步进式加热炉电液比例液压系统的设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 1期 步进式加热炉电液比例液压系统的设计 吴世锋 北京华德液压成套设备分公司， 北京1 0 0 1 6 5 摘要 步进炉作为高速线材 、 棒材 、 及板材轧线的主要设备之一 ， 炉底机械驱动部分为电液 比例液压系统 。对步进炉炉底机械电液比 例系统及典型回路进行分析 ， 该技术以其高效率和性价 比将得到广泛应用 ， 值得进一步推广 。 关键词 加热炉 ； 电液 比例控制 ； 液压系统 中图分类号 T H 3 1 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 0 1 0 0 5 8 0 4 De s i g n o f El e c t r o h y d r a u l i c P r o po r t i o n a l Hy d r a u l i c S y s t e m f o r W a l k i n g Be a m F u r na c e 鼽 _ ， e n g B e i j i n g H u a d e H y d r a u l i c I n d u s t r i a l C o ． ，L t d ． ，B e i j i n g 1 0 0 1 6 5 ，C h i n a Ab s t r a c t W a l k i n g b e a m f u r n a c e i s o n e o f ma i n e q u i p me n t s f o r h i g h s p e e d w i r e r o d s ， s h e e t me ml r o l l i n g ， wh i c h a d o p t s e l e c t r o h y d r u ali e p r o p o r t i o n a l h y d r a u l i c p r o p o rti o n a l h y d r a u l i c s y s t e m f o r h e a r t h me c h a n i c a l d r i v i n g ． An l y s i s for e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n al s y s t e m a n d i t s t y p i c al c i r c u i t o f wa l k i n g b e a m f u r n a c e h a s b e e n d o n e ． T h i s t e c h n o l o g y i s b e v a l u e d t o f u r t h e r d e v e l o p e d a n d s h o u l d b e e x t e n d e d f o r i t s h i g e ff e c i e n c y ，l o w c o s t a n d fi n e p e r f o r ma n c e ． Ke y W o r d s f u r n a c e ； p r o p o rti o n a l h y d r u ali c c o n t r o l ； h y d r a u l i c s y s t e m U 日 【J舌 步进式加热炉作为轧线的主要加热设备 ．为了使 被加热材料被平稳的输送出去 ，因此对步进式加热炉 液压系统提 出了更高品质的要求。近年来我公司有幸 参与 了许多重大 冶金工程步进炉项 目的液 压系统设 计 、 制作及现场调试 。电液 比例技术以其高性能、 底价 位广泛应用于冶金 、 工程机械等行业 中， 并 以优越的可 控性 、精确 的步距行程调节控制及位移多重反馈闭环 控制使钢铁行业 中的步进炉充分满足生产需要。本文 结合宽厚板轧线加热炉液压系统设计要点 ，对 电液比 例控制的液压系统及典型 回路进行分析 ，简要阐述其 原理 ， 为进一步推广应用该技术提供参考。 1 步进炉 的工艺流程概述 板坯定位完成后 ， 开始装炉工作 ， 首先 ， 长行程装 钢机把停在装炉辊道上的板坯推正 ， 然后退 回原位 ， 继 续前进托起板坯送人加热炉 内。装钢机托送板坯的过 程中， 计算机系统和光电管对板坯进行测宽 ， 并根据板 坯宽度按装炉模型 自动控制装钢机的行程 ，使装人炉 内的板坯与炉内前一坯保持 5 0 mm间隔。为满足连铸 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 一 O 1 作者简介 吴世锋 1 9 7 8 一 ， 男， 本科 ， 工程师 ， 主要从事 流体传 动与控 制设 计工作 。 58 与轧钢之间一定 的缓冲要求 ，装料侧要保持 4 5块板 坯的空位 。采用长行程装钢机来实现此项工艺要求。 装炉过程结束 、 长行程装钢机退 回原位后 ， 炉底机 械启动， 炉 内步进粱通过上升一 前进一 下降一 后退的循环 运动 ， 将板坯一步一步 向前输送 ， 板坯经过各个加热段 和均热段完成加热和均温过程 ．在这一过程 中计算机 控制系统根据从数据库调入的该板坯 的资料 自动生成 加热工艺 ， 自动设定和控制各段炉温 ， 并对板坯进行全 程跟踪。使板坯到达 出料端时加热到轧制工艺要求 的 温度。 当板坯到达由激光检测器控制的出钢位置 ，且炉 底机械退 回后极限位置后 ， 启动 出钢机将其托出， 放在 出炉辊道上 ， 然后由辊道输送到轧线进行下部工序。加 热后的合格坯进入轧制过程 ，加热后 的不合格坯 由轧 线退 回，进行返 回作业 ，由出炉辊道反 向输送到板坯 库 ， 经处理后重新进行装炉作业。 1 ． 1 步进炉的炉底机械动作 液压系统控制 的加热炉炉底机械动作根据工艺操 作要求 ， 步进梁的运动分为 正循环 见图 1 a 、 逆循环 见图 1 b 及踏步动作 见图 1 c ， 对应钢坯的加热 、 退 坯 、 1 5 mi n内的出炉等待功能 。步进梁同时具有停中位 功能 。当等待出炉时间超过 1 5 m i n后执行 ，此时活动 梁 、 固定梁处于同一标高保持不变。由于液压系统的内 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N0 ． 1 ． 2 01 1 泄 ， 活动梁将缓慢下降 ， 当下降 5 ram时 对应液压缸后 退 2 5 m m ， 提升液压缸退 回工作起始位 ， 再次进行停 中 位动作。 图 1 步进 炉工作状态 步进梁按位置 时间 一 速度曲线要求以矩形轨迹 运行 ， 即分别进行升 、 进 、 降 、 退的连贯动作 见 图 2 。 前 进 下降 上升 J 1 睦 速度 时问 一位移曲线图 图 2 速 度 时间 一 位移曲线图 为限制机械 、液压冲击和振动对步进梁及钢坯产 生不利影响 ， 满足步进周期的时间要求 ， 必须对 步进梁 的升降和平移运动的加速度 、减速度和速度进行准确 有效控制 。步进梁升降运动和水平运动过程 中的速度 是变化 的。其 目的在于保证平移运动和升降运动的缓 起缓停 ， 以及在升降过程中 ， 当步进梁从固定梁上托起 钢坯或向固定梁上放下钢坯 时 ， 能轻托轻放 ， 防止步进 机械产生冲击和振动 ，避免损伤梁上的绝热材料和炉 内钢坯表面氧化铁皮 的脱落 。延长维修周期和使用寿 命。液压缸按以下速度 曲线运行“ 液压缸位置 时间 一 速度曲线” 见“ 液压缸速度曲线” 图 见图 3 。 Ⅵ mm 1 一⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3 4 5 6 7 g 9IOIt121 3t415t617 Lg19 20 21222324圊 囝 幽 3 液压缸位置 时I司 一 速度曲线图 1 平移运动 通过平移液压缸驱动支撑步进梁的 平移框架 ，使它在提升框架上部的两排平移滚轮上作 平移运动。平移过程 中步进梁可以在任何位置停位 ， 停 位有精度要求 。在平移框架安装有上部导 向轮， 防止跑 偏 。此时 ， 升降液压缸处于静止状态。 2 升降运动 通过升降液压缸驱动搁置在斜 台面 上的升降框架 ，当升降框架下部的两排升 降滚轮沿斜 台面滚动时 ， 步进梁作升降运动。在升降框架安装有下 部导 向轮 ， 防止跑偏 。升降运动时 ， 平移液压缸处于静 止锁 定状 态 。 1 ． 2电液 比例 液压 系统 的 设计 电液 比例液压 系统设计有油压监视 、 液位监控、 油 温监控等。主泵采用恒压变量泵 。 以减少能量损失和压 力脉动 ，比例阀采用插装式 比例节流阀外控外排方式 以提高响应时间。整个控制 回路 由六个两通插装阀和 一 个比例节流阀构成 。为了增强 比例 阀在变负载情况 下线性控制 ，在比例节流阀进出 口处增加了压力补偿 器。压力补偿器 由插装式减压阀芯和溢流阀控制盖板 构成 ， 其 目的是保持 比例阀进 出口压差恒定 。在系统还 设置 了独立的循环冷却过滤 回路 ，以保证介质的冷却 和油箱排出旧油 、必要 的备用 回路 以确保生产的连续 性 、压力油精滤器回路 以保证 比例阀进 口介质的清洁 度 。由一套独立的液压系统为加热炉步进机械提供动 力源 ， 并满足步进梁的各种循环运动对步距 、 速度及冲 击负荷 的要求 ，使其在预定 的周期内完成各种设定 的 循环运 动。活动梁升降液压缸 回路体现 了该系统的特 点 ， 如 图 4所 示 。 图 4步 进机 械 升 降 原 理 图 液压缸上升时 ，压力油P向上通过两通插装 阀 A 进入压力补偿器 C， 再经过插装式 比例节 阀流 D， 再经 过插装单 向阀 E进人 液压缸 安全 阀块流入 液压缸下 腔 ， 使活塞杆上升。此过程液压缸安全阀块不需要控制 油打开 ， 是经过单 向阀进入液压缸的。而液压缸的下降 运动较其上升运动要复杂得多。这是因为此时升降液 59 下降 ●●● ●● 呀 循 l - 时 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 1期 压缸活塞杆的受力方 向与其运动方向一致 ，而且对其 速度还要进行加减速控制 ，给液压系统带来 了设计上 的复杂性。为解决上述 问题 、 简化系统 ， 本设计利用坯 料及活动梁的 自重下压形成差动 ，使油液反 向流动并 经过与液压缸上升时的同一 比例节流 阀，通过电控导 阀切断两通插装 阀 A打开插装阀 B和 F ．使上升运动 时的进油节流变为下降时的回油节流。此时供油泵处 于卸荷状态 ，液压缸无杆腔在坯料和活动梁 自重的作 用下 ，在电磁换 向阀 H压力油打开液压全阀块的条件 下， 油液经过插装阀、 压力补偿器 、 比例节流阀， 两通插 装 阀， 一部分油液补充液压 缸的有杆腔 ， 多余的油液经 过插装单向阀 G流回油箱 ，补充到液压缸里油液的压 力靠单向阀 G的开启压力实现。 该系统在控制上由比例节流调速控制 回路 、缓 冲 平衡控制回路 ，安全溢流和压力控制回路以及辅助系 统组成。各回路具有独立的控制功能 ， 并能联合作用 ， 使整个液压系统达到最佳控制状态。 2 比例节流 阀的流量控制计算 比例节流阀提供对执行液压缸的速度 、 加速度 、 减 速度 的电子控制．通过该阀的流量取决于开 口量的大 小和油 V I 间的压差 ．因此执行器流量增减的要求与比 例节流阀的输入信号 电流或 电压 应该是一一对应 的。 根据设备性能要求作出速度一 流量曲线 见图 5 ， 并 给出准确的反馈位置点。这是执行器与 比例节流阀重 要的设计数据。图 5中 s 。 为钢坯平稳托放等高位 ， “ o” 表示接近开关发讯点， 其计算过程如下 图 5速 度 一 流量 曲线 图 t t 1 t 2 3 t 4 5 6 t 7 ， s 1 l ／ 2 a 1 t 1 2 s 2 a 1 t l t 2 ， s 3 0 l t l t 3 1 ／ 2 c 3 2 ， s 4 a 1 t 1 - o a t 3 t 4 ， s s a 1 t 1 一 a z t 3 5 ， s 6 a 1 t 1 一 s 5 口 1 t 5 ￡ 6 ， s 7 l ／ 2 a t 7 2 ， a l t 1 0 l t 5 一 c 3 一 口 7 0 ， 即得 a t t 1 5 f 3 ￡ 7 ， 由 s 1 2 3 ≤s o ， s 1 怕2 3 4 ≥s o ， 得 t l t 5 o a 液压缸升降至托放坯等高位的时间为 t , o t 1 2 f 3 s d s 1 一 s 2 一 3 ／ n l t l c 3 。 经反复计算，即可得出升降液压缸所需的最大流量 和最小流量。 平移液压缸的流量计算相对简单， 不再描述。 60 3 电液比例控制系统的压力补偿 对于给定 比例节流阀的输入信号 。通过阀的流量 将 随着阀上的压差的变化而变化。为 了实现压力补偿 即让流量与负载或系统压力无关 ，必须把恒压器与 比例节流阀合用。如图 4中比例节流阀 D， 一个减压插 装阀与 比例节流阀进 口串联 ，泄油 口接到比例节流阀 出口而不接 回油箱 。这样该减压插装 阀将保持节流阀 上恒定的压差 ，从而对给定的输入信号保持恒定的流 量。比例节流阀上所保持的压差可通过改变减压插装 阀先导级溢流阀设定值来调整。 假定执行液压缸要求控制流量为 7 0 0 I _／ m i n ， 所选的 比例节流阀在 1 ． O MP a 压降时的最大流量为 9 0 0 L ／ mi n 。 这样将在输入信号 的全范围内实现线性控制 。需要注 意的是 ．先导阀需要进油 口处的最低压力来提供先导 压力 ，如果使用很低的恒压力必须注意保证节流阀出 口压力不能降得太低 。即节流阀出口压力加上恒压压 力必须达到最低的先导压力。 4 比例节流阀常见故障分析 1 阀无流量或压力输 出。其原因是 因外线断路 ， 电插头焊点脱焊 ；线圈霉短或引线断路 或短路 ， 进 油 、 回油未接通或反接。 2 阀输出流量或压力过大或失控。其原 因是阀安 装座表 面不平或底面密封 圈未装妥 ，使 阀体变形阀芯 卡死 ， 阀芯被赃物或锈渣卡住 。 3 阀的反应迟钝 ， 响应降低 ， 零偏差较大。其原因 是系统进油压力低 ； 阀内部油液太脏 ； 阀控制及局部堵 塞。电气给定或反馈受到干扰 ， 线路衰减过大。 4 阀输 出流量或压力不能连续控制。其原因是系 统反馈断开使阀的分辨变差 。 5 系统出现抖动或振动。其原 因是系统开环增益 太大 ， 调节过程中积分 、 比例参数不合适。油液过脏 ； 油 液混 入大 量空气 。 5 结束语 本 电液 比例液压 系统采用新型单腔控制回路 ， 这 种系统的控制原理与过去常采用的双腔控制回路不 同 之处在于 ． 比例阀由控制有杆腔和无杆腔两腔流量 ， 变 为只控制无杆腔 ， 即升降缸上升时 比例阀控制进油路 ， 下降时控制回油路。尽管相 比于两腔控制的系统 ， 这种 系统增加了一个油路切换回路 ， 但 由于比例阀只控制一 腔流量 ，使其在一个周期 内所控制的速度数量 比两腔 控制 的系统减少一半 ， 比例阀的工作状况得 以改善 ， 系 统的稳定性和可调性得到很大的提高。 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e als ／ No ． 1 ． 2 0 1 1 转炉烟气净化系统二文伺服液压站设计 袁 玲 北京华德液压成套设备分公 司， 北京1 0 0 1 6 5 摘要 转炉 炉 口的差压是 由冶炼时产生 的烟气 量 、 风机 的抽 气量和二级文 氏管环缝 的开度决定 的， 而炉 口差压 的大小直 接关 系到炉 前的环境 污染 的程度和煤气 回收 的质量 。 如果炉 口微压差正的太多 ， 将造成火焰外 冒 ， 恶化炉前 的环境 ， 如果 负的太多 ， 又会吸人空气 ， 使一氧化碳燃烧 ， 降低 煤气热值 ， 为此必须控制炉 I I 压差 ， 使其稳定在 0 2 0 P a 之 间 具体参数 现场调试确定 ， 要达到这个 目的就必须 采用 液压伺服控制装置对炉 口微压差进行 自动控制 。 关键词 文氏管 ； 伺服液压系统 ； 烟气净化 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 1 0 1 0 0 6 1 0 5 D e s i g n o n S e c o nd a r y Ve n t u r i Co n v e r t e r F l ue Ga s S e r v o Hy d r a u l i c S t a t i o n o f Pu r i fic a t i o n S y s t e m YU AN L i n g B e r i n g Hu a d e Hy d r a u l i c I n d u s t ri a l C o ． ，L t d ． ， H y d r a u l i c S y s t e m E q u i p me n t B r a n c h ，B e i j i n g 1 0 0 1 6 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e o v e n d i ff e r e n t i a l p r e s s u r e c o n v e r t e r b y s me l t i n g g a s p r o d u c e d w h e n t h e s mo k e ， f a n o f e x t r a c t i o n fl o w a n d s e c o n d a r y v e n t u r i g i rth o f t h e d e c i s i o n ， a n d t h e o p e n i n g o f t h e o v e n d i ff e r e n t i al s i z e d i r e c t l y r e l a t e d t o b e for e f u r n a c e o f e n v i r o n me n t al p o l l u t i o n a n d d e g r e e o f g a s r e c o v e r y q u al i t y ． I f t h e o v e n m i c ro d i ff e r e n t i al p r e s s u r e i s t o o m u c h a n d w i l l c a u s e fi r e o u t s i d e t a k e ， w o r s e n i n g b e f o r e f u r n a c e e n v i r o n me n t ， i f n e g a t i v e t o o mu c h ， a n d b r e a t h e a i r ,c a r b o n mo n o x i d e b u rni n g ，l o we r g a s c alo rifi c v a l u e ， t h e r e f o r e ，mu s t c o n t r o l o v e n d i f f e r e n t i al p r e s s u r e ，m a k e i t s s t a b i l i t y i n 0 2 0 P a s p e c i fi c p a r a me t e r s b e t w e e n c o mm i s s i o n i n g s u r e ，t o a c h i e v e t h i s a i m we mu s t a d o p t h y d r a u l i c s e r v o c o n t rol d e v i c e f o r t h e o v e n mi c ro d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e for a u t o ma t i c c o n t r o 1 ． Ke y W o r d s v e n t u r i ； s e r v o h y d r a u l i c s y s t e m； fl u e g a s p u ri fi c a t i o n 0 引言 转炉在吹炼过程中产生含 C O成分为主体 、 少量的 C O 2和其他微量成分的气体 ，其中还夹带着大量氧化 铁 、 金属颗粒和其他细小颗粒固体尘埃 ， 这股高温含尘 的气 流 ， 冲 出炉 口进 入 烟罩 和净 化 系统 。在炉 内的原生 气体称炉气 ； 冲出炉 口后称烟气。转炉烟气具有高温量 大、 含尘量多、 有毒性和爆炸性等特点 。炉气 中所含尘 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 ～ O 1 作者简 介 袁玲 1 9 8 1 一 ， 女 ， 本科 ， 工程 师 ， 主要从 事流体传 动与控制设 计。 -0 参 考 文 献 【 1 】 成大先． 机械设计手册【 M】 ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 8 ． 【 2 】 王春行． 液压伺服控制技术【 M】 ． 北京； 机械工业 出版社， 1 9 8 0 ． [ 3 】 王庆国， 苏东海． 二通插装 阀控制技术[ M】 ． 北京 机械工业 出版 社 ． 2 0 01 ． 【 4 ] 毛武荣． 二通插装阀 比例流量控制在步进加热炉上的应用[ J 】 ． 液压气动与密封 ． 1 9 9 7 1 ． 埃为烟尘 ， 烟气中含尘量 标态 8 0 ～ 1 2 0 g ／ m 。通常将粒 度在 5 ～ l O l m之 间的尘粒称灰尘 ； 由蒸气凝 聚 、 颗粒度 在 O ． 3 ～ 3 m之间的微粒 ， 呈固态的称为烟 ， 呈 液态的称 为雾 。 转炉烟气 除尘文氏管 的原理是 在喉 口处 以较高 的气速和水速形成较大的相对速度 ，与进人 的烟气进 行传质传热 ， 同时 ， 被喉 口高速气 流雾化的水滴群与气 流 中尘粒进 行撞击 ， 凝聚 ， 成为尘水混合 物 ， 再经脱水 器使汽水分离 。文氏管在构造方面分为两类 ， 一是喉口 部分无调节设备 ， 称为定径文 氏管 。另一类是喉口部分 装有调节设备 ， 称为调径文 氏管。在转炉烟气除尘系统 [ 5 】 胡诚 ， 彭国朋． 步进式加 热炉 电液 比例泵缸 系统仿 真与应用 『 J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 6 2 ． 【 6 】 张德 明． 比例液压系统在高速线 材加热炉步进梁控制 中的应 用[ J 1 ． 液压 气动与密封 ， 2 0 0 6 2 ． 【 7 】 许 多国． 步进 式加热炉液压系统原理的优化设 计分 析[ J 】 ． 液压 气动与密封 ． 2 0 0 6 4 ． 61