基于电液比例控制的步进式钢坯加热炉液压系统设计.pdf

2 0 1 1年 2月 第 3 9卷 第 4期 机床与液压 MAC HI NE TOOL HYDRAUL I CS F e b ． 2 0 1 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 2 6 基于电液 比例控制的步进 式钢坯加热炉液压 系统设计 袁帮谊 1 ．安徽机 电职业技术学院机械工程 系，安徽芜湖 2 4 1 0 0 0 ； 2 ．芜湖市新达汽车锻造有限公司，安徽 芜湖 2 4 1 0 0 5 摘要 为保证螺纹钢型材 的轧制质量 ，在进行 加热炉液压系统设计时 ，采用 比例控制 能够有效地保 证执行机构 动作和 缓不会损坏钢坯 。主要介绍举升机构驱动 系统 、推进机 构驱动系统 、矫正机构驱 动系统 和油源系统 的设计 。实 际使 用结果 证明 该系统设计合理 ，结构简单 ，操作方便 ，故 障率较低 。 关键词 电液 比例控制 ；加热炉 ；液压系统 ；机构驱动 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 4 0 8 1 2 H y d r a u l i c S y s t e m De s i g n o f W a l k i ng Be a m Fur n a c e Ba s e d o n El e c t r o ． h yd r a ul i c Pr o po r t i o n a l Co nt r o l YUAN Ba n g y i 。 ， 1 ． An h u i T e c h n i c a l C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t 6 c a l E n g i n e e r i n g，Wu h u An h u i 2 4 1 0 0 0，C h i n a； 2 ． Wu h u X i n d a A u t o mo b i l e F o r g i n g C o ． ，L t d ． ，Wu h u A n h u i 2 4 1 0 0 5，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o g u a r a n t e e t h e r o l l i n g q u ali t y o f s c r e w t h r e a d s t e e l ，t h e p r o p o r t i o n a l c o n t r o l wa s a d o p t e d t o e n s u r e t h e mo d e r a t e i mpl e me nt a t i o n o f t he me c ha ni s m l e a di ng t o n o da ma g e o f b i l l e t s whi l e d e s i g n i n g t he hy d r a u l i c s y s t e m f o r f urna c e． The de s i g ns o f l i f t me c h a n i s m d ri v i n g s y s t e m ， p r o p u l s i v e me c h a n i s m d r i v i n g s y s t e m， r e c t i fi c a t o r y me c h a n i s m d riv i n g s y s t e m a n d o i l s o u r c e s y s t e m we r e i n t r o d u c e d． The ac t u a l a pp l i c a t i o n r e s u l t s de mo n s t r a t e t h a t t h i s s y s t e m i s o f r a t i o nal d e s i g n， s i mp l e c o n s t r u c t i o n，c o n v e ni e n t o p e r a t i on a n d l o w f a i l u r e r a t e． Ke y wo r dsEl e c t r o hy d r a u l i c p r o p o r t i o n a l c o n t r o l ； Fu r na c e； Hy dr a u l i c s y s t e m ；Driv i n g me c ha n i s m 建材用 的螺纹钢成形轧制 ，其工艺流程是先用 已 经轧制 的 6 I T I 长 的方形钢坯 ，将其送 入加 热炉 加热 ， 加热炉炉底面积较大 ，炉 中可装若干方形钢坯 。 方形钢通过滚道 由电动机带动滚子 向前推送进入 炉 中，接着炉底上矫正机构在油缸的推动下先将方形 钢坏在炉底上的位置矫正 ，然后加热炉的举升机构在 升降油缸 两 只同步 油缸 的作 用下 升起 ，接 着 推 进机构 由另 外 的平 移油 缸 向前 推移 一 个 步 距 3 0 0 m m ，升降油缸再将举 升机构落下 ，此时 ，方 形钢坯 平稳 地放在炉底 上 ，接着 平移 油缸带动步进机构退 回 原始 位置 ，这样 实现一个 动作循 环 ，如 此往 复。加热 炉以高 炉 煤 气 作 为 燃 料 ，最 终 把 方 形 钢 坯 加 温 到 1 1 0 0～ 1 1 5 0 o C，为下道轧制工序作好 准备 。钢坯 出 炉送入轧钢 机被轧 制成一定规格 的螺纹 钢。 在这个 工作循环 中 ，关键要 注意方形钢坯 被送进 过程 中 ，不能损坏钢坯外形 ，这就要求举升机构开始 接触钢坯时 ，接触力要适 中 ，推进机构 向前推动 时力 要适 当，举升机构落下钢坯时力要平缓 。这些是设计 液压 系统时要注意考虑 的问题 。 1 液压系统的设计 1 举升机构 的驱动系统 。如 图 1 所示 ，液 压升降缸 1 、2推动 的举 升机 构要 使 整个 炉 底升 降 ， 炉底 面积较大 ，故采用两个油缸 同时推动 ，需将两缸 设计成 同步油 缸 此 处靠 机 械式 同 步 ，即整 个炉 底 是个机械框架 ，两缸均与框架直接联接 。 举 升机构开始接触钢坯 时 ，接触力要适 中，以免 损坏高温下 的钢坯外形 ；举升机构把钢坯落下时运动 也要平缓 。同时要注意落下时液压缸承受 的是超越负 载 。 基于上述的考虑 ，两油缸在起升初期和降落到终 点时速度要缓慢 ，其余行程速度可适当放快。 为此采用比例流量控制阀9 ，通过适时改变控制 电流使油缸在起升初期和降落到终点时速度缓慢 ，从 而保证钢坯不受损 。在 比例节流阀 9的两端配置定差 减压阀 1 O为 先导 式溢 流 阀 、1 1 是 插 装式 流 量 阀， 两者共 同组成先导式定差减 压阀 ，以保 证 比例节流 阀 9进 、出油 口的压力基本恒定 。有利于有效地控制 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 0 5 作者简介 袁帮谊 1 9 6 3 一 ，男 ，工学学士 ，讲师 ，工程师 ，主要从 事液压与气动的教学与科研工作。电话 1 5 9 5 5 3 7 1 8 1 0 ， Ema i l a h j d j x x y b y 1 2 6 ． c o m。 8 2 机床与液压 第 3 9卷 缸 阀 阀 阀 图l 举升缸控制油路 比例 电磁铁 ，进而控制同步油缸运行速度 。 在 比例节流 阀 9的后面配上电液换 向阀 8控制同 步油缸的伸 出和缩 回。电液换 向阀 8的先导控制采用 外控外泄式 ，考虑到钢坯加热炉周围环境 以及液压系 统受环境影 响，外控压力油在进入先导 阀之前需经过 滤器 1 2过滤 ，这样 有利于减 少故障发 生 ，提 高系统 运行的可靠性。 升降油缸托起的炉底举升机构 ，负载较重且无论 油缸是伸 出和缩 回 ，都 得 承受 向油缸缩 进方 向的负 载 ，即在油缸缩 回时有超越 负载 。为此应配置平衡 回 路 ，利用液控平衡 阀控制油缸 ，可适用于油缸缩进时 超越负载有变化 的场合。由于系统压力 大 ，所 以在平 衡 阀 4 、6的控制油路上设置单向节流 阀 3 、7以减轻 平衡阀运行过程 中的冲击 。为增强可靠性采用两个液 控平衡 阀 4 、 6并联 的平衡 回路。同时在无杆 腔油路 中设置安全 阀 5以防压力过高而卸荷 。 2 推进机构 的驱动系统 。如图 2 所 示 ， 刚 开始 向前推动和起始后退时速度要平缓 ，因此 也采取 比例控制 ，用 比例流量方向控制 阀 7 加进 口压力补偿 器 ，保证 比例 阀的进 出口压力恒定 ，可有效地控制其 出 口流量 。这里要使进 、出两个油路均能被控制 ，故 配上一个由或 门梭阀 6和定差减 压阀 8共同组成 的进 口压力补偿器 。在两个管路上设 置单 向顺序 阀 2 、3 ， 保证进口压力补偿器功能正常，使传动装置平稳制 动 、安全可靠 。设 置两个 单 向节流 阀 4 、5 ，便 于调 试设备时有效调节油缸 的进 、出速度 。在设计 电液 比 例阀的压力控制油路时 ，进入先导控制 阀的压力油须 压 力 控 制油 油 箱 平 移油 缸 卜 单 向顺序 阀 5 _ _ 单向节流阀 或 门梭 阀 电液 比例 换 向阀 定差 减 压 阀 单 向 阀 图2 平移缸控制油路 先进行过滤 ， 目的是确保先导控制阀能够可靠 、有效 地动作 。 3 矫正机构 的驱动系统 。如 图 3 所示 ， 该机 构上 的油缸负荷不是太大 ，油路压力不需太高 ，刚进 炉的钢坯不易被损 坏 ，不必进 行比例控制。油液减压 后进入 电液换向阀和单 向节流阀即可完成规定运行动 作 。 矫 正油 缸 油 缸 卜 单 向节 流 阀 电液 换 向阀 减 压 阀 压 力 主 油 路流 油 箱 图 3 矫正油缸控制油路 4 油 源设计 。油泵部 分用 4台变 量柱 塞泵联 合供油 见 图 4 ，因为 2个升降缸需油量为 6 7 0 I Mm i n ，平 移缸 需油 量 为 1 5 0 L ／ m i n ，需 油 量较 大 。 油泵 出 口由电磁溢流 阀构成 单级 调压 回路 。系统用 油量大 ，且是连续 式 工作 ，易产生 热量 ，因而在 油 箱 单独设置冷却 系统 降低 油 温。油箱 的液压 油采 用 普 通的 V G 4 6号矿物油 ，虽然液压 系统驱动加热 炉 ， 但油缸不 与高温接触 ，所 以不必 考虑 采用水 一乙二 醇抗燃液 压液 。 下转第 1 0 7页 第4期 王志伟 等N C代码编译器的开发及其应用研究 1 0 7 图 4 雕铣系统控制界面 第三步 ，打开已经存在的 N C程序文 件或者在 文 本框 中输入 N C程序代码 ； 第 四步 ，执行词法检查 和语 法检 查 ，并修 改 N C 程序中的词法错误和语法错 误 ； 第 五步 ，对刀并设 定工 件坐标 系 ； 第 六步 ，编译 。这一步 主要 是运用 N C代 码编译 器提取 N C程序 中的运动指令 和参数信息 ，调 用运 动 控制器 的库函数并将 这些 函数发送 到命令 缓冲区 ； 第七 步 ，执行 。开始缓 冲区命令执行 ，同时继续 向缓 冲区发送运 动指令 ； 第八 步 ，运 动完成 ，停止各轴运动 。 6结束 语 作 者研究 开发 的模块 化 N C代 码 编译 器 能 够处 理 绝大多数 数控车 削 、铣 削程 序代 码 ，而且 支 持各 种数 控系统 的 固定循 环 、子程 序 和宏 程序 功 能 。另 外 ，该 编译 器利用 V i s u a l B a s i c 语 言进行 开发 ，程序 结构 清晰 明了 ，代码 简洁高 效 。该 编译 器在 数控 系 统 的开发和数 控虚拟仿 真 软件 的开 发方 面有 很好 的 应用前 景 。 参 考文 献 【 1 】南雁． 基于虚拟数控加工的N C代码翻译[ D] ． 西安 西 北工业大学 ， 2 0 0 3 ． 【 2 】任松涛． N C代码编译器的设计与实现[ D ] ． 西安 西北 工业 大学 ， 2 0 0 7 ． 【 3 】肖田元 ， 韩向利， 王新龙． 通用 N C代码翻译技术[ Z ] ． 系 统仿 真学报 ， 1 9 9 8 ， 1 0 5 1 7 ． 【 4 】张宏， 李富乎． 基于 P c运动控制卡的开放式数控系统 的研究 [ J ] ． 机械设计与制造 ， 2 0 0 8 6 1 7 11 7 2 ． 【 5 】秦忠， 吕彦明， 毛锐． 基于运动控制卡的电路板雕刻机的 开放式数控系统的研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 6 4547． 【 6 】固高科技． G T系列运动控制器用户手册[ M] ． 上接第 8 2页 平 移 油 缸 矫 正 油 缸 图 4步 进 加 热 炉 系统 原 理 图 2结束 语 参 考文 献 该系统经过安装调试 后 ，设 备运行 良好 ，系统可 【 1 】 成大先． 机械设计-T - 液压控制 [ M] ． 北京 化学工 靠。实践证 明系统 设计 合理 ，结 构简 单 ，操 作方便 ， 业出版社， 2 0 0 4 l 故障率较低 。由于设备所处环境不太好 ，易受 粉尘污 [ 2 1 李鄂民- 液压传动与气动[ M] 北京 机械工业出版社， 染 ，设备维 护人 员勤于定期检查维护油箱 ，及时更换 2 0 o 7 7 或过 滤液压 油 ，至今未 出现 因液压故 障而暂 时停产现 【 3 】杨逢瑜 电液伺服与电液比例控制技术[ M] 北京 清华 象 ，有效地保证 了生产运行 。 大学出版社， 2 0 o 9