熱軋機大行程液壓壓下液壓系統(tǒng)設(shè)計

張瑞虹

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

?

熱軋機大行程液壓壓下液壓系統(tǒng)設(shè)計

張瑞虹

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

文章通過對某大行程液壓壓下熱軋機工況進行分析，從節(jié)約設(shè)備制造和運行成本的角度，介紹了一種適合該類型熱軋機的液壓系統(tǒng)設(shè)計方案、主設(shè)計參數(shù)的確定方法以及工作原理。

液壓壓下；熱軋機；液壓系統(tǒng)

近年來，很多上世紀留下來的老舊電動壓下的熱軋機要求升級換代成全液壓壓下，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，能繼續(xù)在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。因熱軋機開口很大，如采用全液壓壓下，壓下缸行程就會很大，與通常采用電動壓下加液壓墊微調(diào)的熱軋機在液壓系統(tǒng)設(shè)計上有很大區(qū)別。本文以某鋁熱軋機的壓下改造為例討論針對大行程液壓壓下熱軋機的液壓系統(tǒng)設(shè)計。

1 工況分析

某熱軋機改造后壓下缸行程300mm，壓下缸直徑Φ500/Φ250mm，要求壓下缸快速擺輥縫及返回速度為12mm/s，壓下調(diào)節(jié)速度為2mm/s，速度相差6倍，見圖1。

圖1 改造后某熱軋機壓下結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic illustration of improved screwdown of hot rolling mill

液壓系統(tǒng)設(shè)計時如按壓下缸最大速度所需流量選擇主供油泵，泵的排量將會很大，且壓下缸最大軋制壓力高達25MPa，主供油泵的驅(qū)動電機功率也將非常大。而在整個軋制過程中壓下調(diào)節(jié)占大部分時間，快速擺輥縫及壓下缸返回只占很少時間，因而造成能源浪費和液壓系統(tǒng)造價上升。

基于以上考慮，該熱軋機壓下液壓系統(tǒng)設(shè)計時充分分析了熱軋機壓下缸的工況特點，制定了圖2所示的設(shè)計方案并進行參數(shù)設(shè)計。

圖2 熱軋機壓下液壓系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic illustration of hydraulic system of hot rolling mill

熱軋機壓下缸快速擺輥縫時只需克服壓下缸背壓及平衡缸過平衡力，壓下缸負載很小，而壓下缸在快速返回時僅需克服回油阻力，負載更小。高壓工況只存在于壓下調(diào)節(jié)階段。因此將熱軋機工況劃分為兩個階段，即快速擺輥縫和快速返回時的低壓大流量階段與壓下調(diào)節(jié)時的高壓小流量階段。

2 方案制定

如圖2所示的液壓系統(tǒng)設(shè)計方案，熱軋機壓下調(diào)節(jié)時由高壓泵供油，快速擺輥縫及快速返回時由高壓泵和兼做循環(huán)冷卻過濾泵的低壓泵同時供油。壓下缸背壓由主油路減壓后提供，并設(shè)有超壓溢流保護。背壓采用兩級壓力控制，壓下時采用小背壓減少軋制力損失，快速返回時采用大背壓保證返回速度。軋輥平衡也由主油路減壓后提供，平衡供油路設(shè)單向閥和蓄能器，壓下缸快速提升導(dǎo)致油源壓力降低時由蓄能器為平衡缸輔助供油，防止軋輥與壓下缸脫開。每個壓下缸使用兩個伺服閥控制，壓下調(diào)節(jié)時由小流量伺服閥控制，快速擺輥縫及快速返回時由小流量伺服閥與大流量伺服閥同時控制，這樣既保證了壓下調(diào)節(jié)的精度和響應(yīng)要求又滿足了擺輥縫及返回時的快速要求。

3 參數(shù)確定

3.1 確定高壓泵流量，選擇高壓泵及驅(qū)動電機

根據(jù)以上計算結(jié)果，考慮泄露和容積效率等因素選定高壓泵排量，高壓泵通常采用恒壓變量柱塞泵。由泵排量、預(yù)選電機轉(zhuǎn)速和最大軋制壓力計算高壓泵驅(qū)動功率。

3.2 確定低壓泵流量，選擇低壓泵及驅(qū)動電機

根據(jù)以上計算結(jié)果，考慮泄露和容積效率等因素選定低壓泵排量，低壓泵通常采用定量葉片泵，由泵排量、預(yù)選電機轉(zhuǎn)速和低壓系統(tǒng)壓力計算低壓泵驅(qū)動功率。低壓系統(tǒng)壓力既要滿足壓下缸擺輥縫時活塞腔壓力能夠克服背壓(活塞桿腔壓力)和軋輥平衡缸的過平衡壓力，又要滿足壓下缸快速返回時大背壓的要求。

3.3 確定軋輥平衡回路蓄能器總?cè)莘e

在壓下缸快速提升時油源壓力將會顯著降低，無法再向軋輥平衡缸供油，平衡缸完全由蓄能器補油，此時平衡缸速度與壓下缸快速提升速度至少相同。由平衡缸最大行程和平衡缸直徑可計算出蓄能器補油容積，蓄能器總?cè)莘e為：

本系統(tǒng)中蓄能器作為補充油源，可取P0=P1，通常P1= (0.6～0.85)P2，其中P2即為高壓系統(tǒng)壓力，V0為選定蓄能器規(guī)格的公稱容積。為提高蓄能器響應(yīng)速度，可采用多臺小容量蓄能器組成蓄能器組，單臺蓄能器容積即為V0/n(n為蓄能器個數(shù))。

通過以上計算可以確定該液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)。

4 系統(tǒng)工作原理簡要描述

熱軋機軋制過程中，為防止壓下調(diào)節(jié)時小流量伺服閥受到大流量伺服閥的影響，從而增加控制難度，在大流量伺服閥的進油口和工作油口設(shè)計了電磁球閥YV5、YV6和YV8、YV9，軋制調(diào)節(jié)時將其關(guān)閉。電磁溢流閥YV1控制高壓泵的空載啟停，電磁溢流閥YV2控制低壓泵在熱軋機快速擺輥縫及快速返回時自動由循環(huán)過濾狀態(tài)切換為輔助供油狀態(tài)，與高壓泵一起實現(xiàn)向壓下缸的大流量供油。電磁溢流閥YV7和電磁溢流閥YV10分別控制傳動側(cè)和操作側(cè)壓下缸的自動卸油和超壓溢流保護。電磁換向閥YV3控制軋輥平衡缸的平衡與撤除。電磁換向閥YV11控制背壓油路減壓閥及溢流閥的外泄油口直接接通回油或經(jīng)過溢流閥回油，從而實現(xiàn)大小背壓的自動切換。

5 結(jié)論

通過對該熱軋機壓下工況的詳細分析，制定的熱軋機液壓系統(tǒng)設(shè)計方案及參數(shù)選擇不但滿足了控制要求、保證了控制精度，且在節(jié)約了設(shè)備制造成本的同時降低了軋機的運行成本，對該類型熱軋機的液壓系統(tǒng)設(shè)計具有參考意義。

Design of Hydraulic System in Long Stroke Screwdown of Hot Rolling Mill

ZHANG Ruihong

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

Based on the analysis of working conditions of some hot rolling mill in hydraulic long stroke screwdown, the paper presented targeted design solution, design parameter determination and working principle of the hydraulic system taking into account of lowering manufacturing and operating costs.

hydraulic screwdown; hot rolling mill; hydraulic system

2015-03-16

張瑞虹(1976-)，男，高級工程師，主要從事有色金屬加工設(shè)備流體方面的設(shè)計工作。

TG333.7

B

1671-6795(2015)06-0056-03