热轧机大行程液压压下液压系统设计.pdf

第 4 4卷第 6期 2 0 1 5年 1 2月 有色金属加工 NONFERROUS ME 1 - AL S PROCE SSI NG VO I ． 4 4 NO ． 6 D e c e mb e r 2 01 5 热轧机大行程液压压下液压 系统设计 张 瑞 虹 中色科技股份有限公司， 河南 洛阳 4 7 1 0 3 9 摘要 文章通过对某大行程液压压下热轧机工况进行分析， 从节约设备制造和运行成本的角度 ， 介绍了一种适合该类 型热轧机的液压系统设计方案、 主设计参数的确定方法以及工作原理。 关键词 液压压下； 热轧机 ； 液压系统 中图分类号 T G 3 3 3 ． 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 5 0 6 0 0 5 60 3 近年来 ， 很多上世纪 留下来的老 旧电动压下 的热 轧机要求升级换代成全液压压下， 以提高生产效率和 产品质量 ， 能继续在生产 中发挥作用。因热轧机开 口 很大 ， 如采用全液压压下 ， 压下缸行程就会很大 ， 与通 常采用电动压下加液压垫微调的热轧机在液压 系统 设计上有很大 区别。本 文以某 铝热轧机 的压下改造 为例 讨论 针对 大行 程液 压压 下热 轧机 的液 压系统 设计 。 1 工况分析 某热轧机改造后压下缸行程 3 0 0 m m， 压下缸直径 d P 5 0 0 ／ 2 5 0 m m， 要求压下缸快 速摆辊缝 及返 回速 度 为 1 2 m m ／ s ， 压下调节 速度为 2 m m ／ s ， 速度相差 6倍 ， 见 图 1 。 一 J I ＼＼ ＼＼ ／ ， ／ I I r U ＼ 、 二 h - “ 厂 u u ＼ 一 l 1 ， 二 图 1 改造后某热轧机压下结构示意图 Fi g ． 1 S c h e ma t i c i l l us t r a t i o n o f i mp r o v e d s c r e wd o wn o f h o t r o l l i n g mi l l 收稿 日期 2 0 1 5 0 31 6 作者简介 张瑞虹 1 9 7 6一 ， 男 ， 高级工程师， 主要从事有色金属加工设备流体方面的设计工作。 第 5期 有色金属J j n - r 5 7 液压系统设计 时如按压 下缸 最大速度所需 流量 选择主供油泵 ， 泵的排量将会很大 ， 且压下缸最 大轧 制压力高达 2 5 MP a ， 主供油泵的驱动 电机功率也将非 常大。而在整个轧制过程 中压下调节 占大部分时间， 快速摆辊缝及压下缸返 回只 占很少时间 ， 因而造成 能 源浪费和液压系统造价上升。 基 于以上考虑 ， 该热轧机压下液压系统设计 时充 分分析了热轧机压下缸的工况特点 ， 制定了图 2所示 的设计方案并进行参数设计。 图 2 热轧机压 下液 压系统原 理图 F i g ． 2 S c h e ma t i c i l l u s t r a t i o n o f h y d r a u l i c s y s t e m o f h o t r o l l i n g mi l l 热轧机压下缸快速摆辊缝 时只需 克服压下缸背 压及平衡缸过平衡力 ， 压下缸负载很小 ， 而压下缸在 快速返回时仅需克服回油阻力 ， 负载更小 。高压工况 只存在于压下调节 阶段 。因此将热轧 机工况划分为 两个阶段 ， 即快速摆辊缝和快速返回时 的低压大流量 阶段与压下调节时的高压小流量阶段。 2 方案制定 如图 2所示 的液压系统设计方案 ， 热轧机压下调 节时由高压泵供油 ， 快速摆辊缝及快速返回时由高压 泵和兼做循环冷却过滤泵 的低压 泵同时供油 。压下 缸背压由主油路减压后提供， 并设有超压溢流保护。 背压采用两级压力控制 ， 压下时采用小背压减少轧制 力损失 ， 快速返 回时采用大背压保证返 回速度。轧辊 平衡也 由主油路减压后提供 ， 平衡供油路设单 向阀和 蓄能器 ， 压下缸快速提升导致油源压力降低 时由蓄能 器为平衡缸辅助供油 ， 防止轧辊与压下缸脱开。每个 压下缸使用两个伺服 阀控制 ， 压下调节时 由小流量伺 服 阀控制 ， 快速摆辊缝及快速返 回时由小流量伺服阀 与大流量伺服阀同时控制 ， 这样既保证 了压下调节的 精度和响应要求又满足了摆辊缝及返回时的快速 要求 。 3 参数确定 5 8 有色金属 j n - r 第 4 4卷 3 ． 1 确定高压泵流量， 选择高压泵及驱动电机 n 2 Q 0 ． 0 6 V 7 r ； 式 中， Q 为 高 压 泵 流 量 ， m L ／ mi n ； V 为压下缸调节速度 ， m m ／ s ； D为压下缸活 塞直径 ， m m。 根据 以上计算结果 ， 考虑泄露和容积效率等因素 选定高压泵排量， 高压泵通常采用恒压变量柱塞泵。 由泵排量、 预选电机转速和最大轧制压力计算高压泵 驱动功率 。 ； P s P A p ； 式中， P n为高压泵 电机计算功率 ， k w； 为高压系统压力 ， MP a ； P w为最 大轧制压力 ， MP a ； AP为伺 服阀工作压降 ， MP a ； n为 电机转速 ， r ／ rai n ； q为泵排量 m L ／ r； 1 1 为泵总效率。 3 ． 2 确定低压泵流量 ， 选择低压泵及驱动电机 n 2 Q 0 ． 0 6 一 。 丌 ； 式 中， Q 为低 压泵 流 量 ， m L ／ m i n ； V 为压下缸快速摆辊缝速度 ， m n b ／ s 。 根据以上计算结果， 考虑泄露和容积效率等因素 选定低压泵排量 ， 低压泵通 常采用定量 叶片泵 ， 由泵 排量 、 预选 电机转速和低压系统压力计算低压泵驱动 功率 。低压系统压力 既要满 足压下缸摆辊缝 时活塞 腔压力能够克服背压 活塞杆腔压力 和轧辊平衡缸 的过平衡压力 ， 又要满足压下缸快速返回时大背压的 要求 。 P ； 式 中， P 为低压泵 电机计算 功率 ， k W； P 为低压系统压力， M P a 。 3 ． 3 确定轧辊平衡回路蓄能器总容积 在压下缸快速提升时油源压力将会显著降低 ， 无 法再向轧辊平衡缸供油， 平衡缸完全由蓄能器补油， 此时平衡缸 速度 与压下缸 快速提升 速度 至少相 同。 由平衡缸最 大行程 和平衡缸直径可计算 出蓄能器补 油容积 ， 蓄能器总容积为 ； 式 中， V 。为蓄能器 总容积 ， L ； V 为蓄能器补油容积， L ； P 。 为蓄能器充气压力， MP a ； P 为最 低 工 作 压 力 ， MP a ； P 为 最 高 工 作 压 力 ， MP a 。 本系统中蓄能器作为补充 油源 ， 可取 P 。 P ， 通 常 P 0 ． 6～ 0 ． 8 5 P ， 其 中 P 即为高压系统压力 ， V 为选定蓄能器规格 的公称容积。为提高蓄能器响 应速度 ， 可采用多 台小容量蓄能器组成 蓄能器组 ， 单 台蓄能器容积即为 V 。 ／ n n为蓄能器个数 。 通过以上计算可以确定该液压系统的主要设计 参数。 4 系统工作原理简要描述 热轧机轧制过程中， 为防止压下调节时小流量伺 服阀受到大流量伺 服 阀的影响 ， 从 而增加控制难度 ， 在大流量伺服阀的进油 口和工作 油 口设计 了电磁球 阀 Y v 5、 Y V 6和 Y V 8 、 Y V 9 ， 轧制调节时将其关 闭。电 磁溢流阀 Y V 1控制高压泵 的空载启停 ， 电磁溢流 阀 Y V 2控制低压泵在热轧机快速摆辊缝及快 速返 回时 自动由循环过滤状态切换为辅助供油状 态 ， 与高压泵 一 起实现 向压下缸 的大流量供油。电磁溢 流阀 Y V 7 和电磁溢流阀 Y V 1 0分别控制传动侧和操作侧压下缸 的 自动卸油和超压溢流保护。电磁换 向阀 Y V 3控制 轧辊平衡缸的平衡与撤除。电磁换 向阀 Y V 1 1控制背 压油路减压阀及溢 流阀的外泄 油 口直接接通 回油或 经过溢流 阀回油 ， 从而实现大小背压的 自动切换 。 5 结论 通过对该热轧机压下工况 的详细分析 ， 制定的热 轧机液压系统设计方案及参数选择不但满足 了控制 要求、 保证了控制精度 ， 且 在节约 了设备制造成本 的 同时降低 了轧机的运行成本 ， 对该类型热轧机 的液压 系统没计具有参考意义。 De s i gn o f Hy dr a u l i c Sy s t e m i n L on g St r ok e Sc r e wd o wn o f Ho t Rol l i n g Mi l l ZHANG Rui ho n g C h i n a N o n f e r r o u s Me 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 Ba s e d o n t h e a n a l y s is o f wor k i n g c o n d it i o n s o f s o me h o t r o l l i n g mi l l in h y d r a u l i c l o n g s t r o k e s c r e wd o wn，t h e p a p e r p r e s e n t e d t a r g e t e d de s i g n s o l u t io n，d e s ign p a r a me t e r d e t e r mi n a t i o n an d wo r k i n g p r i n c i p le o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m t a k i n g i n t o a c c o u n t o f lo we r i n g ma n u f a c t u r i n g a n d op er a t in g c o s t s ． Ke y wor d sh y d r a u l ic s c r e wd o wn；h o t r o l li n g mi l l ；h y d r a u l i c s y s t e m 一 ～ P