液压系统安全回路在有色金属加工设备中的应用.pdf

第 4 3卷第 3期 2 0 1 4年 6月 有色金属J m- r NONFERROUS ME T AL S P ROCES SI NG Vo 1． 4 3 NO ． 3 June 2 01 4 液压 系统安全 回路在 有色金属加 工设备 中的应 用 孔德英 中色科技股份有限公司， 河南 洛阳 4 7 1 0 3 9 摘要 文章结合有色金属加工设备中液压系统的设计和生产实践， 对液压系统安全回路在有色金属加工设备中的应 用进行_ r 全面总结 ， 为液压系统运行 中的一些不安全因素提供了相应 的安全回路和防止措施， 以确保液压系统安全 运行 。 关键词 液压系统； 安全回路； 应急回路 中图分类号 T H 1 3 7 ． 7 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 4 0 30 0 4 5 0 4 液压系统运行中的不安全因素多种多样 ， 如异常 负载 、 停 电、 外部环境条件急剧变化 、 操作人员的误动 作等 ， 必须有相应 的安全 回路或措施 ， 确保人身和设 备安全 。为了防止工作部件漂移 、 下滑 、 超速等， 应有 锁紧 、 平衡 、 限速等回路 ； 为了防止操作者误动作或液 压元件失灵而产生误动作 ， 应有 防止误动作 回路等措 施 以确保液压系统的安全可靠。 1 应 急回路 1 ． 1 应 急油 源 回路 1 用备用泵的应急油源回路。通常设计时每套 液压系统设 置两 台主泵 ， 一工一 备。系统正 常工作 时， 由液压泵 1供油 ， 液压泵 2不工作 。液压泵 1损 坏 ， 可用 液压 泵 2供 油 ， 使液 压 系统不 致 发生 停 车 事故。 图 1所示 回路是一辅助 液压 系统 的泵源安全 回 路 。正常工作 时， 球阀 1 、 2和 3打开 ， 球 阀 4和 5关 闭， 液压泵 1 供油低压液压系统， 液压泵 3供油高压 液压系统； 液压泵 1部分有故 障时关 闭球 阀 1打开球 阀4， 液压泵 2供油低压液压系统 ； 液压泵 3部分有故 障时关闭球 阀 3打开球 阀 5 ， 液压泵 2供油高压液压 系统； 即液压泵 2部分给液压泵 1和液压泵 3部分做 备用。 图 1 Fi g ．1 收稿 日期 2 0 1 31 1 0 7 作者简介 孔德英 1 9 8 1一 ， 女 ， 工程师， 主要从事有色金属设备液压方面的工作。 有色金属／ j n - r 第 4 3卷 2 用 双联泵 的应 急补充油源 回路。如 图 2所 示 ， 热轧机和大型冷轧机的压上系统背压 杆腔压力 及循环冷却泵源回路 中加入一个单向阀 1 。正常工作 时泵 1为压上缸 的背压腔提供动力油源 ， 泵 2为循环 冷却 回路提供动力油源 。当压上缸卸荷时 包括辊缝 快速打开状 态 ， 因辊系重力 作用 ， 压上缸快速返 回， 背压腔依靠泵 1 可能供油不足 ， 此时泵 2的部分流量 可通过单 向阀 1 进入压上缸 的背压腔 ， 来满足压上缸 的快速动作。 图 2 Fi g ． 2 3 用手动泵的应急油源 回路。该 回路是用手动 泵和 电动泵等组成 的备用 回路 。系统正常工作 时 ， 由 电动泵单独供油 ， 手动泵不工作。在停电等紧急情况 时 ， 电动泵无法 供油 ， 由手 动泵继续供油。由于手动 泵动作一次流量很小 ， 不 能连续供油 ， 不能使 执行机 构得到所需的运动速度 ， 动作 到位耗时较长 ， 只能暂 时使执行机构继续运 动避免发生事故。铜带 水平连 铸熔铸炉和保温炉的液压泵站系统采用此形式。 4 用蓄能器的应急油源 回路 。某些系统要求 当 油泵发生故障或 突然停 电 对执行元件 的供 油突然 中断 时， 执行元件应继续完成必要 的动作 ， 为了安全 起见 ， 液压缸的活塞杆必须内缩到缸体内。此时适 当 容量 的蓄能器能提供一定的油量作为应急动力源 ， 使 执行元件能继续完成必要 的动作 ， 达到安全 目的。 1 ． 2 应急控制回路 图 3所示 回路是轧机液压 压上系统不停机更换 伺服阀的回路 ， 以电磁换 向阀 C、 伺服 阀 A、 液控单 向 阀 E和液控单 向阀 F这一 回路进行说 明。正常工作 时， 电磁换 向阀 c带电， 液控单 向阀 E和 F打开 ， 伺服 阀 A工作 。轧制过程中， 当伺服阀 A出现故 障时， 可 通过电磁换 向阀 C断电 ， 电磁换 向阀 D带电 ， 切换至 伺服阀 B一回路工作 ， 轧制可继续进行。更换伺服阀 A时可使 电磁 换 向阀 C断电 ， 液控单 向阀 E与 F关 闭 ， 将油路切断 ， 即可将伺服 阀 A拆下更换 。这种 回 路还有另外一种功能 ， 压上缸慢速动作时仅伺服阀 A 工作 ， 压上缸快速动作 时伺服 阀 A与 B并联 同时工 作 ； 为提高系统 的响应速度 ， 可应用此 回路选 择两个 较小规格的伺服阀代替一个大规格的伺服阀使用。 压上缸 呤 兰 A I { ] E 囱一 l 垒 i 窭 驺 、 甲 币 I l I 、 l r r 囱 广 图 3 F i g ． 3 1 ． 3 管路损坏应急回路 生产过程 中， 倾动式保 温炉 中保温炉倾动缸 的动 作对安全 的要求特别高。 由于保温炉 的外 部环境温 度很高 ， 会加 速液压软管和密封件 的老化。因此 ， 一 旦出现爆管或密封损坏 ， 将会 出现大量漏油 ， 油缸失 压 ， 倾斜的炉体会 因重力作 用而快速落下 ， 影响生产 或损坏设备 ， 甚至会危及生产人员的生命安全。回路 中防爆阀应尽可能直接安装在油缸 的承载油 口， 保证 其进 、 出口的正确安装。正常使用时 ， 防爆 阀可看作 一 个通道 ， 允许油液双向 自动通过 ； 一旦发生爆管 ， 负 载重力迫使液压缸活塞快速下 降， 使下腔油液的流速 增大 ， 超过防爆阀的流速设定值 ， 快速关闭油 口， 从 而 使设备停 留在原来位置 ， 避免发生事故。此 回路为这 种升降装置的急停回路。 2 保 护机器安全 回路 1 防止系统过载的安全 回路 。弯辊 阀台油路或 压上 阀台油路 中， 为了防止 由于伺服 阀失灵而引起油 第 3期 有 色金属加 工 4 7 路压力升高 ， 可在油路伺服阀后设置一安全阀。使油 路 中的最高工作压力不超过安全阀的调节压力 ， 以防 止系统过载。 2 保护液压泵 的安全 回路 。在变量泵或定量泵 的出油 口处装一个单 向阀， 起 到保 护液压泵 的作用。 工作结束停泵时， 系统中的压力油迫使液压泵突然反 转， 使液压泵受到冲击容易损坏； 停止状态时， 单向阀 可隔断系统与液压泵之间的联系 ， 防止系统 中的油液 通过液压泵流 回油箱 ， 避免空气进入 系统 ， 使液压泵 下一次平稳起动 ， 防止噪声和爬行。 3 防止液压缸过载的安全 回路。部分机械设备 如导尺的液压缸 工作时活塞受到板带 冲撞 ， 使液压 缸活塞腔的油压急剧升高， 这种 回路采用一安全阀来 限制液压缸活塞腔的最高压力 ， 达到液压缸安全使用 的要求。 4 保护机械部件的安全 回路 。上 、 卸卷车是轧 机 、 拉弯矫 和重卷机 等有色加 工设备 的重要组 成部 分 。上卷车将卷材输送 到开卷机下方并上卷 ， 用来将 开卷机上的卷材 、 残卷或套筒卸下 ， 也能用来压料尾。 上卷车升降油缸活塞 向上运动使 上卷车托座接触料 卷 、 残卷或套筒后 ， 如果 上卷车升降油缸工作压力较 大， 会对卷轴产生一个较大 的向上 冲击力 ， 容易造成 卷轴变形甚至断裂 ， 影 响设备的正常使用 。因此上卷 车升降油缸液压控制 回路需要采用能提供两级工作 压力的控制 回路 ， 即具备高 、 低压切换功能 ， 低压控制 卸下开卷机上的卷材 、 残卷或套筒 和压料尾 ； 高压控 制远离卷轴的正常升降。 5 平衡 回路。外控式平衡 阀组 成的平衡 回路 ， 平衡 阀的开启压力稍大于立式液压 缸活塞和设备 自 重形成的液压缸下腔的背压 ， 即可防止设备的 自行下 落。为控制活塞因设备 自重而快速下降 ， 在 回油路上 串入单 向节 流阀， 避免 活塞 由于设 备 自重而加 速下 降， 液压缸上腔供油不足 ， 进油路上压力消失 ， 外控平 衡阀因控制油路失压而关闭 ， 阀关闭后控制油路又建 立压力 ， 阀再 次打开。阀的时开时 闭， 致使活塞 向下 运动过程 中产生振动和液压冲击 ， 运动不平稳。 6 制动缓冲的回路。液压执行元件如液压马达 驱动质量和速度较大的工作部件时 ， 当其在运动状态 下突然停止或换 向， 由于运动部件具有较 大的动能 ， 液压 回路 中会产生很大 的冲击和振动 ， 影响运动部件 的定位精度 ， 严重时会损坏工作部件 ， 妨 碍机器正常 工作。为 了减小液压冲击 ， 可在系统设计 中采用交叉 型溢流阀的缓冲制动 回路。它是利 用双溢流阀在液 压马达回路上产生背压 ， 使液压马达受到阻力矩而被 制动。带有缓冲装置 的液压缸 能在行程两终端平稳 无 冲击地停止 ， 当活塞在行程任意位置停止或反向运 动时 ， 液压缸 回油侧 的油路上会产生液压 冲击 ， 质量 大定位精度 高的运 动部件液压 冲击尤 为严 重。为此 在液压马达两侧油路上设置反应灵 敏的小型直动式 溢流阀， 以缓和液压冲击。此种交叉型溢流阀制动缓 冲回路可实现双 向缓冲。当执行元件 向一个方 向运 动时 ， 换 向阀突然切换 或中位时 ， 回油侧 油路的压力 由于运动部件 的动能而突然升高 ， 压力超过溢流 阀调 定压力时 ， 溢流 阀打开溢流 ， 以缓 冲管路 中异常升高 的液压冲击 ， 由于溢流阀只需溢出小部分油液即可缓 和液压冲击 ， 故只需采用小型溢流阀。为 了使 系统正 常工作 ， 溢 流 阀调节 压力 比正常工作 时 的最高 压力 高 1 0 ％。 7 用蓄能器的保压回路。设备工作时突然停 电 或发生故障， 或正 常停机 时油泵 中断供油 ， 为保 证轧 辊的平衡 位置 ， 在 油缸 的活 塞腔 设 置一 蓄 能器 图 4 ， 可保持执行器所需 的压力 ， 以补偿液压泵卸载后 系统减压阀、 溢流 阀和液压锁 产生 的泄漏 ， 防止轧辊 下降和轧辊磕碰 ， 并有助于保证轧机 的换辊操作 。蓄 能器的具体使用方法是非换辊状 态时 ， 球 阀 1打开 ， 球阀 2关闭 ； 换辊状态时， 球阀 1 关闭 ， 球 阀2关闭 ； 充 气及泄油时 ， 球阀 1 关闭 ， 球 阀 2打开。 轧辊平衡缸 T P T T 图 4 Fi g ． 4 球 阀 2 4 8 有色金属加工 第 4 3卷 3 结束语 本文重点 阐述 了液压系统安全 回路在有色 金属 加工设备 中的应用 ， 实践表 明， 这些安全 回路能很好 满足设备 的使用要求 ， 取得 了 良好效果 ， 相信越来越 多的安全回路在工业生产 中将会得到更广泛应用 。 参考文献 [ 1 ]成 大 先． 机 械 设 计 手 册 第 4卷 [M] ． 北 京 化 学 工 业 出版 社 ． 2 0 0 2 ． [ 2 ] 官忠范． 液压传动系统[ M] ． 北京 机械工程出版社， 1 9 9 7 ． [ 3 ]V I C KE R S 液 压 及 电 子 技 术 样 本 ． 工 业 技 术 用 元 件 及 系 统． VI CKERS ． 1 9 9 5． [ 4 ] 张利平． 液压站设计与使用[ M] ． 北京 海洋出版社， 2 0 0 4 ． App l i c a t i o n o f Sa f e t y Ci r c u i t o f Hy d r a u l i c Sy s t e m i n No n f e r r ou s Me t a l s Pr o c e s s i ng Equ i p me n t s KoNG De - y i ng C h i n a N o n f e r r o u s M e t a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y C o ． ，L t d ． ，L u o y a n g 4 7 1 0 3 9 ，C h i n a Ab s t r a c t Co mb i n in g wit h t h e d e s ig n a n d a c t u a l p r o d u c t ion，t h e p a p er c o mp r e h e n s iv e ly a n a l y z e d t h e a p p l i c a t io n o f s a f e t y c i r c u it o f t h e h y d r au l i c s y s t e m i n n on f e r r o u s me t als p r o c e s s i n g e qu i p me n t s；r e g a r d i n g s o me u n s a f e f a c t o r s，t h e p a p e r p u t f or wa r d c o r r e s p o n d i n g s a f e t y c i r c u i t s a n d p r e v e n t i o n me a s u r e s t o e n s u r e s a f e a n d r e l i a b le o p e r a t i o n o f t h e h y d r a u l ic s y s t e m． Ke y wor dsh y d r a u l ic s y s t e m；s a f e t y c i r c u it ；e mer g e n c y c i r c u i t 上接 第2 5页 参考文献 [ 1 ]Ho Yu ，Mu r r y s v i ll e ，P a ．I n g o t c a s t i n g me t h o d [ P] ， U S 4 1 6 6 4 9 5， 1 9 7 97 4． [ 2 ] 王德满 ， 潘永富 ， 张万金 ， 等． 新型铝熔铸 机组熔铸铝 合金过程 的 I 艺特点 [ J ] ， 轻合金加工技术 ， 2 0 0 5， 3 3 9 1 62 0 ． [ 3 ] 蒙春标 ， 张辉 ， 吴文祥 ， 等． 3 1 0 4铝合金 高温热 压缩变形流变 行为研 究[ J ] ， 热加工 工艺 ， 2 0 0 8 ， 3 7 1 2 l一 4 ． [ 4] 陈文 ， 林林 ． 工艺 因素对 3 1 0 4铝合 金板材织 构和制耳 的影 响 [ J ] ， 金属成形工艺 ， 1 9 9 9， 1 7 5 l 8 2 0 ． [ 5] 张机琴． 大规格 3 1 0 4铝合 金扁锭 的技术开 发 [ J ] ， 世界有 色金属 ， 2 0 0 7． 5 6 06 3 ． [ 6] 唐剑 ， 黄平 ， 牟大强 ， 等． 铝合金熔铸技术 的现状及 发展趋势 [ J ] ， 铝 加工 ， 2 0 0 1 ， l 2 4 4 5 9 ． [ 7] 唐 剑 ， 刘静安 ， 牟大强 ， 等． 铝合 金热轧 板锭 熔铸技 术及设 备 [ J] ， 有色金属加工 ， 2 0 0 6， 3 5 9 1 1 72 1 ． [ 8 ] 孙继陶 ， 杨怀军 ， 蔡有 萍． 低液 位铸造 技术在 铝合 金扁锭 生产 中的 应用 [ J ] ， 轻合金加工技术 ， 2 0 0 7 ， 3 5 1 2 53 0 ． [ 9 ] R ．B Wa g s t a ff，K．D．B o wle s ，P r a c t ic a l L o w H e a d C a s t in g L H CMo l d f o r Alu mi n u m I n g o t C a s t in g[ J ] ，L i g h t Me t a l s 1 9 9 5，TMS ． 1 9 9 51 0 71 ． [ 1 O ] 谢水生 ， 刘静安 ， 黄 国杰．铝加 工生产技术 5 0 0问[ M] ， 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 6 ．1 9 51 9 6 ． [ 1 1 ] 薛冠霞 ， 长海博文 ， 郭 世杰 ， 等． 3 1 0 4铝合 金低 液位铸 造过程 多场 耦 合模型的开发及工艺优 化[ A]， 第 五届 铝型材技 术 国际 论坛 文集[ C] ， 广州 L w铝业加工技术中心 ， 2 0 1 3 2 9 02 9 7 ． St u dy on Sl a b Qu a l i t y o f 3 1 0 4 Al umi nu m Al l o y by Lo w Me t a l He a d Ca s t i ng L I U J i n y a n， Na g a u mi Hi r o mi ，G Uo S h i -j i e ， X UE Gu a n - 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