预精轧机保护罩改造由电动推杆改为液压系统控制

安晓晖

（北京首钢京唐钢铁联合责任有限公司钢轧筹备组，北京 100043）

预精轧机保护罩改造由电动推杆改为液压系统控制

安晓晖

（北京首钢京唐钢铁联合责任有限公司钢轧筹备组，北京 100043）

某钢厂通过相关技术对老旧设备进行改造，以节约费用，保证安全。

改造 液压系统 安全

1 预精轧机保护罩改造原因和目的

现二区域预精轧保护罩在使用中因两个极限位置不好控制，造成现场的电动推杆使用中损坏快（08年更换推杆100多台），同时在上升、下降过程中，保护罩自重大，倾翻力矩大，易造成电动推杆缸筒连接处损坏，连接件脱落，进而导致保护罩不受控制掉落。

因此，二区域预精轧保护罩系统进行改造主要涉及三个方面：一是利用液压系统代替电动推杆；二是对保护罩本体进行改造，减轻它的重量，提高结构件的强度；三是通过油缸行程控制，来达到最终控制极限位置及设备安全联锁的目的。

通过改造可以降低设备备件的消耗，提高设备在使用中的安全性，以更符合安全技术规范。

2 总体方案的确定

一个正确的设计改造应该是技术上先进，经济上合理，操作和维修方便，运用安全可靠等。预精轧机保护罩的液压系统改造首先要考虑人身安全。保护罩升起后，必须确保保护罩在它的极限位置正确。因此，经过多方面考虑，决定选用带有液压锁的油缸，型号HSGK01-100/55*800，行程800mm，使用行程795mm，且油缸本身带有自锁阀。控制保护罩的系统属于间歇性工作，当保护罩完全关闭后，便可停止泵工作。只有在保护罩升降过程中以及保护罩升到最高位置极限时，泵处于工作状态。所以，控制保护罩的液压系统采用开式系统，比较简单，且安装方便。

控制保护罩升降的速度也很重要。不能太快，否则不易控制保护罩，存在着安全隐患，要求控制速度在2～3m/s范围内。常用的调速回路有进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁路节流调速回路。因旁路节流调速适用于载荷变化小、对运动平稳性要求不高的高速大功率场合，所以保护罩对运动平稳性要求较高，这里不考虑旁路节流调速回路。

进口节流调速回路中，工作部件的运动速度随外载增减而忽慢忽快，难以得到准确的速度。而出口节流调速回路多用在功率不大但载荷变化较大、运动平稳性要求较高的液压系统中。

3 确定最终的系统图

综上所述，最终确定的系统原理图如图1所示。

保护罩升起回路：泵启动，此时图中电磁换向阀左边带电，油通过过滤器、电磁换向阀的左腔、液压锁、单向节流阀中单向阀进入油缸有杆腔，推动活塞移动，使活塞收缩，保护罩升起。回油路：油从无杆腔经过节流阀、液压锁、换向阀右腔返回油箱。

图1 1、2线预精轧机保护罩原理图

保护罩降落回路：泵启动，此时图中电磁换向阀右边带电，油通过过滤器、电磁换向阀的右腔、液压锁、单向节流阀中单向阀进入油缸无杆腔，推动活塞移动，使活塞伸长，保护罩降落。回油路：油从有杆腔经过节流阀、液压锁、换向阀左腔返回油箱。

4 油箱的计算和选择

4.1 油箱容量的确定

油箱的容积包括总容积V和有效容积V0。有效容积是指液压系统正常工作时油箱内储存的油液最大容积。查《液压气动技术手册》，一般推荐油箱的有效容积V0=(2~7)∑qVp。其中，∑qVp

为液压系统各执行元件同时工作的液压泵的流量总和；等式右边的系数，系统为低压或为行走机械时取小值；系统为高压或为固定设备时取大值，现取系数为5。于是，V0=5×46.7=233.5L（其中，46.7L/min为泵输出流量）。

在油箱的有效容积V0确定后，取油箱的总容积ν=1.25ν0。油箱的这一高度差是为了保证液压系统停止工作时，系统的部分油液在自重作用下能返回油箱而不会溢出。所以，有V=1.25×233.5=291.875L。

根据《液压传动系统及设计》P381取油箱公称容量为300L，有效容积为250L。

4.2 液压系统的发热计算和冷却器的选择

4.2 .1 液压系统的发热计算

（1）系统的发热功率液压泵的功率损失H1：H1=P(1-η)=15×(1-0.9)=1.5kW其中，P为带动齿轮泵的电机驱动功率15kW，η为齿轮泵的总效率，取90%。

（2）阀的功率损失H2

其中，以泵的全部流量流经溢流阀返回油箱时，功率损失为最大。

H2=pq=0.4×106×46.7×10-3/60=0.31kW

其中，p为溢流阀的压力损失，查手册《机械零件设计手册》，得溢流阀的局部压力损失为0.4MPa；q为泵的输出流量为46.7L/min。

（3）管路及其他功率损失

此项功率损失包括很多复杂因素，由于其值较小且管路散热的关系，计算时常予以忽略。

因此，系统总的功率损失H=ΣHi=H1+H2=1.5+0.31=1.81kW。

4.2 .2 验算温升

油箱的散热面积为As=2ac+2bc+ab=2.3m3。这里，a为油箱的长，取值890mm；b为油箱的宽，取值700mm；c为油箱的高，取值530mm。

系统的热量全部由As散发时，在平衡状态下油液达到的温度为：

式中：θR为环境温度，取值20℃；Ks为散热系数，有Ks=17.5×10-3kW/(m2×℃)。

根据现场工作条件及工作方式（为间歇工作，每天工作6～9次，每次10～15min），不需装设冷却器。夏天要考虑液压站的散热通风，以保持给油箱良好的通风换热空间。

另一方面，生产任务紧时，一天大部分时间用在生产上，检修和换辊的时间较少。此时，保护罩处于关闭状态。若此时泵停止工作，整个系统便没有功率损失，也不会产生热量。只有在保护罩的升降过程中泵站才工作，且时间短。这时，系统产生的热量通过油箱本身便能散热，不影响系统性能。

5 液压系统管路压力损失的计算

由前面的原理图可知，该系统较为简单、回路少，且液压站离1、2线预精轧保护罩油缸的距离不远，沿程压力损失小。液压油从泵站上的阀台出来后，中间没有经过任何阀直接到达油缸附带的节流阀和液压锁，流向油缸，且中间弯头较少，所以局部损失不大。上面所述选用的液压泵为齿轮泵，额定压力20MPa，系统压力为12MPa，齿轮泵完全满足系统的压力和损失的压力。

仓促施工调试后尚存在一些问题，如保护罩的倾斜角度、保护罩的上升下降速度、保护罩的控制操作习惯等。目前正在跟进改进，满足现场要求，以最终达到改造的效果。

初步计算，预计改造完将节省备件及修复费用30万～40万，极大提高设备的安全性。

[1]张利平.液压传动系统及设计[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]成大先.机械设计手册[M].4版.北京：化学工业出版，2002.

[3]路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

The Reform of Protective Cover of Pre-finishing Rolling Mill is Changed from Electric Push Rod to Hydraulic System Control

AN Xiaohui
(Steel Rolling Preparation Group, Beijing Shougang Jingtang Iron and Steel Joint Co Ltd, Beijing 100043)

A steel plant through the technological transformation of the old equipment to transform, save costs and ensure safety.

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