出口压力补偿器在比例系统中的应用

2016-03-13杨海龙

现代商贸工业 2016年12期

杨海龙

(南京钢铁联合有限公司第二炼钢厂设备科,江苏南京210000)

1 引言

目前钢铁行业面临着严峻的形势,要想战胜目前所面临的困难,炼钢厂就必须从品种钢入手。品种钢对设备的要求较高,而液压贯穿整个连铸设备,液压系统运行的好坏直接影响着钢坯质量。液压系统中的冷床系统对品种钢表面质量起着至关重要的作用。

连铸机冷床液压系统为比例阀＋出口压力补偿器叠加互补系统,比例方向阀是通过设定给定电流信号的大小来控制阀芯开启度的大小,因连铸机冷床铸坯数量为动态变化,重量也随之变化,执行元件液压缸的外负载大小也随之变化,对执行元件液压缸和系统管道的冲击较大。外负载的变化,会造成阀压降的变化从而影响阀口流量,造成执行元件液压缸是实际运动速度和设定速度偏离。最终液压缸运动速度变化,导致液压设备运动不稳定,冷床运行不稳定,铸坯运行过程中出现散坯、滑坯和钢坯变形。甚至还会影响到产品的质量。而能够稳定该系统的最核心的元件是出口压力补偿器对其比例阀的补偿。

2 主要工艺参数

流数:5流(流间距1300mm);

连铸机弧度半径:R＝8000 mm,多点矫直;

可浇注断面:150×150～180×260 mm2(方、矩坯);D200、D230(圆坯);

拉矫机速度:0.5～5.0 m/min;

铸坯定尺长度:3.0～12.0 m;

出坯方式:辊道输送——拉钢机平移—翻转冷床—出坯。

由以上工艺参数决定,冷床设计的垂直油缸型号为Φ200/140×660,行程S＝622,设计的最高流量为Q＝395.6L/min,平移油缸型号为 Φ140/100×371。设计的最高流量为Q＝135.4L/min。冷床液压系统设计油压为12MPa～15MPa。正常出坯时翻转冷床上有30～36根钢坯,且钢坯数量在此范围内不断变化,造成负载不断变化。

3 设备和阀控制

通过比例阀的流量和阀芯孔口面积、阀芯开启度、液压油的温度、密度、阀前后压差有直接关系;当选定比例阀型号后,比例阀的阀芯孔口面积则一定,当认为给定比例阀信号大小一定时,通过阀的流量阀芯开启度有关,只有外负载大小一定时,节流阀才能起到对流量控制作用。

从原理上讲,比例阀控制就是使给定的信号和阀芯开启度之间成线性关系,使液压缸的动作速度能随着给定信号值的大小改变而准确、快速的变化。但比例阀只是节流调速控制,它会随着负载大小的变化而发生变化,因冷床上钢坯数量不断变化,以及机械设备摩擦等原因,冷床的负载压力会随时改变,仅靠比例阀来控制流量实现负载的速度控制,在开路中式很难实现的,最终导致冷床设备运动不平稳。故连铸机冷床采用比例控制和出口压力补偿器配套使用实现闭环回路控制来控制速度。冷床和拉矫机等执行机构共用一套液压系统,冷床的运动不稳定产生的压力冲击可能会影响到拉矫等系统的压力稳定性,从而导致滑坯和钢坯变形。

4 出口压力补偿器的结构、原理和作用

出口压力补偿器采用对称的双锥阀结构,密封效果好,具有液控单向阀的功能,不用配置旁路单向阀就可实现液流在两个方向上的流动,特别适用于存在负载工况,且油液需要在两个方向流动的场合。

在冷床上能够使Δp值固定的元件就是出口压力补偿器,其结构如图1所示。

图1 出口压力补偿器结构图

该出口压力补偿器安装在连铸机冷床比例阀和执行机构中间,目的是保证比例换向阀流口到T或到T口的压差为一个常数,流量大小和油液方向由比例换向阀的设定电位器给定。

油液流向如下:油液由进入压力油,经插装阀通向负载,与此同时压力油进入流量稳定器。压力油会给阀芯的一端面受力,使之克服掉弹簧一端所受的负载给定压力,从而把卸荷阀芯打开,让油液通过,交换,从而使其中的负载压力与比例换向阀前通道中的压力一致,保证两端压差不变。

出口压力补偿器的具体工作原理如图2所示。

(1)高压泵出口的液压油经过比例换向阀后到达出口压力补偿器,进入出口压力补偿器后一是将左侧的阀芯打开,高压油穿过阀芯进入执行机构液压缸,二是进入出口压力补偿器右侧阀芯,构成B型半桥式流量稳定器。使进入C腔的流量为恒定值(与外负载的变化无关)。

图2 出口压力补偿器的工作原理

B型半桥的结构原理如下:如图3所示,该图为先导流量稳定器,构成B型半桥。高压油先经过阀芯前的小孔Ro,该孔直径一定,也就造成给高压油一个固定阻力,后部有一个径向小孔与阀芯后端构成B型半桥的可变液阻,不管进入主阀的液压油压力如何变化(只要高于最低调定压力),先导流量都能保持不变。

图3 先导流量稳定器

(2)进入阀腔内的高压油同时作用在先导流量稳定器阀芯的左端,推动该阀芯向右顶住控制阀芯,使其右移。一方面切断外负载给液压缸有杆腔造成的压力油到主阀芯右腔的通道,另一方面打开控制的阀口,实现控制腔卸压。由于比例阀的阀芯不会全部打开,故对有杆腔的高压油回流有一定的节流作用,该节流形成的背压用于平衡外负载。