韶钢高线步进梁式加热炉液压系统故障分析及改进.pdf

2 0 1 1 年 6月 第 3 9卷 第 1 2 期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAULI CS J u n ． 2 01 l Vo 1 ． 3 9 No ． 1 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 2 ． 0 4 0 韶钢高线步进梁式加热炉液压系统故障分析及改进 夏宏基，蒋弦弋，王晋 国 广东韶钢松 山股份有 限公 司，广 东韶关 5 1 2 1 2 2 摘要根据韶钢高线步进梁式加热炉液压系统原理，分析其投入使用以来出现的一些主要故障，找出故障原因，并在 原系统的基础上进行有针对性的优化改进。实践结果证明，改进后的系统运行平稳可靠。 关键词加热炉液压系统；液压同步 ；平衡阀；比例控制 中图分类号T H 1 3 7 ． 3 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 韶钢高线 1 2 5 t ／ h步进梁式加热炉的步进机械采 用全液压传动双层框架双滚轮斜轨式。步进机械采用 并联二支液压缸驱动提升框架沿斜轨道运行。步进机 械采用两支液压缸驱动平移框架沿水平方向运行。步 进梁按照矩形轨迹运动 图 1 ，即分别进行升降和 水平运动。步进梁的原始位置设在后下位。步进梁在 上升过程中，将钢坯从固定梁上托起至后上位 ，然后 步进梁前进至前上位，钢坯在炉 内向前移动一个步 距，步进梁下降至前下位，将钢坯放于固定梁上 ，而 后步进梁返回原始位置，完成一次步进正循环动作。 如此多次循环，钢坯从炉子装料端第一料位一步步地 向出料端出料位置移动 ，使到达出料端的钢坯被加热 到预定的温度等待出炉进行轧制。升降运动和水平运 动过程中的速度是变化的，其 目的在于保证升降运动 和水 平运动 开始及 停止 进一 时 ，以及在托 起和放 下钢 坯时能以慢速运行，防止 ▲ 步进机 构产生 冲击和 震 。 动 ，以避免损伤支撑梁及 其立柱管的绝热材料和减 少钢坯表面氧化铁皮的脱 落。步进 机 械 总质 量 为 图1 步进梁矩形运动图 1 2 0 t ，承 载 质 量 最 大 为 2 5 0 t 。 步进梁的上升和下降是通过二支并联液压缸驱动 的，液压缸推动带上下轮组的提升框架沿斜轨道上升 和下降，使水平框架及步进梁随之作垂直升降运动， 在此过程中，水平缸被锁定。升降行程2 0 0 m m。 步进梁的水平运动也是通过两支液压缸驱动的， 其直接作用在水平框架上 ，使水平框架及步进梁在提 升框架上层滚轮上作平移运动，在此过程中，升降液 压缸被锁定。进退行程为2 8 0 m m。 其中提升与平移各有一条油缸带有线性位移传感 器 ，用于检测位移 的距离 。 1 原液压系统常见故障及原因分析 改造前升降与平移液压系统原理图见图2 。 1 系统简介 步进梁升降控制阀组主要由电液比例换向阀和辅 助阀件组成 ，控制并联升降液压缸驱动步进机构升降 的缓启 、缓停 、平稳运行及轻托、轻放炉内钢坯 ，并 可防止失控下滑。P L C按控制曲线输出模拟量控制信 号，经比例放大器驱动比例阀动作。 步进机构进退控制阀组主要由电液比例换向阀和 辅助阀件组成 ，控制平移液压缸驱动步进机构进退的 缓启、缓停、平稳准确运行，并可抑制高压冲击和漂 移。P L C按控制曲线输出模拟量控制信号，经比例放 大器驱动比例阀动作。 2 常见故障 此系统 自投入使用四年多来 ，一直运行不平稳 ， 出现炉底机械结构脱焊，钢结构变形、开裂、移位等 严重情况 ，同时炉底机械在工作过程中伴随着钢结构 变形的极大异响，并伴随有 出钢定位不准、跑偏现 象 ，同时经常出现升降油缸快速冲顶。 3 原 因分析 ① 出现出钢跑偏现象及钢结构脱焊变形、裂 口、 移位等情况是因为炉底机械升降液压缸不同步造成升 降框架在升降过程中产生横向位移，特别是升降框架 在下降启动过程中的快速横向移动，加之两条纵梁在 运行过程 中升降定心导板受升降定心轮的侧向作用 力，使靠近升降框架定心导板部位的纵梁长期受较大 的横向力矩 ，造成该部位的纵梁横断面出现多处裂 纹 。 ② 油缸冲顶现象是油液受到污染所致。 收稿日期2 0 1 1 0 2 2 1 作者简介夏宏基 1 9 8 2 一 ，男，学士，助理工程师，研究方向为流体技术。电话0 7 5 1 8 7 9 9 0 1 9 ，Em a i l x i a h j 2 0 0 8 1 2 6 ． c o rn。 1 2 6 机床与液压 第 3 9卷 P ， 篙 T l 2 - 2 s o ／ 1 8 0 X7 8 0 2 ． ≯ 2 5 0 9 0 X3 2 0 接 件 图2 升降与平移原理图 改造前 2 改进措施 针对以上问题 ，作者采取以下措施进行改进。 l ～板式单向阀2 、7 一球阀3 、l l 一测压接头4 一溢流阀5 平衡阀 6 ～单向阀8 一升降单元油路块9 一测压单元l O 一进 口压力补偿器 l 2 一过渡板l 3 一三位四通比例换向阀 图3 升降原理图 改造后 1 加强对油品的检测，视结果对油品进行净 化或者换油。 2 对升降系统原理进行改造，见图3 。 主要针对液压系统控制方式和液压锁方面进行 改进，改进后的系统用三位四通换 向阀进行控制 ， 采用上升时用三通式进 口压力补偿和下降时用出 口 压力补偿措施 ，使速度的控制只与比例方向阀的开 口有关 ，而与负载的变化无关，实现加热炉轻抬轻 放的效果。在上升过程 中，由于是 三通式 进 口调 速，实现了负载与压力相适应控制 ，供油压力仅 比 实际需要多出一个横跨 比例方 向阀的恒定压差 ，该 恒定压差 由减压阀和背压阀共 同决定。系统平滑的 启动和制动是靠电气控制来实现的，通过特殊的输 入设定信号对整个运动过程加以控制 ，当输入信号 的变化曲线 给定后 ，平台的运动曲线也随之确定 ， 而与负载的变化无关。控制方式 的改变，使系统的 稳定性得到极大的提高。另外，升降系统 的两个油 缸采用机械同步 ，不能用原系统 中的两个 F D型平 衡 阀去强制同步两个缸 ，尽管 x油 口控制压力都取 自同一处 ，但也不可能在每个缸 中保持相同的同步 下转第 1 2 9页 第 1 2期 孙伟 等液压系统中液控单向阀的合理使用 1 2 9 l 一泵2 一溢流阀 3 一三 位 四通 换 向 阀 4 一 液控 单 向阀5 _ 液 压缸 a l 原回路 b 改进后回路 图4 采用液控单向阀的平衡回路 5 液控单向阀在快速回路 中的合理使用 图 5所示 回路是通 过执行元件悬挂物 滑 块、活塞组件的重力 实施 快 速运 动 的 回路， 回路可 以实现快进、工 进和快退 的典型工作循 环 。 当 1 Y A通 电时 ，油 泵 向液压 缸 上腔 供 油， 液压缸下腔与油箱相通， 依靠悬挂的重力克服摩 擦 力 和 回 油 阻 力 ，迅 速 将油缸下腔的油经换 向 阀排回油箱 ，实现快速 下降 空行程 。此时油 泵供油常常不能充满缸 上腔 ，缸上腔未充满部 l 一主泵2 一溢流阀 卜 三位四通换向阀 4 一液控单 向阀5 一液压缸 图 5 采用液控单向 阀的平衡回路 分会形成一定程度真空，液控单向阀4 充液阀产 生压力差，在大气压的作用下，将充液油箱内的油液 经充液阀4压人缸上腔 ，进行填充。当滑块接触工件 后 ，负载阻力增大，上腔压力增加，充液阀4自动关 闭，快速下行停止，此时油泵单独为油缸上腔供油， 完成工作行程。 当2 Y A通电时，油泵供给液压缸缸下腔压力油， 因悬挂物较重，油压较高，控制油打开阀4 ，上腔回 油可经阀4和阀3两条回油路流回油箱。 这种靠自重实现快速运动的回路有时会出现快进 空行程转工进时速度换接时间过长的问题，这种情 况在热加工机床上会产生问题，有时换接时间过长将造 成毛坯温度下降而模具温度上升，影响压力加工质量。 分析原因为液压缸下降空行程时充液阀充液不 充分 ，可能存在一定的真空度。当进人工作行程时， 必须先经一定时间填满液压缸上腔后才能升压转人工 作行程 ，造成快进转工进时的速度换接时间过长。具 体影响因素应该有充液阀4的通径过小、弹簧较硬 以 及充液管道尺寸偏小、充液油箱油面太低等。 由此解决快进转工进换接时间过长措施有 加大 充液阀4通径；对用户 自行设计的充液阀，可适当降 低阀内单向阀弹簧的刚度；适 当增加充液管道的内径 尺寸，疏通管道，推荐液体流速为 3～4 m ／ s ；适当 提升充液油箱油面。 6 结束语 在液压系统的设计和使用过程中，应注意依据系 统要求 ，考虑液控单向阀结构性能特点，正确合理地 选用液控单向阀，同时还要对液压系统中液控单向阀 与其他液压元件的关联 、匹配和协调予以十分重视， 以便充分发挥液控单向阀的性能特点，提高液压系统 工作质量。 参考文献 【 1 】王积伟． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7． 7 ． 【 2 】许福玲． 液压与气压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0o 4． 2． 【 3 】雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． 1 2 ． 【 4 】 刘延俊． 液压系统使用与维修 [ M] ． 北京 化学工业出 版社 。 2 0 0 8 ． 1 0 ． 上接第 1 2 6页 压力。改造后在每个缸上各装一个外泄式液控单向 阀，把平衡阀装在两个油缸的公用管路上。 3结束语 作者利用设备中修时间，制作了液压阀台，重 新配管完成 了加热炉液压系统的改造 ，实现 了低投 入 、高回报的经济效果。运行实践证明改造后 的 系统消除了以前常见的机械故障 ，实现了平稳 的启 动和制动性能 ，在整个运动过程 中的上升与下降行 程中速度与负载变化无关 ，使系统运行更加平稳可 靠 。 参考文献 【 1 】 力士乐 中国 有 限公 司． 标准 阀和辅 件． R C 0 0 1 0 1 ， 1 9 9 5 ． 【 2 】 冯国光． F D平衡阀在变载机构中的应用 [ J ] ． 上海冶金 设计 ， 1 9 9 9， 1 3 1 2 93 4 ． 【 3 】 钱有明． 液压系统同步技术在冶金行业中的应用 [ J ] ． 冶金设备 ， 2 0 0 7 4 7 4 7 6 ． 【 4 】 梅里特 H E ． 液压控制系统[ M] ． 陈燕庆， 译． 北京 科学 出版社 ， 1 9 7 6 ．