步进炉系统提速改进

王志强 席志博 侯瑛

摘  要：蓄能器是液压系统中的一种能量储蓄装置，他在适当的时机将系统中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当系统需要时，又将压缩能或者位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给系统，当系统的瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个系统压力正常。在大型轧钢企业生产过程中，由于液压系统的频繁快速的动作，系统压力波动较大，容易造成液压系统中的仪表及液压元件冲击损伤。

关键词：蓄能器;液压系统;压力冲击

前言

近代液压传动技术是由19 世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到20 世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，由于军事上的需要，出现了以电液伺服系统为代表的响应快、精度高的液压元件和控制系统，从而使液压技术得到了迅猛发展。20世纪50年代，随着世界各国经济的恢复和发展，生产过程自动化的不断增长，使液压技术很快转入民用工业，在机械制造、起重运输机械及各类施工机械、船舶、航空等领域得到了广泛的发展和应用。20世纪60年代以来，随着原子能、航空航天技术、微电子技术的发展，液压技术在更深、更广阔的领域得到了发展，在工程机械，数控加工中心，冶金自动线等国民经济的各个方面也都得到了应用。

1、步进炉简介及现状

1.1步进炉简介

步进式加热炉是能够实现钢管及管坯优质、高效、低耗加热的要求，以充分满足现代钢管生产机械化和自动化。步进式加热炉作为无缝钢管生产中最关键的设备。其加热质量对钢材组织、产品质量起着至关重要的作用。步进炉加热的特点是：坯料之间分开，有利于加热传导，这样加热速度快而且内外温度均匀。

步进式加热炉是热轧生产的关键设备之一。钢管公司步进炉液压站动力源采用A4VSO140液压泵四台，步进梁上升采用4个规格为φ160/φ100-800的液压缸，步进梁自重100余吨，带载重300余吨。采用液压传动，具有步进周期短，运动速度高等特点。在步进式加热炉的内部，钢坯的移动通过固定梁和载有钢坯的移动梁的移动来进行的。步进梁的移动轨迹为矩形。由升降机构的垂直运动和平移机构的水平运动组合而成，步进梁相对固定梁做上升、前进、下降、后退4个动作，如图1—1所示。这4个运动动作组成步进梁的一个动作周期，每完成一个周期，钢坯就从装料端向出料端前进一个定尺行程。

动梁上升或下降到与静梁持平的位置时，要求运动速度较慢，达到轻抬轻放钢坯，防止冲击对钢管表面造成缺陷。当上升到最高点时要减速，平移时运动要平稳，防止钢坯产生晃动，必须精确控制动梁驱动液压油缸的运动加速度和速度，如图1-2所示，项目中采用电液比例阀控制，实现无极在线速度调节。

1.2钢管公司步进炉生产现状

步进炉液压站动力源负责步进梁上升、下降、装料机和出料机等十二个液压缸动作，由于连接阀台设备输送管线长，在生产过程中步进梁液压缸一直重复着相同的动作，且控制步进梁上升的都是大规格液压缸，在步进梁上升时所需瞬时流量大，加之炉底重量较大，导致系统压力不稳定，系统压力从16Mpa降至9Mpa，甚至出现举升能力不足，短时停顿现象，压力冲击对液压站内液压泵及其他液压元件损害较大，随着生产节奏的加快，液压缸动作频繁，压力波动导致步进梁上升速度慢，影响现场生产节奏。

2、改进过程及说明

2.1改进措施

根据上述情况结合生产现场的实际情形，决定对步进炉液压系统从三个方面进行改进：1、在步进炉升降阀台处安装4台40升的蓄能器，充氮气压力12Mpa查表可知，40L蓄能器，充气压力12Mpa，工作压力15Mpa时容积31L，13Mpa时容积35L，每台蓄能器有效容积4L，四台蓄能器可增加瞬时流量16升，可以再稳定压力的同时增加流量;2、優化比例阀开口度，从原来上升时开口度最大值50%调整为32%，减少上升时比例阀通过的流量，进一步减弱液压冲击;3、将系统压力降至15Mpa，减少系统的液压冲击对液压元件造成的损害。

2.2相关计算

液压泵排量V=140ml/r;n=1500r/min;

理论流量q=vn=3.5L/s，4台泵同时工作可提供流量14L/s;

液压缸容积V=AH=8πD²/4=8πx1.6x1.6dm²/4=16L，则四个液压缸所需流量64L/s;

步进梁理论上升最大速度S=V/Q=4.6s。

2.3改进后效果

改进前，步进梁上升理论需要4.6s，但是生产过程中设备载重及其他原因影响，压力波动较大，步进炉实际上升速度为6-7s，每行走一个周期需耗时23秒.经过系列改进措施后，步进梁上升速度明显提升，上升速度达到4秒，且一个循环只需17秒，超过原设计最快值18秒还提高1秒，根据现场实际运行情况观察，有效的将系统压力波动控制在2MPa范围内。

2.4蓄能器的作用

（1）作辅助动力源

在间歇工作或实现周期性动作循环的液压系统中，蓄能器可以把液压泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时，由蓄能器释放出来。这样可以减少液压泵的额定流量，从而减小电机功率消耗，降低液压系统温升。

（2）系统保压或作紧急动力源

对于执行元件长时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒定。对某些系统要求当泵发生故障或停电时，执行元件应继续完成必要的动作时，需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。

（3）吸收系统脉动，缓和液压冲击;

蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击，如液压泵突然启动或停止，液压阀突然关闭或开启，液压缸突然运动或停止;也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的压力脉动，相当于油路中的平滑滤波（在泵的出口处并联一个反应灵敏而惯性小的蓄能器）。

与增加动力源液压泵相比，通过增加蓄能器实现稳定系统压力、缓和液压冲击并充当辅助动力源，是用最简洁成本最低的方法，有效的减少了液压管线的冲击，保护液压系统内液压阀、液压泵及其他液压元件的使用寿命，节约维修以及订购备件的费用，保证现场生产节奏的平稳有序进行，为企业降本增效做出贡献。