RH钢包顶升液压系统.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 O 1 3年 第 1 O期 R H钢包顶升液压 系统 张龙江 北 京无极 液压 工程 有 限公 司 ， 北京1 0 2 3 0 8 摘 要 介绍 了马钢 R H精炼炉液压 系统工作原理 ． 对 D P F变量柱塞泵和容积调速 回路在 R H 钢包顶升液压系统上的使用特点进行了 的 阐述 。 关键词 R H； 液压系统 ； D P F变量柱塞泵 ； 容积调速 回路 中图分 类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 0 0 0 4 0 0 4 The Hy d a u l i c S y s t e m o f RH La d l e L i ki n g Z HANG Lo i a ng B e i j i n g Wu j i H y d r a u l i c E n g i n g e e r i n g C o ． ，L t d ． ，B e i j i n g 1 0 2 3 0 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c s y s t e m f o r RH r e f i n i n g f u r n a c e a t Ma - S t e e l ， d e s c ri b e s t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f DP F v a r i a b l e d i s p l a c e me n t p i s t o n p u mp a n d v o l u me s p e e d mo d u l a t i n g l o o p u s e d i n t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f RH l a d l e l i f t i n g ． Ke y wo r d s RH；h y d r a u l i c s y s t e m； DP F v a r i a b l e d i s p l a c e me n t p i s t o n p u mp； v o l u me s p e e d mo d u l a t i n g l o o p 0 引言 R H精炼法全称为 R H真空循环脱气精炼法 随着 5 0多年来 R H各项技术的不断研究、 完善和发展 ， 在脱 氢的基础上又开发了脱碳 、 脱氧、 吹氧升温、 喷粉脱硫 和成分控制等功能 ． 使改进后的 R H能进行多种冶炼操 作 ， 大大提高了 R H的处理能力和处理效率 ． 扩大了冶 炼品种 ， 改善 了钢材质量 ， 能更好地满足市场需求 ． 已 成为现代化大型钢厂生产优质钢材的首选精炼设备 1 R H液压系统工作原理 马钢第 四钢轧总厂炼钢分厂 3 0 0 t 双工位 R H真空 精炼炉液压系统为钢包框架和钢包的升降提供动力和 控制。液压系统主要 由主泵装置 、 循环过滤冷却装置、 液压阀台、 油箱及附件组成 。四台 R e x r o t h公司生产的 A 4 V S 0 2 5 0 ⋯D P F变量柱塞泵 三用一备 为液压 系统 提 供 动 力 ； 两 台循 环 泵 一 用 一备 对 液 压 油进 行 过滤 和温度控制 。通过和可编程控制技术 P L C 相结合 ， 在 主控 室 的 电视 画 面 上就 能显 示 出液 压 系统 的各 种 运行 参数 ， 可对液压系统实行 自动控制和实时监控 ． 提高了 自动化 水平 在 R H精炼装置中． 钢包升降系统是其中一个重要 的组成部分 钢包升降系统 由钢包框架和钢包升降液 压系统组成 钢包框架安装在 R H真空槽下方的升降坑 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 1 1 作者简介 张龙“ 1 9 6 7 一 ， 男 ， 安徽含 山人 ， 高级工程师， 硕士 ， 主要从事液 压系统设计工作。 40 内．钢包框架沿导轨由钢包顶升柱塞缸驱动其上下运 动 ．从而实现对钢包车上盛有钢水 的钢包进行升降动 作 钢包升降液压系统用于驱动和控制钢包顶升柱塞 缸运动速度 。由于负载大 、 行程长 ， 使其运行的稳定性 和可靠性在 RH钢水处理工艺过程中显得尤为重要 ． 一 旦发生故障 ． 钢包无法上升或下降 ． 都会对 R H真空精 炼炉冶炼造成很大影响。 图 1 是马钢第四钢轧总厂 3 0 0 t R H真空精炼炉钢 包顶 升液 压原 理 图 液 压 系统不 工作 时 ． 电磁 换 向 阀 6 不得电． 液压泵处于低压 3 5 b a r Z ] 流量状态。 钢包准备 上升时 ． 电磁换 向阀 6的 a电磁铁得 电． 电磁换 向阀 6 换 向到左位 ．液压系统最高压力由溢流阀 7 ． 2控制 ， 最 高压力为 2 2 0 b a r 。钢包上升时 ， R H钢包升降速度控制 阀块中的高频响 比例换向阀得电换向 ．电磁座 阀 1 0 ． 1 和 1 0 ． 2的电磁 铁得 电 ．电磁 座 阀 1 0 ． 1和 1 0 ． 2 换 向 ． 插 装 阀 1 1打开 、 由插装 阀盖板 1 2和插装阀阀芯 1 3组成 的插装单 向阀也打开 ． D P F变量柱塞泵 1 输 出的压力 油经溢流阀 2 、 高压过滤器 3 、 插装单 向阀 4 、 高压球 阀 5 、 R H钢包升降速度控制阀块、插装 阀 1 1和插装阀阀 芯 1 3进入钢包顶升柱塞缸 ． 钢包开始上升 ， 直至 R H真 空槽的浸渍管浸入钢水到预定的深度 ．电磁座 阀 1 0 ． 1 和 1 0 ． 2的 电磁 铁失 电 ． 电磁座 阀 1 0 ． 1和 1 0 ． 2回到 右 位 ． 插装阀 1 l 关闭 、 由插装阀盖板 l 2和插装 阀阀芯 1 3 组成的插装单 向阀也关闭 R H钢包升降速度控制 阀块 中的高频响 比例换向阀失电回到 中位 ，电磁换向阀 6 失 电 ． 电磁 换 向阀 6回到 中位 ， 液压 泵 重新 回到低 压 小 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 1 0 ． 2 01 3 流量状态 ．钢包停止上升 ．开始进入钢水真空冶炼过 程 在钢水冶炼的过程 中． 钢包要在冶炼位置长时间保 持不变 这主要 由插装 阀盖板 1 2和插装阀阀芯 1 3组 成 的插装单 向阀 即液压锁 来保证。如果 由插装阀盖 板 1 2和插装 阀阀芯 1 3组成的插装单 向阀出现泄漏 ． 插装 阀 1 1 也可以起到保压作用 ．从而实现双重保护 ． 提高 了设备运行的可靠性 。钢水处理完成后 ． 电磁换向 阀 6的 b电磁 铁 得 电 ． 电磁 换 向阀 6换 向到右 位 。 液 压 系统压力 由溢流 阀 7 ． 1 控制 ． 压力为 1 6 0 b a r 。电磁座阀 1 0 ． 1和 1 0 ． 2的电磁铁得 电 ．电磁座 阀 1 0 ． 1和 1 0 ． 2换 向， 插装 阀 1 1打开 、 由插装 阀盖板 1 2和插装 阀阀芯 1 3 组成的插装单 向阀也打开 ． R H钢包升降速度控制阀块 中的高频响 比例换 向阀得 电换向 ． 钢包开始下降 ． 钢包 顶升柱塞缸 中压力油经插装 阀阀芯 1 3 、插装 阀 1 1和 R H钢包升降速度控制阀块 回到油箱 ． 直至 回到原始位 置 ． 电磁座 阀 1 0 ． 1和 1 0 ． 2的电磁铁失 电。 R H钢包升降 速度控制 阀块 中的高频响 比例 换 向阀失电 回到 中位 ， 电磁换 向阀 6失电 ． 液压泵再次回到低压小流量状态 ， 钢包停止下降 。为保证钢包升降的平稳性 。 整个升降过 程分为加速、 匀速和减速三个阶段。加减速和行程结束 位置 由行程开关控制 升降过程 中的位置 由柱塞缸位 移传感器实时监控 ．压力 由压力传感 器 1 8实时监控 。 出现紧急事故时 ． 打开球 阀 1 4 ． 可使钢包下降到安全位 置． 下降速度 由节流阀 1 5调整 。溢流阀 1 6设定压力为 2 4 0 b a r 。 防止超 压 ， 起 到安全 作 用 。 I - D P F变量柱塞泵2 一 溢流阀3 一 高压过滤器4 一 插装单向阀 5 一 高压球 阀6 一 电磁换向阀7 一 溢流 阀8 一 溢流阀9 一 插装单 向阀 1 O 一 电磁座 阀 1 1 - 插装 阀 1 2 一 插装 阀盖板 1 3 一 插装阀阀芯 1 4 一 球 阀 1 5 一 节流阀 1 6 一 溢流 阀 l 7 一 压力 继电器1 8 一 压力传感器 图 1 钢包顶升液压原理图 2 D P F变量柱塞泵特点 马钢第四钢轧总厂 3 0 0 t R H真空精炼炉顶升柱塞 缸直径 7 0 0 m m．最高运行 速度 4 3 m m ／ s ．所需流 量为 9 9 3 L ／ m i n 。为满足系统流量要求 ． 采用 四台 R e x r o t h公 司生产 的 A 4 VS O 2 5 0 ⋯D P F变量柱塞泵并联工作 ． 三用 一 备。该泵具有如下特点 1 适合对几个并联运行 的柱塞泵进行压力控制 。 使用外部溢流 阀 图 1中的溢流 阀 7和 8 。 通过 X2油 口就可以同时控制多个柱塞泵 。 保持同一个压力 。 2 通过负载反馈 ， 对柱塞泵进行流量控制。柱塞 泵输 出流 量 的大 小 ．只与泵 和 执 行器 之 间控 制 节流 孔 通流面积的大小有关。在低于设定的压力值时， 柱塞泵 输出的流量值 和实际工作压力无关 ．只提供执行机构 实际所需要的流量。以图 1 钢包上升为例进行说明 在 钢包上升的过程中 ， 系统设定的压力值为 2 2 0 b a r 。在钢 包 上升 初 始 阶段 有 一个 加 速过 程 ．系统 实 际工 作压 力 设为 P ； 在钢包匀速上升阶段 ， 系统实际工作压力设 为 P ； 在钢包上升结束前有一个减速过程 ， 系统实际工作 压力设为 P ； 当然这三个压力 p l p 2 p ， 但都低 于系统 设定的压力值 2 2 0 b a r ， 否则系统就无法正常工作 了。在 这三种压力情况下 ． 柱塞泵输出的流量值只和 R H钢包 升降速度控制阀块 中的高频响 比例换向阀的开 口大小 有关 ， 而和P 、 p 、 p 的大小无关 ， 这一点我们可 以从图 2 D P F变量柱塞泵静态特性曲线中清楚地看出来 。具体 的工作原理在下面的容积调速回路中进行说 明。 高 2 2 R H 3 流量 Q ／ L mi n 图 2 A 4 V S O⋯DP F变量泵静态压力一 流量 曲线 3 容积调速 回路特点 3 0 0 t 双工位 R H真空精炼 炉液压系统通过高频 响 比例换 向阀和 A 4 V S O 2 5 0 ⋯D P F变量泵组成的容积调 速 回路来调节钢包升降速度 图 3为钢包升降调速回 路原理 图。具体工作原理如下 钢包上升前 。 电磁换向 阀 1 2的 a电磁铁得电 ． 电磁换 向阀 1 2换 向到左位 ． 液 压 系 统最 高 压力 由溢 流 阀 1 3 ． 2控 制 ．最高 压 力 为 2 2 0 b a r 。给高频响比例换 向阀 6 输入一斜波上升信号 ， 高频响比例换向阀 6逐步换 向到右位 ．压力油通过高 频响 比例换 向阀 6进入顶升柱塞缸 ．钢包 由静止状态 开始加速上升。高频响 比例换 向阀 6的流量方程 4】 液 压 气 动 与 密 -J ／ 2 0 1 3年 第 1 0期 1 - A 4 V S O泵体 2 一 变量缸 3 一 压力控制 阀 4 一 节流阀 5 一 流量 控制 阀 6 一 高频响比例 阀7 一 节流 口8 - 插装阀9 一 节流 口 1 0 一 插装阀盖板 1 1 - 插装 阀阀芯1 2 一 电磁换 向阀 l 3 一 溢流阀 1 4 一 溢流阀 图 3钢包升降调速回路原理图 厂 一 g C d W X 、 ／ p 1 - p 2 V 式 中口 通过高频响比例换向阀 6的流量 ； C 流量系数 ； 高频响比例换 向阀 6开 口面积梯度 高频响比例换 向阀 6开 口量 ； p 液 压油 的密度 ； P ， 高频响 比例换 向阀 6阀前压力 P 高频响 比例换 向阀 6阀后压力 其 中 流量系数 C 、 高频响比例换向阀开 口面积梯 度 W和液压油的密度 P为常数 由流量方程可知 ，通过阀 6的流量 口和阀 6开 口 r _ 一 量 、 阀6 前后 压差、 ／ p - p 成 正比。 在阀6 刚 开 T 始 换 向时 ， 通 过 阀 6的 流量 口非 常 小 ， 阀 6的前后 压差 就小 ，阀 6的进油压力 P 就会 由 2 2 0 b a r 开始下降， 液 压泵的输出压力P 也随之下降 ，压力控制阀 3在弹簧 力的作用下移动到右位 ．变量缸 2大腔压力油通过压 力控制阀 3和流量控制阀 5回油箱 ． 压力变小 ． 变量缸 2小腔在泵压力 P 作用下向右移动 ， 变量泵摆角变大 ， 输 出流量变大。泵输出的流量除泄漏到油箱外 ． 其余全 部通过阀 6和插装阀 8通过管道进入顶升柱塞缸 随 着流量的增大 ． 钢包上升速度越来越快 ． 最后达到我们 所设定 的匀速上升阶段速度值 ．这一速度值 由阀 6的 开 lY l 量 ， 决定。流量控制阀 5的静态受力平衡方程 p 。 1 A 式 中p 流量控制阀 5左端压力 ； P ， 流量控制 阀 5右端压力 ； A 流量控制 阀 5的受力面积 ； 42 F流量控制阀 5的弹簧力 为简化分析 ． 在流量平衡点附近 ． 沿程压力损失和 高压过滤器压差基本保持不变 ． 且远远小于阀 6前压力 P 和 阀 6后压 力 P ， 可 以认 为泵 出 口压力 P 。 P 、 流量 控制阀 5右端压力 P p ， ， 那么作用在流量控制阀5 的 两端的压差 a p p 。 - p 变化和阀 6 前后压差 p 。 - p 变化相一致。由流量方程可知 ， 在 阀 6的开 E l 量 一定 的情况下， 阀 6的流量 q越大 ， 阀 6前后压差 p 、 - p ， 就 越大 ， a p p 。 - p 也就越大 ， 当 △ p A 一时 ， 流量控制 阀 5右 移 ． 压 力 油经 流量 控制 阀 5和压 力控 制 阀 3 进入 变量缸 2大腔 。 变量缸 2向左移动 ， 变量泵摆角变小 ． 输 出流量 变小 。当流量 减小 时 ， 阀 6前后 压差 p 一 P 2 就随之减小， △ p p 。 - p 也就随之减小， 当 A p A 时． 流量控制阀 5左移 ． 经流量控制 阀 5节流 1 3 减压后 的压力油通过压力控制阀 3进入变量缸 2大腔 ．在和 变量缸 2小腔压力 P 相互作用下 ， 变量缸 2向右移动 ， 变量泵摆角变大 ， 输 出流量变大 ， 经过几次反复后 ， 当 △ p A， ， 。 变量缸 2就在某一位 置保持不动 ， 变量泵摆 角就保持不变 ．输出流量不变 。钢包就保持匀速上升 了 钢包上升结束前 ． 高频响比例换向阀 6输人一斜波 下降信号 ，阀 6的开 V I 量 变小 ，在流量不变的情况 下 ， 阀 6前后压差 p - p ， 变大 ， 从前面的分析可知 ， 变 量泵摆角变小 ， 输出流量变小 ． 钢包进入减速上升阶段 直至行程终 了。在保压和下降过程中， 流量控制 阀 5不 起作用 ． 系统压力分别 由远程溢流 阀 1 4和溢流阀 1 3 ． 1 设定 ． 变量泵处于恒压变量状态 。 从 以上 的分 析 中 ． 我们 知道 在 钢包 上 升 的过程 中 ． 变量泵输 出流量的大小 由高频响比例换向阀 6输人信 号大小控制 ， 信号大 ， 阀 6的开 口量 就大 ， 变量泵输 出流量就大 ； 信号小 ， 阀 6的开 口量 ， 就小 ， 变量泵输 出流量就小。 而变量泵出I 1 压力 P p p - p p p 一 P 。 印 ，在流量稳定时， p 。 - p 。 r , ／ a 保持不变 ， P 2 由 负载决定。也就是说 。 变量泵输 出的流量和压力和负载 需要完全一致。在钢包保压时，变量泵输 出的压力为 3 5 b a r 。 流量仅维持变量泵的泄漏需要。 在钢包下降的过 程中． 变量泵输 出的压力为 1 6 0 b a r ． 流量仅维持高频响 比例换 向阀 6控制油和变量泵 的泄漏需要 ．钢包利用 自身重量进行下降 3 0 0 t 双工位 R H真空精炼炉液压系统通过高频响 比例换向阀 6和 A 4 V S 0 2 5 0 ⋯D P F变量泵组成 的容积 调速 回路无论在钢包上升 、 保压和下降的过程 中， 都仅 输出负载所需要的压力和流量 ． 减少 了功率损失 ， 达到 Hyd r a u l i cs Pn e uma t i c s Se a l s ／ NO ． 1 0 ． 201 3 基于重复控制的冷却器脉冲疲劳试验压力控制 朱 华， 邵 恩坡 ， 汪 时武 解放军汽车管理学院 装备技术系， 安徽 蚌埠2 3 3 0 1 1 摘 要 采用重复控制理论设计 了冷却器脉 冲疲劳试验 台脉冲压力控制 系统 ， 利用 M a t l a b ／ s i m u l i n k对 其控制性能进行 了仿真和分析 。 结果表 明， 重复控制提高 了系统的压力跟踪精度 和适应性 ， 该 系统对 多种波形具有较好 的 自适应 能力 ， 对不确定参数 和干扰具 有较强 的鲁棒性 。 关键词 散热器 ； 脉冲疲劳试验 ； 重 复控制 中图分类号 T H1 3 7 ． 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 1 0 0 0 4 3 0 3 Co n t r o l o f Pu l s e F a t i g ue Te s t Pr e s s ur e f o r Oi l Co o l e r Ba s e d o n Re p e t i t i v e Co n t r o l Z HU Hu a ， S HA0 D e p a r t m e n t o f E q u i p m e n t T e c h n o l o g y ， I n s t i t u t e o f En - p o． WANG S h i 一 M Au t o mo b i l e Ma n a g e me n t ， P L A， B e n g b u 2 3 3 0 1 1 ， C h i n a Ab s t r a c t A r e p e t i t i v e c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d t o a c h i e v e a b o v e r e q u e s t s ，t h e s i mu l a t i o n mo d e l wa s c r e a t e d i n Ma t l a b t o c h e c k o u t i t s wo r k ．the n r e p e t i t i v e c o n t r o l s y s t e m wa s a l s o b u i l t u p i n Ma t l a b ，a n d the n s o me s i mu l a t i o n e x p e rime n t s w e r e d o n e t o c h e c k the f u n c t i o n s o f the c o n t r o l l e r ． S o me e x p e ri e n c e s i n d e s i g n a n d a n aly s i s o f r e p e t i t i v e we r e s u mma ri z e d ， w h i c h c a n b e r e f e r r e d b y o t h e r a p p l i c a t i o n s ． Ke y wo r d s o i l c o o l e r ； p u l s e f a t i g u e t e s t ； r e p e t i t i v e c o n t r o l O 引言 机油冷却器是汽车发动机润滑系统 的重要部件之 一 ．是一种加速润滑机油散热的装置 。 其质量 的好坏对 发动机的正常运行有重要影响。机油冷却器通常处于 恶劣的工作环境下 ．因此对其进行疲劳试验对于保证 其正常工作有着非常重要 的意义 。 目前广泛使用的一 种对机油冷却器进行疲劳试验的方法是采用 电液 比例 技术来对其进行疲劳脉 冲实验 ．该方法主要通过调整 比例溢流阀的阀口开度来控制试件容腔内液体 的压力 来模拟各种周期压力信号 ．从而对试件进行多次压力 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 1 1 作者简 介 朱华 1 9 7 7 一 ， 男 ， 江西高安人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事 车辆性能 优化 、 车辆试验技术及装备等方面的研究 。 冲击来检验其疲劳性能f l 】 试验压力的控制精度对试 验结果具有重要影 响 电控液压系统是典型的非线性时变系统 ．常存在一定 的参数不确定性和负载干扰的影响 ．重复控制在广泛 的频率 跟踪范 围内可 以实现对 多种 波形 的高精度跟 踪 。 具有很强的鲁棒性 ， 可以有效地抑制疲劳试验系统 中不确定 参数 的影 响 。本文在基 于集散型控 制系统 D C S机理设计 的机油冷 却器脉 冲疲 劳试验 机的基础 上 ． 采用 比例溢流阀实现试验压力 的比例调节 ． 并应用 重复控制理论有效地改善了液压系统中试验压力的控 制精度。 1 冷却器脉冲疲劳试验机控制系统建模 本文设计 的机油冷却器脉冲疲劳试验机中的压力 产生和控制硬件结构如图 1 所示 了节能降耗 的目的 4 结束语 马钢第四钢轧总厂 3 0 0 t 双工位 R H真空精炼炉液 压系统 自投产 以来 ， 运行稳定 ， 控制精确 ， 安全可靠 ， 节 能高效 ， 自动化水平高 ， 完全符合 R H真空冶炼工艺对 钢包升降设备的要求。 参考文献 [ 1 】 仵宗贤， 孟凡亮． R H精炼炉工艺装备进展叨． 现代冶金， 2 0 0 9 ， 4 ． 【 2 】 李 壮云， 葛宜元 ． 液压 元件 与系统[ M】 ． 北京 机 械工业 出版社 ， 1 99 9． 【 3 ] 官 忠范． 液压传 动系统[ M 】 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 4 ] 周 士昌． 工程流体力 学[ M 】 ． 沈 阳 东北工学院出版社 ， 1 9 8 7 ． 【 5 】 来升， 等- 负载敏感变量泵稳态特性研究叨． 机床与液压 ， 2 0 1 1 ， 9 ． [ 6 】 王炎， 胡 军科， 杨 波． 负 载敏 感泵的动态特性 分析 与仿 真研究 【 J 】 ． 现代制造工程， 2 0 0 8 ， 1 2 8 4 8 7 ． [ 7 ] 李 纪友 ．HE D 8 5挖掘机液压 系统[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 2 ， 7 ． [ 8 】 路 甬祥 ． 液压气 动技 术手册[ M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 2 ． 43