RH顶升台架液压系统设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 O l 4年 第 0 8期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ． 0 2 0 R H顶升 台架液压 系统设计 方 涛 ， 丁 明 ， 杨娜娜 Hy d r a u l i c S y s t e m D e s i g n o f R H Be nc h Li f t i n g F ANG T o o， D I NG Mi n g， Y ANGⅣⅡ 一n 。 武钢股份 设备维修总厂 ， 湖北 武汉4 3 0 0 8 3 摘要 针对 R H生产现场难题， 对原顶升台架传动装置进行改造 ， 设计了一种液压系统 ， 利用液压传动来取代原有的机械传动。 关键词 R H； 液压 系统 ； 设 计 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 8 0 0 5 8 0 3 0 引言 R H顶升 台架是炼 钢厂炉外精练真空处理用来更 换真空 室底部及插入管的重要设备 ．真空室底部及插 收稿 日期 2 01 3 1 2 2 4 作者简 介 方涛 1 9 8 3 一 ， 男 ， 湖北蕲春 人 ， 工程师 ， 本科 ， 主要研究方 向 连铸机设备维护工作 。 一 一- 一 一 - - 一 - - 一 - - 一 机油箱 中还设 置了油温传感器 ．实现了油温 的自动控 制和 自动加热 ． 保证 了设备的正常运转 图 4为液压泵 站设备运行动画状态图 ， 包括油缸油量动画 、 电磁阀状 态 、 加热器选择 、 液位状态 、 电机 M1和 M2选择 。①切 换按钮分为上北 闸首液压 、 上南 闸首液压 、 下北 闸首液 压和下南 闸首液压 可以通过 四个按钮分别查看四个 位置的启闭机液压状态。②闸门、 阀门油缸根据闸门、 阀门的开度实时显示油量多少。③9 个电磁阀D T 1 一 D T 9在 电磁阀信号为 0时显示棕色 、 为 1时显示绿色 ， 根据 P L C参数实时变化 。 ④液压油温度显示 通过安装 在油液 中温度传感器 立式棒图显示油温高低 ， 油温 值呈现绿色时表 明油温正常 ． 黄色 时表 明油温偏低 或 5 8 图 4液 压 动 画 入管使用寿命到期后必须利用顶升台架来进行拆卸和 安装 。某炼钢厂 R H顶升台架原来采用的传 动装置是 两套 同步传 动的电动蜗轮蜗杆 ．台架与传动装置中的 多头丝轮连接 ．利用蜗轮蜗杆使丝杆旋转来 达到台架 与丝轮一起上升下降。 生产过程中． 由于顶升台架承受 的负载非常大 ． 蜗轮蜗杆 装置中的铜 蜗轮一般使用 1 O 个月就严重磨损 ．再加上有时终端保护极限失灵引起 偏高 ， 并且 当温度低时系统 自动加热 ； 当温度高时并超 过限度时， 系统 自动报警 ， 液压系统停止运行 。 2 由于阀件采用 了集成块 ， 使得结构简单 紧凑 、 维修方便 、 密封性能良好。 3 泵站 中设置 了多点压力表开关 。 便于检查泵站 系统故障。 4 设一个手动变量泵作为备用 ， 以防电比例泵 出 现故障时能使闸、 阀门动作 。 5 系统工作压力采用进 口压力控制传感器和溢 流 阀等的多重保护 ．压力控制传感器既有压力继电器 的作用 ． 又具有 以传感器 的远程控制功能 ． 有效 防止该 启闭机过载 5 结束语 由于启 闭机 控制 系 统 P L C通 过 网 络拓 扑 系统 实 现 远程控制 、 故障诊断等 ． 使得启 闭机 的使用更加快捷 、 稳定 。 船闸的通航保证率有了很大提高。 参考文献 [ 1 】 李芝． 液压传动[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． 『 2 ] 成大先． 机械设计手册【 M】 ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． 【 3 】 范存德． 液压技术手册【 M】 ． 沈 阳 辽宁科 学技 术出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 4 1 郁汉琪． 电气控制与可编程序控制器应 用技术【 M】 ． 南京 东南 大学出版社 ． 2 0 0 4 ． Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N o ． 0 8 ． 2 0 1 4 过载使得装置 中的铜蜗轮和压力轴承损坏 ．顶升台架 不得不经常离线进行检修 。 为此 ． 我们决定对顶升台架 进行传动装置改造 ．利用液压传动来取代原有的机械 传动 。 1 液压 系统 工作压力 与流量的确定 R H顶升 台架 由原来 的机械传动装置改进为液压 传动 ．最为主要 的问题是液压控制系统 的设计必须满 足台架生产工艺 的要求 R H顶升台架主要 的功能是将 真空室 附件顶升到一定高度与真空室对接 ．关键的生 产工艺参数就是顶 升负载与速度 要想把 台架 由原来 的机械传动装置改进为液压传 动 ．我们首先必须确定 液压系统的工作 压力和流量。 依据 R H顶升台架生产实 际过程中最大的顶升负载为 6 0 t ， 已选好 的 2 2 O 1 6 O 一 1 3 5 0型油缸 依据压力理论公式 p 4 1 T D 式 中p 液压系统的工作压力 ， MP a ； 液压缸承受载荷 ， t ； D 油缸 的 活塞 直径 ． m m 所以此系统所需 的工作压力 p 4 1 T D ‘ 1 5 ． 8 MP a 顶升台架在实际生产 中只对速度有要求 ．全行程 时间最快 为 2 ra i n ，依据 流量理论 公式 Q r r D‘ V ／ 4 25 ． 7 L／ mi n。 式中 p 液压缸工作时的最大流量 ， L ／ mi n 油缸最大工作速度 ， m ／ s ； D 油缸 的活塞 直径 。 mm。 2 液压系统动力元件的选择 R H顶升 台架改造为液压传动装置所需 的工作压 力与流量确定之后 ，考虑到实际液压控制 回路 中各控 制元件产生的压力 、 流量损失 ， 以及泵和油缸 的工作效 率等因素 ． 我们选择了进 口的 V 一 2 3 ⋯ A 4 R A型柱塞泵 作为动力元件 ，油泵 的额定排量和额定压力均大于液 压系统正常工作时的流量和压力 油泵确定之后 ．根据油泵 的额定输 出流量和系统 调定的工作压力 ， 依照理论公式 N p Q ／ r l 。 式中Ⅳ - 一液压系统总功率 ， k W p 工作压力 ， MP a ； 9 油泵的额定输出流量 ， L ／ mi n ； 油泵 的效率 ， 柱塞泵一般取 O ． 8 ～ 0 ． 8 5 。 计算出油泵所需的输人功率为 9 ． 3 k W． 因此我们选 择了 Y1 6 0 M一 4 一 B 3型驱动电机 ．电机功率为 1 l k W 满 足油泵的工作需要 3 液 压控制 回路 的设计 根据顶升台架生产工艺 的要求及其动作特性 ． 我 们将液压系统控制原理图设计见图 1 。 1 一 油泵 电机组2 一 单向阀3 一 截止 阀4 一 压力表5 一 溢流阀 6 - -位 二通换 向阀7 -回油过滤器8 一 三位 四通换 向阀 9 一 液 压锁 1 O 一 单 向节流阀 1 1 一 油缸 1 2 - 空气滤清器 图 1 R H顶升台架液压原理图 动作原理是 台架升起 换 向阀 6得 电， 系统建压 。 换 向阀 8左位得 电．液压泵打出的高压油通过单 向阀 2 ， 三位 四通换向阀 8左位 ， 流经液控单 向阀 9 ， 单 向节 流阀 1 O 。 进入顶升油缸 1 l 无杆腔 。 有杆腔油液回油箱 ， 实现 台架升起 。上升到生产工艺需要的高度 ，操作停 止 ． 元件 6和元件 8同时失电 ， 油泵 的压力油通过元件 6泄荷到油箱 ．元件 8电磁换 向阀则 回到中位机能 ． 此 时液压锁则锁住油缸无杆腔 的液压油 ， 油缸停止动作 。 顶升 台架保持原位不动 台架降落 换向阀 6得 电 ， 系统建压。换 向阀 8右 位得电 ． 液压泵打出的高压油通过单 向阀 2 ． 三位 四通 换 向阀 8右位 ． 进入顶升油缸 1 1 有杆腔 ． 无杆腔油液 通过打开的液控单向阀 9回油箱 ． 实现 台架降落。 台架静止 换向阀 6和 8均不得 电， 系统保证静止 状 态 。 系统 中采用 了内控外泄式液控单向阀 ．主要 考虑 的是顶升 台架的负载较大 ． 动作过程时如要 中途停止 ， 液控单 向阀能够起到锁油的作用 ．保证台架停止位置 准确 。油缸 的无杆腔油路中设置 了单 向节流阀。 在此系 统 中节流阀实际上主要起 到了平衡 阀的作用 ．使顶升 台架能够平稳下降 4 结束语 通过对R H顶升 台架 的传动装置改进 ． 从生产上带 下转第 5 5页 5 9 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 8 ． 2 0 1 4 分析方法 。利用 Mu h i s i m 可以实现从原理 图到 P C B布 线 工 具 包 如 E l e c t r o n i c s Wo r b e n c h的 U h i b o a r d 的 无 缝 隙数据传输 ， 界面直观 ， 操作方便 。 3 ． 2电路 特 性分 析 1 线性特性 图 1 0所示为输出_ 1 0 0 m A电流伺服放大器电路原 理 图的直流扫描分析 由图可知在 1 0 V时输入 电压与 输出的电流是严格按照线性变化 的，所有点 的坐标值 均与计算值相等。 差 ’ ． 垂 朝 { ， I 乜 J ， v 图 1 0输入电压与输出电流直流扫描分析 2 1 频 域特 性 图 1 1和 1 2所示 为输 出 1 0 0 m A 电流放 大器 电路 原理图的交流小信号分析 。 嚣 1 00k 100 00k10 00M 1．0 图 1 1幅频 特 性 图 1 2相 频 特 性 由图可以看 出在一定 的频率范围内伺服放大器输 出恒定 ，输出的频率过大就会导致伺服放大器的输 出 迅速衰减 。 3 时域 特性 图 1 3 、 图 l 4表示输 出 l O O m A伺 服放 大器 电路原 理图的电路瞬态分析 。 在输入 电压为 i l O V的情况输 出 电流的波形 。由图看出此放大器响应很快 ， 电流稳定 。 {} F 垂 E三二 。 图 1 3输入 1 O V时负载线圈 电流的稳态特性分析 一 1 5 O广 一 1 2 5 2 } r _ 卜 ～ 拳_ 5 。 1古 _ _ - T 1 图 1 4输入一 1 O V时负载线圈 电流的稳态特性分析 4结 论 该 P I D伺服放大器设计电路 已制成产品 ．在测试 中加入一 1 0 ～ 1 0 V之 间连续 电压信号 ． 输出电流稳定 由 于运算放大器的温漂等因素影 响．输 出电流随时 间有 缓慢变化 ， 但数值 很小 ， 在微安数量级上 且与输入 电 压之间成 比例关系． 理论计算结果和仿真结果相符。通 过阶跃特性测试表明 ． 该放大器电路响应快 ． 能瞬间输 出稳定 电流 整个电路设计过程 中， 仿真起了很大作用 ． 对理论 设计有很好的补充 通过仿真 ． 很容易确定元器件的最 佳参数 ．而且可 以很直观地测出元器件在 电路中的作 用 ． 加深了对电路 的理解 参 考 文 献 [ 1 】 【 ] J o h n ． R． H u f a u h著 ， 陈森锦译 ． 运算放 大器应 用 电路集 萃 【 M】 ． 北京 中 国计量 出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 2 ]2 孙 莉． 宽带前馈 功率放 大器 的研究[ D ] ． 北京 北 京工业 大学 ， 20 o2． 【 3 】 张栋． 宽范 围 电流输 出伺服 放大 器 的研 制【 D 】 ． 沈 阳 东北 大 学 ． 2 0 0 5 ． [ 4 】 路 甬祥． 液压气动技术手册【 M ] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0． 【 5 ] 吴 根茂， 等． 新 编实用 电液 比例技术[ M] ． 杭州 浙 江大学 出版 社 ． 2 0 0 6 ． [ 6 】 聂典． Mu h i s i m 9计 算机仿真 在电子 电路设 计中的应用 [ M 】 ． 北 京 电子工业 出版社 ． 2 0 0 7 ． 上接第 5 9页 来 的效益是非常明显 的。原来采用机械蜗轮蜗杆传动 的顶升 台架 正常使用 1 O个月就要进行 一次维护性检 修 ， 耗费大量人力 、 物力。 自顶升台架改造为液压传动 装置之后 ， 设备可靠性得 到提高 ， 几乎无故障发生 ， 该 套 液压装 置 的 日常维修 不仅大大 减少 了工作 劳动强 度 ， 而且降低 了检修维护成本 参考 文 献 【 1 】 陈靖 ． R H 钢包 顶 升 台车 的设 计与 应 用【 J 1 ． 重 型机 械 ， 2 0 1 2 ， 1 1 ． [ 2 】 程 贤福， 吴 国栋 ． 自升塔式起 重机液 压顶升 液压 系统故 障分 析f J 】 ． 机床与液压 ， 2 0 0 6 ， 6 ． 【 3 】 张云娟．式样剪液压系统设计分析 ． 液压气动与密封， 2 0 1 2 ， 6 ． [ 4 】 成 大先 ． 机 械设计 手册 ， 第 5卷【 M】 ． 北 京 化学 工业 出版社 ， 20 08． 【 5 ] 姜继海． 液 压与气体传 动【 M 】 ． 北 京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 6 ] 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 ． 5 5