1、 1 摘要摘要 主要通过对轧钢车间的几台步进式加热炉液压系统的原理进行分析, 根据现场 使用的经验, 从液压系统设计和元件配置入手, 提出了几种设计方案, 并分析了其 存在的优缺点, 为今后新建步进式加热炉液压系统的设计提供参考。 关键词关键词: 步进式加热炉; 液压系统; 优缺点; 设计方案 第一章第一章 步进梁式加热炉液压系统设计及改进步进梁式加热炉液压系统设计及改进 1 11 1概述概述 随着冶金轧钢工艺自动化程度不断提高, 步进式加热炉以其灵活的加热方式、 加 热质量好, 炉长不受限制、操作方便、易于实现自动控制等优点, 被愈来愈多新建的 轧钢加热炉采用。 液压传动因其体积小、 负荷大
2、、 易于实现机电一体化控制等优势, 在 步进式加热炉中有广泛的应用。步进机构通常按矩形轨迹运动, 一个运动周期由4个 动作组成: ( 1) 动梁上升, 托起料坯; ( 2) 动梁及料坯按设定好的步距前进一定距 离; (3) 动梁下降, 将料坯放在静梁上; ( 4) 动梁水平移动退回起始位置。步进动 作周期根据生产工艺要求控制在一定的范围内。 步进梁升降过程中要能实现对被加热 料坯的轻托轻放, 满足所有液压缸启、停均匀变速等要求。如图1所示。 图1 步进动作图 2 第二章第二章 步进液压缸的选择步进液压缸的选择 一台轧钢步进式加热炉通常采用一到两根步进梁升降液压缸, 一根步进梁平移 液压缸。液压
3、缸缸径及活塞杆杆径大小取决于所承受的外界负载。步进式加热炉液压 缸的安装方式目前主要有以下两种型式, 如图2所示。图2 ( a) 所示方式是提升液压 缸安装于步进机构一侧, 中间通过一同步轴连接, 以液压缸有杆腔作为承载腔, 活 塞杆承受提升拉应力, 在同等液压系统工作压力下, 液压缸选型较大, 且液压缸轴 封装置长期处于高压状态, 对活塞杆密封有较高要求。图2 ( b) 所示方式是提升液 压缸安装在底部, 直接驱动提升框架, 液压缸活塞杆承受压应力, 因液压缸无杆腔 作为驱动腔, 选型相对可较小, 步进机械依靠自重下降, 液压缸轴封长期处于低压 状态, 活塞杆密 图2 步进液压缸的安装方式
4、封就简单多了。故从减小液压缸的尺寸、减少液压缸密封泄漏和故障率、简化传动设 备、提高设备使用寿命考虑, 新建步进加热炉应采用图2 ( b) 所示的安装型式。机 械动作要求步进机械动梁结构示意图3步进机械梁运动轨迹示意图见图 3 图3 步进机械动梁结构示意图 图 步进机械动梁运动轨迹示意图 2.2.1 1 技术要技术要求求 2.2.1 11 1 技术参数技术参数 最大载荷 300 t；步进周期 32-34 s；升降油缸升、降时间各约 10 s；平移油 缸进、退时间各约 7 s；升降油缸升、降距离 100 mm(以固定梁为基准)；平移油 缸进、退距离 280 mm。 2 2.1.12 2 工艺要求
5、工艺要求 液压系统要求达到 3个主要指 标：1)实现升降、平移预设速度-位移曲线；2) 运行轨迹不受载荷分配的影响；3)液压系统可靠性高，易于维护。 2 2.1.13 3 技术难点技术难点 4 由于负载大，定位准确度要求 高，系统运行和制动全部由油缸驱动。因此，在 制定 运行轨迹曲线时，需要合理地设定加速-匀速一减 速曲线，既要满足运行周期 和定位要求，又要尽可能 降低由惯性力引起的冲击，以保护设备的运行稳定。 2 22 2 系统设计系统设计 2 22 21 1系统分析系统分析 步进梁实现 3种工艺动作：正循环、逆循环、踏步。对液压系统而言，无论执行 哪种动作，该液压系统均可定义为开环速度控制
6、系统，采用 比例控制技术。步进梁 的动梁在垂直和水平两个方向分别设置编码器，反映动梁垂直和水平方向的位置。升 降油缸、水平油缸根据不同位置时的工艺要求，实现加速、减速、匀速，从而实现动 梁对热坯的轻托、 轻放， 以及通过加、 减速有效降低动梁因运动惯性引起的机械冲击。 要保证在钢坯分布不平衡、载荷变化较大的情况下，系统能够继续按预设的动作曲线 动作， 保持步进梁和出钢节奏的稳定。 因此， 确定系统采用阀控形式。 泵站为恒压源， 调速型比例阀控制步进梁的动作。根据系统最低固有频率： O=(4 x E xALxM) 2 x(1+al2)2， 式中为液压油弹性模量；A为油缸无杆腔面积；为油缸行程；M 为当量质量；仪为油缸有杆腔与无杆腔面积比。通过计算，该套机械装置属于低频系 统。因为系统属于开环控制系统，不存在稳定性问题。但加减速时间选择不当，系统 依然会产生振动， 影响系统位置精度。 因此根据开环回路的原则， 合理制定加减速度。 第三章第三章 液压泵站的选择液压泵站的选择 根据步进周期长短和
