差动回路在冷床设备上的应用

沈国林，岳雨龙

（1.马鞍山钢铁股份有限公司第一钢轧总厂，安徽马鞍山243000；2.马钢集团设备检修公司，安徽马鞍山243000）

差动回路在冷床设备上的应用

沈国林1，岳雨龙2

（1.马鞍山钢铁股份有限公司第一钢轧总厂，安徽马鞍山243000；2.马钢集团设备检修公司，安徽马鞍山243000）

针对系统供油能力和执行机构运动需求之间的矛盾，通过对普通回路和差动回路的优缺点比较，提出了利用差动回路快速的特点，解决了系统供油能力不足的问题，确保了生产工艺要求。

液压泵组；执行机构；差动；生产工艺

1 前言

中板生产线由于钢板厚度较厚，轧制后的钢板温度较高，不可立即修剪，因此需要利用冷床这个设备用以自然冷却钢板，钢板由辊道到冷床，需要一个上床机构。马钢中板厂原有冷床上床系统为拉钢式，通过钢丝绳和推头将钢板拉上冷床进行冷却，但是由于钢丝绳频繁断，恢复困难，而且噪音很大，节奏慢，成了生产线上的一个瓶颈。为此决定对设备进行改进。现有机械式拉钢机工作周期为32 s；抬升机构液压缸B两台（160/90×650 mm），工作行程550 mm，工作周期24 s。现液压站相关设备参数：3台主泵，单泵流量Q泵=2.65 L/s。工作时，开2备1。根据工艺要求：保留现有抬升机构，该机械式拉钢机机构为液压式推钢机机构，工作周期均为24 s。根据机械测算及强度校核，需新增2台液压缸A（110/80×2660 mm）。考虑到资金和改造时间等问题，该厂要求尽可能利用原液压系统，那么就需要对原液压系统能力与拓展后的系统需求进行校核。

2 液压系统能力校核

2.1 对采用常规回路进行校核

2.1.1 对现有抬升机构液压缸B的计算

单缸推进需要的液压油V1＝截面积×行程＝80×80×3.14×550＝11.05 L，双缸推进2V1＝22.1 L。

单缸回程需要的液压油V2＝（80×80-45× 45）×3.14×550＝7.56 L，双缸回程油量2V2＝15.12 L。

2.1.2 对液压缸A的计算

单缸推进需要的液压油为V3＝截面积×行程＝55×55×3.14×2600＝24.69 L，双缸一起推进需要的流量2V3＝49.38 L

单缸回程需要的液压油V4＝（55×55-40× 40）×3.14×2600＝11.62 L，双缸一起回程需要的流量2 V4＝23.26 L

2.1.3 现有液压系统能力的计算

单泵供油能力2.65 L/s，双泵（即系统）供油能力5.3 L/s，系统在规定周期（24 s）内供油能力为Q系=5.3×24=127.2 L。

2.1.4 现有液压系统能力与改造后液压缸需求的匹配校核

四个液压缸完成一个周期需要的油量Q机＝（2V1+2V2+2V3+2V4）×1.3（泄漏系数通常取1.1到1.3，这里取最大）＝142.8 L

结论：由此可见，Q系是远小于Q机的，如采用常规回路，现有液压系统供油能力上是不能完全满足改造后系统需要的。也就是说如果依旧采取常规回路，现有液压系统势必要改造，即完全新制液压系统，增加油箱容量、提高泵的排量，这样的话整个改造费用是比较大的，而且工期也是很紧的。那么是否有一种方案使现有液压系统能满足改造要求，而且也不需要大幅度的改造呢？我们提出了差动这个液压回路，差动回路（如图1）的主要特点是：

当a侧电磁阀得电后，系统压力油由P口进入液压缸A腔，推动液压缸前进，这时B腔的液压油回到B′口，经过阀块又回到了A′口（而普通的回路的话，这个时候B腔的液压油回到换向阀B′，经过阀块到回油管T，再回到油箱），这样的回路等于增加系统流量，大大提高了液压缸移动速度。当B侧电磁阀得电时，是一个普通的回路流程，这里就不再具体描述了，A腔的液压油直接经过阀块、回油管T回到油箱。我们能看出在差动回路中，液压缸在前进的过程中，液压系统自身实际排量是没有增加的，但液压缸移动速度得到提升。当然有得就有失，速度增加了，但是由于A、B腔相连，压力一样，驱动液压缸前进的压力则有一定提升，根据压力测算，最大的钢板4 t，两个液压缸同时工作，约需要3000 kPa压力，在采用差动系统后，约需要5700 kPa的压力，原系统为恒压变量泵，泵额定压力为25000 kPa，因此从系统压力上来说是完全能满足需求的。那么差动原理能否应用在这里，以最大化利用原有液压系统呢？下面就针对采用差动回路的情况下，原有液压系统能否满足系统改造要求进行校核。

图1 差动液压回路示意图

2.2 对采用差动回路系统的校核

（1）对液压缸B（原有的）的工况是一样的，一切数据如上。

（2）对新增液压缸A的计算：

单缸推进需要的为V5＝40×40×3.14×2600＝13.06 L，双缸一起推进需要的流量：2V5＝26.12 L

单缸回程需要的流量V6＝（55×55-40×40）×3.14×2600＝11.62 L，双缸一起回程需要的流量：2V6＝23.26 L

（3）现有液压系统能力的计算，数据如上。

（4）现有液压系统能力与改造后液压缸需求的匹配校核。

四个液压缸完成一个周期需要的油量：Q机＝（2V1+2V2+2V5+2V6）×1.3(泄漏系数取最大)＝114 L

由此可见，Q系是大于Q机的，原有液压系统一个周期内供油能力上是满足改造需要的，但在秒流量上到底能否满足需要，是否需要增加储能式的蓄能器呢？因为有些系统虽然在一个周期范围内能满足需要，但在系统最大流量输出的时候，可能就无法满足要求，从而影响系统在此阶段时候的速度。下面就针对秒流量进行校核。

2.3 系统秒流量校核

由前面可以知道：

液压缸B前进需要油量22.1 L，回程需要油量15.12 L，工作周期24 s，按照前进和回程均分时间计算，液压缸B工作周期内最大流量QB为22.1/12=1.84 L/s。

液压缸A前进需要油量26.12 L，回程需要油量23.26 L，工作周期24 s，按照前进和回程均分时间计算，液压缸A在工作周期内最大流量QA为26.12/12=2.18 L/s。

系统供油能力为5.3 L/s，是大于（QA+QB）× 1.3=5.22 L/s的，可见从系统秒流量上也是满足系统需要的。

流量周期平衡图（如图2），图中整个框形区域为系统一个周期内的供油能力，网格区域液压缸B在一个周期内需要的液压油量，斜线区域为液压缸A在一个周期内需要的液压油量，由图2可以知道原有液压系统在24 s周期内是能够满足改造后液压缸速度要求的。

3 总结

此次改造中，根据工艺提出的工作周期，在现有的系统下，普通回路是无法满足工况要求的，最初打算通过增加泵或提高泵流量以及减小液压缸的尺寸等角度来考虑，减小液压缸尺寸虽然可以让液压缸速度满足工艺要求，但较小的液压缸在长行程中活塞杆和缸体强度是一个较难解决的问题，其他方案基本都由于实施难度大，成本也非常高，而且系统空间布置上也有一定限制，所以都不适合本次改造；本文通过对差动回路的应用，对改造的液压原理进行了调整：由普通回路改为差动回路，满足了设备对液压系统的需求，大大降低了改造成本和实施难度，圆满完成了设备改造，大幅度提高了生产节奏。

图2 采取差动回路后液压系统流量周期平衡图

[1]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，1998.

图6 气水比变化对出塔水温的影响

5 结论

通过采用焓差法对逆流式机械通风冷却塔对各种环境和运行参数对出塔水温的影响研究表明：大气压力对冷却塔出塔水温的影响很小，干球温度、湿球温度、风机风量以及冷却水量与出塔水温均成正相关关系，而气水比增加，出塔水温将降低，这些结论可为冷却塔随工况变化调整运行方式提供依据。

[参考文献]

[1]金亚彪.钢铁企业循环冷却水处理站总体设计[J].环境工程，2009（27）：187-190，254.

[2]陈应新.大型机械通风冷却塔电动风机的节能改造[J].工业水处理，2009（1）：77-79.

[3]胡连江.逆流机力通风冷却塔工艺性能的研究[D].天津大学博士学位论文，2008.

[4]唐燕忠.机械通风逆流冷却塔节能降耗设计实例[J].硫磷设计与粉体工程，2006（1）：44-47.

[5]韩玲.冷却塔设计参数与节水、节能的关系[J].工业用水与废水，2008（2）：1-4.

收稿日期：2015-05-06

作者简介：唐永东（1975-），男，2000年毕业于兰州大学流体机械及流体工程专业，工程师，现从事节能环保技术研究工作。本课题研究得到上海市科委科研计划项目经费资助（项目编号：13dz1201700）。

Application of Differential Circuit in Cooling Bed Equipment

SHEN Guolin1，YUE Yulong2
(1.The No.1 Steelmaking&Rolling Works of Masteel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China;2.the E－quipment Maintenance Co.of Masteel Group,Maanshan,Anhui 243000,China)

Regarding the contradiction between oil supply capacity of the system and the speed of the actuator,through analytical comparison of the ordinary circuit and differential circuit it was put forward to take advantage of the fast characteristic of differential circuit to solve the problem of insufficient supply capacity of the system,which ensured production demand after implementation.

hydraulic pump group;actuator;differential circuit;production process

TG335.5

B

1006-6764(2015)08-0075-03

2015-05-12

2015-06-05

沈国林（1979-），男，2002年毕业于西南科技大学机械专业，本科学历，助理工程师，现主要从事液压润滑专业技术工作。