差動(dòng)回路在冷床設(shè)備上的應(yīng)用

沈國林，岳雨龍

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠，安徽馬鞍山243000；2.馬鋼集團(tuán)設(shè)備檢修公司，安徽馬鞍山243000）

差動(dòng)回路在冷床設(shè)備上的應(yīng)用

沈國林1，岳雨龍2

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠，安徽馬鞍山243000；2.馬鋼集團(tuán)設(shè)備檢修公司，安徽馬鞍山243000）

針對系統(tǒng)供油能力和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)需求之間的矛盾，通過對普通回路和差動(dòng)回路的優(yōu)缺點(diǎn)比較，提出了利用差動(dòng)回路快速的特點(diǎn)，解決了系統(tǒng)供油能力不足的問題，確保了生產(chǎn)工藝要求。

液壓泵組；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；差動(dòng)；生產(chǎn)工藝

1 前言

中板生產(chǎn)線由于鋼板厚度較厚，軋制后的鋼板溫度較高，不可立即修剪，因此需要利用冷床這個(gè)設(shè)備用以自然冷卻鋼板，鋼板由輥道到冷床，需要一個(gè)上床機(jī)構(gòu)。馬鋼中板廠原有冷床上床系統(tǒng)為拉鋼式，通過鋼絲繩和推頭將鋼板拉上冷床進(jìn)行冷卻，但是由于鋼絲繩頻繁斷，恢復(fù)困難，而且噪音很大，節(jié)奏慢，成了生產(chǎn)線上的一個(gè)瓶頸。為此決定對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。現(xiàn)有機(jī)械式拉鋼機(jī)工作周期為32 s；抬升機(jī)構(gòu)液壓缸B兩臺（160/90×650 mm），工作行程550 mm，工作周期24 s?，F(xiàn)液壓站相關(guān)設(shè)備參數(shù)：3臺主泵，單泵流量Q泵=2.65 L/s。工作時(shí)，開2備1。根據(jù)工藝要求：保留現(xiàn)有抬升機(jī)構(gòu)，該機(jī)械式拉鋼機(jī)機(jī)構(gòu)為液壓式推鋼機(jī)機(jī)構(gòu)，工作周期均為24 s。根據(jù)機(jī)械測算及強(qiáng)度校核，需新增2臺液壓缸A（110/80×2660 mm）?？紤]到資金和改造時(shí)間等問題，該廠要求盡可能利用原液壓系統(tǒng)，那么就需要對原液壓系統(tǒng)能力與拓展后的系統(tǒng)需求進(jìn)行校核。

2 液壓系統(tǒng)能力校核

2.1 對采用常規(guī)回路進(jìn)行校核

2.1.1 對現(xiàn)有抬升機(jī)構(gòu)液壓缸B的計(jì)算

單缸推進(jìn)需要的液壓油V1＝截面積×行程＝80×80×3.14×550＝11.05 L，雙缸推進(jìn)2V1＝22.1 L。

單缸回程需要的液壓油V2＝（80×80-45× 45）×3.14×550＝7.56 L，雙缸回程油量2V2＝15.12 L。

2.1.2 對液壓缸A的計(jì)算

單缸推進(jìn)需要的液壓油為V3＝截面積×行程＝55×55×3.14×2600＝24.69 L，雙缸一起推進(jìn)需要的流量2V3＝49.38 L

單缸回程需要的液壓油V4＝（55×55-40× 40）×3.14×2600＝11.62 L，雙缸一起回程需要的流量2 V4＝23.26 L

2.1.3 現(xiàn)有液壓系統(tǒng)能力的計(jì)算

單泵供油能力2.65 L/s，雙泵（即系統(tǒng)）供油能力5.3 L/s，系統(tǒng)在規(guī)定周期（24 s）內(nèi)供油能力為Q系=5.3×24=127.2 L。

2.1.4 現(xiàn)有液壓系統(tǒng)能力與改造后液壓缸需求的匹配校核

四個(gè)液壓缸完成一個(gè)周期需要的油量Q機(jī)＝（2V1+2V2+2V3+2V4）×1.3（泄漏系數(shù)通常取1.1到1.3，這里取最大）＝142.8 L

結(jié)論：由此可見，Q系是遠(yuǎn)小于Q機(jī)的，如采用常規(guī)回路，現(xiàn)有液壓系統(tǒng)供油能力上是不能完全滿足改造后系統(tǒng)需要的。也就是說如果依舊采取常規(guī)回路，現(xiàn)有液壓系統(tǒng)勢必要改造，即完全新制液壓系統(tǒng)，增加油箱容量、提高泵的排量，這樣的話整個(gè)改造費(fèi)用是比較大的，而且工期也是很緊的。那么是否有一種方案使現(xiàn)有液壓系統(tǒng)能滿足改造要求，而且也不需要大幅度的改造呢？我們提出了差動(dòng)這個(gè)液壓回路，差動(dòng)回路（如圖1）的主要特點(diǎn)是：

當(dāng)a側(cè)電磁閥得電后，系統(tǒng)壓力油由P口進(jìn)入液壓缸A腔，推動(dòng)液壓缸前進(jìn)，這時(shí)B腔的液壓油回到B′口，經(jīng)過閥塊又回到了A′口（而普通的回路的話，這個(gè)時(shí)候B腔的液壓油回到換向閥B′，經(jīng)過閥塊到回油管T，再回到油箱），這樣的回路等于增加系統(tǒng)流量，大大提高了液壓缸移動(dòng)速度。當(dāng)B側(cè)電磁閥得電時(shí)，是一個(gè)普通的回路流程，這里就不再具體描述了，A腔的液壓油直接經(jīng)過閥塊、回油管T回到油箱。我們能看出在差動(dòng)回路中，液壓缸在前進(jìn)的過程中，液壓系統(tǒng)自身實(shí)際排量是沒有增加的，但液壓缸移動(dòng)速度得到提升。當(dāng)然有得就有失，速度增加了，但是由于A、B腔相連，壓力一樣，驅(qū)動(dòng)液壓缸前進(jìn)的壓力則有一定提升，根據(jù)壓力測算，最大的鋼板4 t，兩個(gè)液壓缸同時(shí)工作，約需要3000 kPa壓力，在采用差動(dòng)系統(tǒng)后，約需要5700 kPa的壓力，原系統(tǒng)為恒壓變量泵，泵額定壓力為25000 kPa，因此從系統(tǒng)壓力上來說是完全能滿足需求的。那么差動(dòng)原理能否應(yīng)用在這里，以最大化利用原有液壓系統(tǒng)呢？下面就針對采用差動(dòng)回路的情況下，原有液壓系統(tǒng)能否滿足系統(tǒng)改造要求進(jìn)行校核。

圖1 差動(dòng)液壓回路示意圖

2.2 對采用差動(dòng)回路系統(tǒng)的校核

（1）對液壓缸B（原有的）的工況是一樣的，一切數(shù)據(jù)如上。

（2）對新增液壓缸A的計(jì)算：

單缸推進(jìn)需要的為V5＝40×40×3.14×2600＝13.06 L，雙缸一起推進(jìn)需要的流量：2V5＝26.12 L

單缸回程需要的流量V6＝（55×55-40×40）×3.14×2600＝11.62 L，雙缸一起回程需要的流量：2V6＝23.26 L

（3）現(xiàn)有液壓系統(tǒng)能力的計(jì)算，數(shù)據(jù)如上。

（4）現(xiàn)有液壓系統(tǒng)能力與改造后液壓缸需求的匹配校核。

四個(gè)液壓缸完成一個(gè)周期需要的油量：Q機(jī)＝（2V1+2V2+2V5+2V6）×1.3(泄漏系數(shù)取最大)＝114 L

由此可見，Q系是大于Q機(jī)的，原有液壓系統(tǒng)一個(gè)周期內(nèi)供油能力上是滿足改造需要的，但在秒流量上到底能否滿足需要，是否需要增加儲能式的蓄能器呢？因?yàn)橛行┫到y(tǒng)雖然在一個(gè)周期范圍內(nèi)能滿足需要，但在系統(tǒng)最大流量輸出的時(shí)候，可能就無法滿足要求，從而影響系統(tǒng)在此階段時(shí)候的速度。下面就針對秒流量進(jìn)行校核。

2.3 系統(tǒng)秒流量校核

由前面可以知道：

液壓缸B前進(jìn)需要油量22.1 L，回程需要油量15.12 L，工作周期24 s，按照前進(jìn)和回程均分時(shí)間計(jì)算，液壓缸B工作周期內(nèi)最大流量QB為22.1/12=1.84 L/s。

液壓缸A前進(jìn)需要油量26.12 L，回程需要油量23.26 L，工作周期24 s，按照前進(jìn)和回程均分時(shí)間計(jì)算，液壓缸A在工作周期內(nèi)最大流量QA為26.12/12=2.18 L/s。

系統(tǒng)供油能力為5.3 L/s，是大于（QA+QB）× 1.3=5.22 L/s的，可見從系統(tǒng)秒流量上也是滿足系統(tǒng)需要的。

流量周期平衡圖（如圖2），圖中整個(gè)框形區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)一個(gè)周期內(nèi)的供油能力，網(wǎng)格區(qū)域液壓缸B在一個(gè)周期內(nèi)需要的液壓油量，斜線區(qū)域?yàn)橐簤焊譇在一個(gè)周期內(nèi)需要的液壓油量，由圖2可以知道原有液壓系統(tǒng)在24 s周期內(nèi)是能夠滿足改造后液壓缸速度要求的。

3 總結(jié)

此次改造中，根據(jù)工藝提出的工作周期，在現(xiàn)有的系統(tǒng)下，普通回路是無法滿足工況要求的，最初打算通過增加泵或提高泵流量以及減小液壓缸的尺寸等角度來考慮，減小液壓缸尺寸雖然可以讓液壓缸速度滿足工藝要求，但較小的液壓缸在長行程中活塞桿和缸體強(qiáng)度是一個(gè)較難解決的問題，其他方案基本都由于實(shí)施難度大，成本也非常高，而且系統(tǒng)空間布置上也有一定限制，所以都不適合本次改造；本文通過對差動(dòng)回路的應(yīng)用，對改造的液壓原理進(jìn)行了調(diào)整：由普通回路改為差動(dòng)回路，滿足了設(shè)備對液壓系統(tǒng)的需求，大大降低了改造成本和實(shí)施難度，圓滿完成了設(shè)備改造，大幅度提高了生產(chǎn)節(jié)奏。

圖2 采取差動(dòng)回路后液壓系統(tǒng)流量周期平衡圖

[1]雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.

圖6 氣水比變化對出塔水溫的影響

5 結(jié)論

通過采用焓差法對逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔對各種環(huán)境和運(yùn)行參數(shù)對出塔水溫的影響研究表明：大氣壓力對冷卻塔出塔水溫的影響很小，干球溫度、濕球溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量以及冷卻水量與出塔水溫均成正相關(guān)關(guān)系，而氣水比增加，出塔水溫將降低，這些結(jié)論可為冷卻塔隨工況變化調(diào)整運(yùn)行方式提供依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]金亞彪.鋼鐵企業(yè)循環(huán)冷卻水處理站總體設(shè)計(jì)[J].環(huán)境工程，2009（27）：187-190，254.

[2]陳應(yīng)新.大型機(jī)械通風(fēng)冷卻塔電動(dòng)風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造[J].工業(yè)水處理，2009（1）：77-79.

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[4]唐燕忠.機(jī)械通風(fēng)逆流冷卻塔節(jié)能降耗設(shè)計(jì)實(shí)例[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2006（1）：44-47.

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收稿日期：2015-05-06

作者簡介：唐永東（1975-），男，2000年畢業(yè)于蘭州大學(xué)流體機(jī)械及流體工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究工作。本課題研究得到上海市科委科研計(jì)劃項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號：13dz1201700）。

Application of Differential Circuit in Cooling Bed Equipment

SHEN Guolin1，YUE Yulong2
(1.The No.1 Steelmaking&Rolling Works of Masteel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China;2.the E－quipment Maintenance Co.of Masteel Group,Maanshan,Anhui 243000,China)

Regarding the contradiction between oil supply capacity of the system and the speed of the actuator,through analytical comparison of the ordinary circuit and differential circuit it was put forward to take advantage of the fast characteristic of differential circuit to solve the problem of insufficient supply capacity of the system,which ensured production demand after implementation.

hydraulic pump group;actuator;differential circuit;production process

TG335.5

B

1006-6764(2015)08-0075-03

2015-05-12

2015-06-05

沈國林（1979-），男，2002年畢業(yè)于西南科技大學(xué)機(jī)械專業(yè)，本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)主要從事液壓潤滑專業(yè)技術(shù)工作。