液压比例技术在钢管步进梁式再加热炉的应用

文章编号:1004-9762(1999)01-0025-04液压比例技术在钢管步进梁式再加热炉的应用李建国1,　方桂花2(1.包头钢铁设计院,内蒙古包头　014010;2.包头钢铁学院机械工程系,内蒙古包头　014010)关键词:再加热炉;液压技术;设计中图分类号:T H137 文献标识码:A摘　要:对钢管步进梁式再加热炉运动速度采用比例方向阀控制,可实现控制步进机械的运动速度和方向,获得最优控制.介绍了采用比例方向阀再加热炉液压系统的设计要点、控制方式和使用效果,分析了比例技术的应用特点.Application of hydraulic proportionaltechnology in the reheating furnaceLI Jian-guo1,FANG Gui-hua2(1.Bao to u Eng ineer ing and Research Co rper atio n of Ir on and Steel Industr y,Baot ou014010,China; 2.Depar tment o f M e-chanical Engineer ing,U IST Bao tou,Bao tou014010,China)Key words:reheating furnace;hy dr aulic;designingAbstract:It is possible to use pr o po rtional directio nal v alve to adjust speed a nd direction of r eheating fur nace and the optimal contr ol can be obtained.T he desig n m ain po ints,contr ols pa tter and applicatio n results o f hy dr aulic sy stem of r ehea ting fur-na ce using pr opo rtional dir ect ional v alve are pr esented and the applicatio n character istic of pro po rt ional techno lo gy is anal-ysed. 随着轧钢工业自动化程度的不断提高,步进式再加热炉的应用越来越广泛.步进式再加热炉具有加热周期短,温度均匀等优点〔1〕,是钢管加热的理想选择.本文结合某钢管厂 100热轧机组步进梁式再加热炉液压系统,阐述了液压比例技术的应用.荒管再加热炉为连轧机与定径机或张力减径机之间的中间环节〔2〕.在加热过程中,荒管边步进边旋转,在动梁与定梁上停留的时间相同,以避免烧出黑印而轧出螺旋线.由于荒管壁薄且长,高温时刚度和强度都很低,且已接近成品,因此,炉底机械必须保证连续生产,安全可靠,对荒管“轻托轻放”,没有跑偏,没有冲击,采用液压比例技术可以很好地保证上述工况的实现.1　工艺要求〔1〕(1)动作状态.根据生产工艺要求,步进机械动作状态应为3种.A.自动工作制,动作循环连续进行.B.半自动工作制,动作完成一个循环即停止.C.手动工作制,各项动作手动操作.(2)步进梁动作时应平稳,不应对荒管产生冲击.(3)钢管在动梁与定梁上停留的时间须相等.1999年3月第18卷第1期包头钢铁学院学报M arch,1999 Jour nal o f Bao tou U niv ersit y o f Iro n and Steel T echnolog y Vo l.18,No.1收稿日期:1998-12-16作者简介:李建国(1960-),男,内蒙古包头人,包头钢铁设计院工程师.2　分析与设计为了实现上述要求,我们设计了步进机械速度曲线(图1).升降接触荒管时,采取中间减速,以低速接触荒管,实现“轻托轻放”.平移运动只利用比例控制实现停位准确无冲击.图1　炉底机械运动速度曲线图Fig .1　Moving speed curve of the furnace bottom 注:1.黑点表示接近开关发讯位;2.该图表示正循环;3. 为二种运动速度间的间隙时间;4. 1为原始零位. 荒管在动梁和定梁上的时间分别为:t dyn =t u ,t + 2+t j + 3+t d,k =t ,t s =t d,t + 4+t t + 1+t u ,k =t ,t dyn =t s =t ,式中,t j ,t t 为步进梁前进、后退所需的时间;t u,k ,t u,t 为动梁上升时空载及托钢运行时间;t d,k ,t d,t 为动梁下降时空载及托钢运行时间,则钢管步进一个周期的总时间为t ste =t u,k +t u,t +t d,k +t d,t +t j +t t +1+ 2+ 3+ 4=2t .实现设计曲线,多数采用机电液一体化元件〔3〕来实现调速,即把微弱的电信号转变为机械量,然后将机械量转变为相应的液压信号并经放大输出为与电信号成比例的液压功率.它们具有控制精度高、响应速度快、体积小、重量轻、能发出连续控制信号等优点〔4〕.80年代国内新上炉子基本上全采用了比例流量阀调速系统控制机构运动速度,这种回路使系统复杂,维护不便.为此我们在设计中根据用户实际情况,采用了比例调速的方法,即采用比例方向阀〔5〕既控制输出流量,又控制方向,从而控制动作速度.这种方法经济节能,响应速度快,维护方便.下面以升降速度曲线(图2)为例加以说明.图2　升降速度曲线Fig .2　Lift and fall speed curve图2中,v 1,v 2,v 3为各段匀速运动的速度;a 1,a 2为加减速度;t 1,t 2为升降时第一次加速、匀速运动的时间;t 3,t 4为升降时第一次减速、第二次匀速运动的时间;t 5,t 6,t 7为升降时第二次加速、第三次匀速、第二次减速运动的时间;S 1,S 2为升降时第一次加速、匀速运动的位移;S 3,S 4为升降时第一次减速、第二次匀速运动的位移;S 5,S 6,S 7为升降时第二次加速、第三次匀速、第二次减速运动的位移.(1)t u =t 1+t 2+t 3+t 4+t 5+t 6+t 7;(2)S 1=12a 1t 21, S 2=a 1t 1t 2,S 3=a 1t 1t 3-12a 2t 23,S 4=(a 1t 1-a 2t 3)t 4,S 5=(a 1t 1-a 2t 3)t 5+12a 1t 25,S 6=(a 1t 1-a 2t 3+a 1t 5)t 6,S 7=12a 2t 27;(3)a 1t 1+a 1t 5-a 2t 3-a 2t 7=0,即:a 1(t 1+t 5)=a 2(t 3+t 7);(4)S 1+S 2+S 3≤S 0,上升:S 0=S hsin,下降:S 0=S bsin;(5)S 1+S 2+S 3+S 4≥S 0;(6)t 1+t 5<t 3+t 7,使a 1>a 2;(7)t u,k =t 1+t 2+t 3+S 0-S 1-S 2-S 3a 1t 1-a 2t 3,t u,t =t u -t u,k ;(8)t d,k =t 1+t 226包头钢铁学院学报1999年3月　第18卷第1期t d,t =t d -t d,k ,式中,S h ,S b 为动梁在定梁上、下的位移;S 0为升降时托起或放下钢管的位移; 为升降斜轨倾角;t u ,t d 为步进梁上升、下降所需要的时间.以上即为计算依据.升降运动段:根据执行元件油缸的缸径及行程计算出最大流量与最小流量对应的电流占最大电流的比例,二者之差即是比例阀流量调节范围.计算结果必须使该范围处于比例阀流量曲线的线性段,否则说明比例阀造型有误,应重新选择,而且调节范围大使得调试方便,应用灵活.同理,可计算并选取平移运动的比例方向阀.3　液压系统说明3.1　原理液压系统原理如图3.图3　液压系统原理图Fig .3　Principle diagram of hydraulic system 系统工作压力:12M Pa.系统工作介质:YB -N 46矿物油.介质过滤精度:10 m.主泵:恒压变量泵3台(1台备用).循环泵:螺杆泵2台(1台备用).3.2　系统说明该液压系统设有油压监视、液位监控、油温监控,并设有三级防振减振措施来减少振动和压力脉动引起的噪音〔6〕.系统还设置了一个皮囊式蓄能器来消除系统压力脉动,并加快比例阀的响应速度.3.3　系统特点(1)设置了独立的循环冷却过滤回路,该回路除对工作介质进行循环冷却过滤外,还可完成向油箱加油和从油箱排油的功能.(2)设置了必要的备用回路,确保轧管生产的连续性.当使用中的元器件出现故障时,可立即切换到备用元器件上,以确保连续生产.(3)设置了压力油精过滤回路,主要是为了保证比例阀入口的清洁度.(4)设置了必要的检查、检修措施,给调试生产带来方便.(5)设置了必要的安全措施,确保步进机械和液压系统的安全.27李建国等:液压比例技术在钢管步进梁式再加热炉的应用4　结束语某钢管厂 100热轧车间步进梁式再加热炉经过3个月的安装、调试和试生产,就已顺利进行正常生产,缩短了安装和调试的时间,其中液压系统一周即调试成功,得到了用户的一致好评.液压比例技术在钢管步进梁式再加热炉中的应用已有2年多的时间,经历了多种规格钢管的加工,效果极佳,控制精度、响应速度大大提高,系统运行可靠,调整灵活方便,完全避免了尖峰压力,延长了步进机械和液压元件的使用寿命.液压比例控制技术的特点在步进梁式再加热炉的应用中得到充分体现.我们认为,液压比例技术不仅在再加热炉、冶金工业中,而且将在所有工业部门发挥作用,取得更大效益.〔参考文献〕〔1〕　何用梅.现代连续加热炉〔M〕.北京:冶金工业出版社,1981.〔2〕　王北明,等.国外连轧钢管〔M〕.北京:冶金工业出版社,1978.〔3〕　刘思澜,陈雨洪.现代比例液压阀电控技术综述〔J〕.机床与液压,1993,(1):39-44.〔4〕　吴根茂,邱敏锈,王庆丰,等.实用电液比例技术〔M〕.杭州:浙江大学出版社,1993.〔5〕　吴晓明,高殿荣,韩晓娟.电液比例方向阀的选择和实用回路〔J〕.液压与气动,1993,(6):19-21.〔6〕　李鸣,李俊,苏国桢.电液比例控制技术在钢管水压实验机上的应用〔J〕.机床与液压,1996,(6):11-12.信息窗我院又一项科研成果被列入国家重点推广计划1998年末,我院科研成果之一“热风炉冷风分配器”被科技部列为“九五”国家科技成果重点推广计划,至此,我院已有3项科研成果先后被列入国家重点推广计划。