小方坯连铸剪切机液压系统改进.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 1 2 ． 2 0 1 3 小方坯连铸剪切机液压 系统改进 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 了马钢小方坯 连铸 剪切机液压系统工 作原理 ， 针 对调试期 间出现液 压系统流量不足 的问题进行 了分 析 。 根据生产 实际情 况 ， 提 出了利用 蓄能器组来增加液压 系统流量 的方法 ， 解决 了实际 问题 ， 取得了满意的效果 。 关键词 剪切机 ； 液压系统 ； 蓄能器组 ； 改进 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 2 0 0 6 9 0 3 I mp r o v e me n t o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r Bi l l e t Co n t i n uo u s Ca s t i n g S h e a r Z H A NG L o 眄 i a n g B e i j i n g Wu j i H y d r a u l i c E n g i n 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 Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e p rin 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 b i l l e t c o n t i n u o u s c a s t i n g s h e a r i n Ma s t e e l ， a n aly z e d t h e p r o b l e m tha t t h e h y d r a u l i c s y s t e m fl o w wa s n o t e n o u g h t o me e t ma n u f a c t u r e n e e d d u rin g c o mmi s s i o n i n g ， p u t f o r w a r d t h e s o l u t i o n t h a t a c c u mu l a t o r s g r o u p w a s ma d e u s e t o a d d h y d r a u l i c s y s t e m fl o w a c c o r d i n g t o ma n u f a c t u r e a c t u al f a c t ， r e s o l v e d the p r a c t i c a l p r o b l e m a n d o b t a i n e d the s a t i s f a c t o r y e ffe c t ． Ke y wo r d s s h e a r ； h y d r an l i c s y s t e m ； a c c u mu l a t o r s g r o u p； i mp r o v e me n t 0 引言 马钢 R 6 M 四流小方坯连铸机 ， 主要生产 1 5 0 x 1 5 0 、 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 2 3 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。 1 5 0 x 1 8 0和 1 6 0 x 2 0 0三种规格的小方坯产品。 铸坯切割 设备采用液压剪切机 ， 液压剪切机具有剪切速度快 ， 无 金属消耗 ， 占地面积少等优点。但在生产调试阶段 ， 却 发现剪切机液压系统提供的流量只能勉强维持三流铸 坯同时剪切需要 ．不能满足生产中出现的四流铸坯 同 3 ． 3 仿 真 结果 仿真是在 MA T L A B中利用 S i mu l i n k控制工具箱来 完成的。液压同步控制为一个具有非线性的系统 ． 采用 P I D控制得到两组液压缸的单位 阶跃响应 曲线 ． 从 图像 可以看出系统上升快 。 过渡过程时间短 ． 超调量较小见 图 8 。 图 9为两个子系统的同步误差 ， 可以看出 。 在初始 阶段存在不足 1 ． 5 mm的同步误差 ．之后经同步控制器 的调整 ． 同步误差接近为 O 。 图 8同步系统阶跃响应 曲线 图 9系统 同步误差 4 结论 1 由电液 比例 阀和其他液压元件 组成 的空心液 压缸 的闭环同步控制系统 ，工作稳定性好 ．控制精度 高 ， 调整方便 ， 易于实现计算机控制 。 不会形成与油缸 行程有关 的累积 同步误差 2 S i m u l i n k是一个强大 的软件包 ． 为液压 同步控 制系统的动态研究提供 了简便可行且更趋合理精确的 平 台。利用 S i mu l i n k实现仿真 ， 具有方便 、 直观、 准确的 优点 ， 只要改变方块图中的数值 ． 就可 以得到相应的计 算结果 。这样有利于在生产实际中的应用 。 参 考 文 献 [ 1 】 张琨 ， 毕靖 ， 等． MA T L AB 7 ． 6从入 门到精 通【 M] ． 北 京 电子 工 业出版社 ． 2 0 0 9 ． f 2 ] 芮丰 ， 王金利 ， 等． 液压支 架试 验台升降装置 中四缸 同步 系统 的研究『 J ] ． 液压 与气动 ， 2 0 0 8 ， 1 2 4 - 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电 磁 换 向阀2 一 单 向节 沉 阀4 、 7 、 9 、 1 1 - 盖 板5 、 1 0 一 捕 芯 6 ． 8 一 节流插芯 1 2 一 剪切缸 1 3 一 牵引缸 图 1 剪切机 1流部分液压 系统原理 图 2 液压 系统 流量不 足问题 分析 在调试期间发现 ．当一个连铸坯达到定尺长度开 始剪切 ． 在还没有完成一个剪切循环的情况下 ． 另外一 流连铸坯也达到定尺长度 时．这一流上的剪切机也要 开始剪切 ． 即同时有 2个剪切机在工作 ． 剪切速度明显 变慢 ， 但仍能完成剪切工作。当有 2 个剪切机仍在工作 时． 另外一流连铸坯也达到定尺长度时 ， 第 3个剪切机 开始剪切 ． 即同时有 3个剪切机在工作 ． 剪切速度十分 缓慢 ． 仅能勉 强完成剪切工作 ， 当 4个剪切机 同时工作 时． 只能启用备用泵 ． 用全部 4台主泵 同时工作来满足 生产需要。 为剪切缸提供动力 的 4台主泵为 V i c k e r s 公 司生 产 的 P V X S 一 1 8 0 ⋯D F 0 0 0 A恒压变量柱塞泵 ．公称排量 1 8 0 mL ／ r ． 电机转速 1 4 8 0 r ／ m i n 。 每台泵提供 的最大流量 为 2 5 3 L ／ m i n ， 3台主泵提供的最大流量为 7 5 9 L ／ m i n 。牵 引缸的最大行程为 8 0 0 mm。 生产 1 5 0 x 1 5 0方坯时 ． 拉坯 速 度 比其他 2种规格 的方 坯拉速要快 ．最 大拉速 为 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e Ms ／ No 。 1 2 ． 2 0 1 3 4 0 mm ／ s 。因此牵引缸跟随铸坯移动的最长时间为 2 0 s 。 当有 3个剪切机同时工作时 ．在最大流量 7 5 9 L ／ mi n的 情况下 。 剪切缸剪切时间为 1 4 s ， 返 回时间为 4 ． 6 s ． 加上 换向阀和插装 阀的动态响应时间 ． 仅能勉强维持工作 。 只有 当 4台主泵 同时工作时 没有备用泵 。 才能满足 正常生产要求 。 给全厂连铸连轧生产留下了隐患 ， 所以 必须对剪切机液压系统进行改进 3 剪切机液压系统改进 要增加液压系统流量 ， 有 2种方案 增加主泵或增 加蓄能器组 。根据现场实际情况 。增加主泵一没有位 置 ． 二非常麻烦 ． 而增加 蓄能器组只须将剪切机 阀台管 道的法兰 闷盖改成法兰接管即可 和蓄能器组对接 ． 比 较方便 ， 对整个系统也没有大的影响 ． 另外剪切机属于 间歇式工作 ． 有足够的时间进行充液 。 因此增加 蓄能器 组 的方案非常切合现场实际需要 。 四流小方坯连铸机 ．主要 生产 1 5 0 x 1 5 0 、 1 5 0 x 1 8 0 和 1 6 0 x 2 0 0三种规格的小方坯 ．其 中 1 5 0 x 1 5 0小方坯 拉坯速度 比其他 2种规格 的小方坯拉速要快 ．最大拉 速为 4 0 m m ／ s ． 只要液压系统 的流量能满足其要求 ， 也就 能满足另外 2种规格小方坯 的生产要求 由于各流拉 速不 同．按 4个剪切机同时剪切计算液压系统所需流 量 。剪切时间计算 t 1 f 1 ／ v 3 0 0 s 1 t 1 f 1 ／ v 2 0 s 2 式 中t ． 剪切周期 s 从开剪到下一次开剪 ； t ， 切坯周期 s 从开剪至剪切终 了到剪刃张 开 ； Z ． 铸坯定尺长度 m ； 剪切机有效横移距离 m ； z 一拉坯速度 m ／ s 。 在 2 0 s 切坯周期内 ． 每个剪切液压缸所需要 的液压 油的体积为 V ms V V 1 2 0 ． 0 7 8 3 m 3 1 2 1}x 3 ． 1 4 x D x L 0 ． 0 5 9 0 8 m 4 }x 3 ． 1 4 x f f- d “ x L 0 ． 0 1 9 2 2 m 3 5 斗 式 中 ， 剪切缸剪切时所需要液压油的体积 m ； 剪切缸返回时所需要液压油的体积 m 3 ； D 剪切缸无杆腔 的直径 m 剪切缸有杆腔的直径 m 剪切缸有效行程 m 。 4个剪切机所需要的液压油总体积为 4 V 0 ． 3 1 3 2 m 6 而 3台主泵在 2 0 s 内所能提供的液压油体积为 V p 7 5 9 0 ． 0 0 1 2 0 ／ 6 0 0 ． 2 5 3 m 7 所缺少 的液压油体积即为蓄能器组所要提供的液 压 油 总量 V 4 V 0 ． 0 6 0 2 m 8 根据经验 ．蓄能器组释放 出的液压油为总体积的 1 0 ％． 即蓄能器组 的容积为 0 ． 6 m 3 ． 由于受到现场液压站 房 间高度和场地条件限制 ．只能安装 8 个 6 3 L蓄能器 的 蓄 能 器 组 。 因 此 将 主 泵 压 力 从 1 5 MP a提 高 到 1 5 ． 2 MP a 受主电机功率限制 ，在最低工作压力 1 2 ． 5 MP a ． 充气压力 1 1 ． 3 MP a的情况下 ， 蓄能器组能释放 出 的液压油体积为 0 ． 0 6 1 l m3 ．能够满足 4个剪切机同时 工作的需要 。 在 2 0 s 放油过后 ， 仅需 5 s 就能将蓄能器组 充满 ． 对其他 2种规格的短定尺方坯 ． 充液时间同样富 裕 剪切周期最短的 1 5 0 x 1 8 0小方坯时间为 7 6 s 。 增加 8个 6 3 L蓄能器构成蓄能器组的方案 ． 在一个剪切周期 内 ． 能够满足系统充液和放液的时间要求 ， 满足了现场 生产的实际需要 ．因此采用该方案对剪切机液压系统 进行了改进。 4 结束语 针对液压系统流量不足 的问题 ．根据剪切机具有 间歇性工作 的特点 ．提 出了利用蓄能器组来增加液压 系统流量 的方法 ， 解决 了现场实 际问题 ． 取得 了令人满 意的效果。 同时蓄能器作为液压系统 的重要辅件． 对改善液压 系统 的动态品质 、 保持工作稳定性 、 延长 工作 寿命 、 降 低振动与噪声等起着重要作用 参考文 献 周基元 ．4 0 0 0 K N液压剪机液压系统[ J ] ． 冶金丛刊， 1 9 9 7 ， 6 ． 王淑怀． 连铸小方坯的生产技术 [ J ] ． 武钢技术， 1 9 9 4 ， 9 1 7 2 4 ． 孙 向荣． 弧形 连铸 剪切 机液压 系统节 能实例分析 ． 液压气动 与密封， 2 0 0 3 ， f 3 1 3 1 5 ． 林东 阳 ， 黄 志坚． 蓄能器在冶金液 压设备 中的应用 [ J ] ． 冶金丛 刊， 2 0 0 7 。 f 4 1 3 1 5 ． 贾利 国． 蓄能器在液 压系统 中的节 能应用[ J ] ． 机电工程， 2 0 0 6 ， 5 1 0 - 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