抗器的存在 ， 使流入配电系统及厶 支路的高次谐波得到了充分的抑制 ， 谐振频率也避 开 了特征谐波频率 ， 最终使流人， 2 支路的谐波电流 恒压变量控制机构 图3恒压变量泵液压能源 活塞控制腔的压力 ， 推动变量活塞移动改变泵的排 量 ， 直到泵的输出压力恢复到给定值为止。这种液 压能源特点是液压泵的输 出流量取决于系统需要 。 因此效率高， 适合 于高压 、 大流量系统 ， 也适用于流 量变化大和间歇工作的系统 。系统选用力士乐 A1 0 v s O 7 1 D R ／ l 0 R P P B 1 3 N 0 0 型恒压变量柱塞泵。 3 结语 1 高位出钢机 L 形钩液压提升系统改进后 ， 达 到了响应快 、 动作快、 运行和换向平稳的要求。2 在 满足高位出钢机工作要求的情况下 ， 采用控制性能 较高的电液比例控制 ， 代替昂贵的液压伺服控制， 节 约 了工程投资。3 由于减少 了压力冲击和惯性 冲 击 ， 解决了缓冲问题 ， 保证了出钢位置的准确性 。从 而避免了出炉钢坯 的表面划伤 ， 提高 了成品板的表 面质量和成材率 ， 减少了协议板的产生。 参考文献 [ I ] 王化胜 ， 李耕， 刘连英． 新型钢坯出炉机的研究与设计[ J ] ． 冶 金设备管理与维修， 2 0 0 0 ， 7 4 4 5 ． [ 2 ] 赫贵成． 液压传动与气动[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 1 9 8 4 ． [ 3 3 章宏甲， 黄谊． 液压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 6 ． [ 4 3 曹鑫铭． 液压伺服系统『 M] ． 北京 冶金工、 止出版社 ， 1 9 9 1 ． 大大减小。改进后 ， 系统一直运行正常， K M线圈及 进线电抗器均无过热现象。 4 结语 工矿企业 中， 电力 电子装置的非线性负荷应用 越来越多 ， 配电网络 中， 谐波污染 日趋严重 。所 以 设备运行中出现的故障， 除用传统的思维方式考虑 外 ， 还应从电能质量的角度分析 ， 尤其应考虑谐波 的影响。同时 ， 由于高速开关器件的大量应用 ， 对 5 0 次以上的高次谐波应引起足够的关注。 参考文献 [ 1 ] 盖福建， 孙泽林． 8 1 5 V 、 5 t 中频电炉无功补偿和谐波治理的 成功案例f J ] ． 电能质量信息快递 ， 2 0 0 7 5 7 ． 7 9