步进式加热炉液压系统设计==

步进式加热炉液压系统设计

摘要：结合步进梁的运动工况，分析了步进梁式加热炉液压系统的工作原理及其缺陷，并对原液压系统进行了优化设计，优化后的液压系统不但能满足系统的工况要求，还大幅提高了系统的可靠性和稳定性。

关键字：步进梁；加热炉；液压系统；优化设计

中图分类号：TH137.3

The Optimization Design of Hydraulic System about Walking Beam

Heating Furnace

ZHANG An-long，JIE Le-biao，WANG Fei-peng, YANG Wen-yan, LI Sheng-zhou

(International Economic and Trading Corporation, WISCO，

Wuhan,430081,China)

Abstract: Combined with the working condition of walking beam, the principle of work and the defects of hydraulic system about walking beam heating furnace were analyzed, and then the hydraulic system was optimized, which could meet the challenge the system asked not only, but also improve the reliability and the stability of the system.

Keywords: walking beam; heating furnace; hydraulic system; optimization design

1 概述

现代化的钢坯加热炉不断向大型化、高度自动化的方向发展，在低耗能、环

保等方面也提出了更高的要求。某钢厂热轧线步进式加热炉建于上世纪70年代，驱动方式为液压传动，至今该液压系统已经运行30多年，部分液压元件已淘汰，控制技术落后，控制精度低，已不能适应国家节能减排及当前该厂产能需求，急需对原液压系统进行改造和优化。

2 步进梁式加热炉原液压系统原理及其缺陷

2.1步进梁加热炉工况分析

为了钢坯的轻托轻放，步进梁周期动作为：步进梁上升（给定信号 加速→定速→中间减速→中间定速→中间加速→定速→减速→停止）→步进梁前进（给定信号→一次加速→二次加速→定速→一次减速→二次减速→停止）→步进梁下降（给定信号→加速→定速→中间减速→中间定速→中间加速→定速→减速→停止）→步进梁后退（给定信号→一次加速→二次加速→定速→一次减速→二次减速→停止）[1]。步进梁运动轨迹与速度图如图1所示，运动周期为45秒。

43mm/s

43mm/s

502l/min 1338l/min 502l/min 1338l/min 251l/min 670l/min

图1 步进梁周期运动轨迹与速度图

2.2 步进梁加热炉原液压系统原理

步进梁式加热炉液压原理简图如图2，该液压系统泵站采用了三台油压平衡型双联定量叶片泵泵供油，主泵最高工作压力17.5 MPa ，在压力为15MPa ，转速为960r/min 时，H 泵流量为157 L/min ，S 泵流量为94 L/min ，总流量为251L/min 。三台主泵不停机工作，通过AD 阀（加、减速阀）进行调节流量，

即通过逐渐地使部分供油泵卸荷或加载来实现调速。

图2 改造前液压原理简图

在正常工作时，AD阀只用两个工作位（阀2.1用的是中位和右位），切换AD阀的工作位，则可实现步进梁的加速或减速。单向节流阀3.1用于调定中位和右位切换的速度或者时间，即步进梁加速或减速的时间。通过调节进入或流出液压缸的流量来调节步进梁的速度，步进梁定速阶段的流量有753 L/min、408 L/min、502 L/min、251 L/min四种，流量通过H泵和S泵组合实现。

步进梁周期轨迹的变速是通过液压元件无触点位置极限开关，时间继电器和γ射线配合AD阀的动作来实现的。即通由无触点位置极限开关及时间继电器给指令，逐渐切断部分供油回路来实现。

提升液压缸和移动液压缸的工作原理如图3。提升液压缸下降采用差动系统，当步进梁下降时，提升液压缸活塞杆侧的压力油经液控单向阀51直接补入液压缸的另一侧，从而减少泵的供油量。步进梁的自重用油压平衡阀52来平衡，调定压力值为15MPa。定比控制溢流阀53预调压力为15MPa，其有3个作用：步进梁下降时，当压力过高时溢流；如果平衡阀52损坏，53可起安全作用；当步进梁上升时，溢流阀53打开，使提升液压缸工作腔充分卸荷。如果遇到停电情况，当步进梁尚处于升起状态，可以手动打开截止阀76.1，使步进梁靠自重回到下限位置。在移动液压缸液压系统部分设有制动阀62，其调定压力为

15MPa，作为安全阀使用。顺序阀65和66起背压的作用，以便减少移动液压

缸在启动、制动时的冲击[2]。

图3 提升液压缸和移动液压缸工作回路

2.3 原液压系统缺陷

从原理设计上来看，该设计虽然能完成系统工作要求，并且已运行多年，但是仍然存在以下缺陷：

1）系统无备用主泵，三台主泵不停机工作，加速了主泵的磨损，造成系统压力波动，故障频繁，一旦主泵发生故障，就要停机检修，严重影响生产进度。

2）该系统属于旁路节流调速，即采用特殊结构的AD阀、极限开关和时间继电器进行控制，控制方式落后，定位精度低。

3）原系统中提升液压缸下降时，为了减少泵的供油量，采用了差动回路。在差动回路中，由于采用的是非对称缸，主系统需要补油、溢流回路[3]。一方面，当液压缸活塞杆运动方向发生变化时，两腔的压力会产生突变导致系统不稳；另一方面，当外负载变化范围过大时，液压缸会产生气蚀和压力超过油源压力的情况，溢流量大，能耗大。

4）原系统控制阀均采用AC110V电磁铁，容易因阀芯卡死引起电磁铁烧坏，从而导致停机。

3 步进梁式加热炉液压系统优化设计