步進式加熱爐液壓系統(tǒng)分析

【摘要】現(xiàn)代化的鋼坯加熱爐不斷向大型化、高度自動化的方向發(fā)展，在耗能、環(huán)保、加熱質(zhì)量等方面也提出了更高的要求。步進式加熱爐以其靈活的加熱方式、加熱質(zhì)量好，爐長不受限制、操作方便、易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，被愈來愈多新建的軋鋼加熱爐采用。

【關(guān)鍵詞】步進式加熱爐； 液壓系統(tǒng)

現(xiàn)代化的鋼坯加熱爐不斷向大型化、高度自動化的方向發(fā)展，在耗能、環(huán)保、加熱質(zhì)量等方面也提出了更高的要求。步進式加熱爐以其靈活的加熱方式、加熱質(zhì)量好，爐長不受限制、操作方便、易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，被愈來愈多新建的軋鋼加熱爐采用。

步進式加熱爐步進機構(gòu)通常按矩形軌跡運動，一個運動周期由4個動作組成：（1）活動梁上升，托起料坯；（2）活動梁及料坯按設(shè)定好的步距前進一定距離；（3）活動梁下降，將料坯放在固定梁上；（4）活動梁水平移動退回起始位置。

根據(jù)軋鋼生產(chǎn)工藝，要求加熱爐步進梁具有以下特點：1、步進動作周期要控制在一定的范圍內(nèi)并且速度周期均為可調(diào)。2、步進梁升降過程中要能實現(xiàn)對被加熱料坯的輕托輕放，滿足活動梁啟停均勻、變速流暢等要求。3、加熱爐整爐鋼坯重可達500噸，要求步進梁要有足夠的載重。4、活動梁在運動過程中負載變化極大，恒壓液壓系統(tǒng)負載對速度勢必會產(chǎn)生影響，必須采取有效措施避免步進梁的運行速度出現(xiàn)波動。5、加熱爐對板坯的加熱，要求由先進的自動化程序進行控制。

液壓傳動因其體積小、負荷大、易于實現(xiàn)機電一體化控制等優(yōu)勢，在步進式加熱爐中有廣泛的應(yīng)用。本文以河北省滄州中鐵裝備制造材料有限公司1250線步進式加熱爐為例，對步進式加熱爐液壓系統(tǒng)運行特征進行分析，以利于處理分析設(shè)備故障。

步進梁周期動作為：步進梁上升（給定信號→低速上升→加速→定速→中間減速→中間定速→中間加速→定速→減速→停止）→步進梁前進（給定信號→低速前進→一次加速→二次加速→定速→一次減速→二次減速→停止）→步進梁下降（給定信號→慢速下降→加速→定速→中間減速→中間定速→中間加速→定速→減速→停止）→步進梁后退（給定信號→低速后退→一次加速→二次加速→定速→一次減速→二次減速→停止）。

原理圖如上圖所示：

步進梁的升降運動：步進梁的上升和下降是通過二支并聯(lián)液壓缸驅(qū)動的，液壓缸推動帶上下輪組的提升框架沿斜軌道上升和下降，使水平框架及步進梁隨之作垂直升降運動，在此過程中，水平缸被鎖定。升降行程200mm。步進梁的水平運動：步進梁的水平運動是通過一支液壓缸驅(qū)動的，它直接作用在水平框架上，使水平框架及步進梁在提升框架上層滾輪上作平移運動，在此過程中，升降液壓缸被鎖定。進退行程為600mm。其中提升與平移各有一條油缸帶有線性位移傳感器，用于檢測位移的距離。

如圖分析運動順序：

控制信號，經(jīng)比例放大器驅(qū)動比例閥的動作。

1、步進機構(gòu)進退：進退控制閥組主要由電液比例換向閥和輔助閥件組成，控制平移液壓缸驅(qū)動步進機構(gòu)進退的準確運行，并可抑制高壓沖擊和漂移。PLC按控制曲線輸出模擬量控制信號，經(jīng)比例放大器驅(qū)動比例閥的動作。系統(tǒng)采用了三位四通的換向閥進行控制，步進梁升降時液壓鎖處于鎖定狀態(tài)。動作時比例閥給出信號、打開液壓鎖，液壓缸內(nèi)活塞一側(cè)壓力上升，轉(zhuǎn)化成動能驅(qū)動活動梁移動。負載增大時，反映到液壓缸活塞高壓側(cè)壓力上升，壓力補償器通過高壓側(cè)先導(dǎo)閥控制比例換向閥P口壓力，對壓力進行補償以穩(wěn)定運行速度。使速度的控制只與比例方向閥的開口有關(guān)，而與負載的變化無關(guān)，實現(xiàn)加熱爐運行平穩(wěn)、速度穩(wěn)定的效果。

2、在升降的過程中，由于是三通式進口P壓力補償器控制系統(tǒng)壓力，實現(xiàn)了負載與壓力相適應(yīng)控制。原理與平移相同，唯一不同的是為了設(shè)備安全，防止突發(fā)事件導(dǎo)致液壓停止時活動梁掉落，增加了FD型平衡閥。因升降缸負載遠遠大于平移缸，所以升降缸采用大液壓缸，所需液壓流量較大，單向閥采用插裝式開關(guān)閥，以實現(xiàn)平移時升降缸的鎖定。系統(tǒng)平滑的啟動和制動是靠電氣控制來實現(xiàn)的，系統(tǒng)是靠特定的輸入信號對整個運動過程加以控制，當輸入信號的變化曲線給定后，平臺的運動曲線也隨之確定，而與負載的變化無關(guān)。

該套系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題及處理方法：1、出現(xiàn)出鋼跑偏現(xiàn)象及鋼結(jié)構(gòu)脫焊變形、裂口、移位等情況。2、出現(xiàn)油缸沖頂現(xiàn)象表現(xiàn)為比例換向閥給信號后仍維持原動作直到液壓缸到達機械限位。3、升降啟動階段震動異響現(xiàn)象。4、步進梁到位后自動下滑現(xiàn)象。

分析原因：

1、問題1主要是因為爐底機械升降液壓缸不同步造成升降框架在升降過程中產(chǎn)生橫向位移，兩條縱梁在運行過程中升降定心導(dǎo)板受固定臺升降定心導(dǎo)板側(cè)向作用力，使靠近升降框架定心導(dǎo)板部位的縱梁長期受較大的橫向力矩，造成該部位的縱梁橫斷面多處裂紋。原因主要有以下兩方面a油缸的密封損壞，油缸內(nèi)泄外部泄漏；b油缸的支座松動或支撐軸承損壞；解決對策：1）定期的檢查油缸的泄漏情況，定期更換油缸，確保密封性能；2）使用摩擦性能優(yōu)良的密封結(jié)構(gòu)和密封材料；3）保證各關(guān)節(jié)點潤滑良好，保持較小的間隙；4）長期跟蹤框架運行狀態(tài)，定期比較位移傳感器運行軌跡的變化。

2、問題2主要原因為閥芯卡阻，造成比例換向閥換向不靈活。主要現(xiàn)象為得電總不換向或是偶爾不換向，手動換向正常。造成閥芯卡阻的原因主要有以下兩個方面：a液壓油清潔度低，固體顆粒含量大，造成液壓閥閥芯卡住，換向不靈活。b安裝閥門時閥門緊固螺栓安裝力度不均勻，造成液壓閥殼體產(chǎn)生彈性甚至是塑性變形，閥套與閥芯配合精確度降低，導(dǎo)致閥芯動作不靈活?？梢圆鸪姶盆F后，進行閥芯試動作，檢查閥芯是否靈活，檢查液壓閥緊固螺栓受力是否均勻。同時加強對油品的監(jiān)測，視結(jié)果對油品進行過濾或者換油清理油箱。

3、在步進式加熱爐使用一段時間后升降啟動階段震動異響。有兩個原因造成：a液壓缸有一個內(nèi)斜，造成爐底框架傾斜，與固定導(dǎo)板卡住，造成下降時有阻力產(chǎn)生震動或異響。b平衡閥泄露，造成管路內(nèi)背壓無法保住，缸體內(nèi)無桿腔與管路壓差過大，在液壓缸與主管路液壓油接通的一瞬間產(chǎn)生泄油震動現(xiàn)象。判斷方法：液壓缸靜止時檢查缸內(nèi)無桿腔壓力與上升時的壓力是否相近、兩個缸是否全部保壓，再檢查液壓缸單向閥至平衡閥之間管路壓力與液壓缸無桿腔壓力是否相近。如果液壓缸有一個不能長時間保壓則為液壓缸故障，需更換新缸。如管路內(nèi)壓力遠低于液壓缸無桿腔壓力，則需拆開檢查平衡閥是否正常。

4、液壓缸上升或下降到位后產(chǎn)生下滑現(xiàn)象。原因判斷：a溢流閥不保壓、內(nèi)泄原因。b插裝閥不保壓內(nèi)泄。C缸體上卸荷球閥內(nèi)泄。d液壓缸內(nèi)泄。以上原因需逐個排除。液壓缸停止后關(guān)閉液壓缸無桿腔管路球閥，檢查是否下滑，如不再繼續(xù)下滑則插裝閥故障。如繼續(xù)下滑則在關(guān)閉有桿腔球閥，檢查壓力。如壓力上升則液壓缸或卸荷球閥內(nèi)泄，如不上升即可判斷液壓缸閥塊溢流閥故障。因卸荷球閥與液壓缸桿側(cè)腔側(cè)相通，不具備單獨判斷方法。所以只能更換球閥進行驗證。

該系統(tǒng)缺點：因步進梁載重較大，所以兩個升降液壓缸缸徑均達320mm，上升時所需液壓油供給量達770L/min。液壓站內(nèi)啟動3臺泵只能達到620L/min，液壓缸啟動時勢必造成站內(nèi)流量供應(yīng)不足，表現(xiàn)為壓力波動達8MPa。因流量波動過大造成恒壓變量泵變量動作過于頻繁，液壓泵使用壽命短；液壓站主管路壓力沖擊過大，接頭彎頭處漏油事故頻發(fā)。到目前為止，為了滿足步進梁上升提供的油量，降低壓力波動必須啟動4臺液壓泵才能達到要求。無形中造成大量能源浪費。技術(shù)改造路徑有兩條，其一更換液壓泵的型號，盡可能選型至啟動三臺泵達到流量要求，其二增加蓄能器組，一個上升周期10秒補充油量25L。

結(jié)束語

雖然步進式加熱爐較推鋼式加熱爐控制方式先進，板坯加熱質(zhì)量優(yōu)秀，爐體檢修方便，但是步進式加熱爐維護檢修專業(yè)性強，需要長期的實踐摸索與經(jīng)驗積累，方可保證設(shè)備的正常運行。