出口壓力補(bǔ)償器在比例系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊海龍

(南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠設(shè)備科,江蘇 南京210000)

1 引言

目前鋼鐵行業(yè)面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì),要想戰(zhàn)勝目前所面臨的困難,煉鋼廠就必須從品種鋼入手。品種鋼對(duì)設(shè)備的要求較高,而液壓貫穿整個(gè)連鑄設(shè)備,液壓系統(tǒng)運(yùn)行的好壞直接影響著鋼坯質(zhì)量。液壓系統(tǒng)中的冷床系統(tǒng)對(duì)品種鋼表面質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

連鑄機(jī)冷床液壓系統(tǒng)為比例閥＋出口壓力補(bǔ)償器疊加互補(bǔ)系統(tǒng),比例方向閥是通過(guò)設(shè)定給定電流信號(hào)的大小來(lái)控制閥芯開(kāi)啟度的大小,因連鑄機(jī)冷床鑄坯數(shù)量為動(dòng)態(tài)變化,重量也隨之變化,執(zhí)行元件液壓缸的外負(fù)載大小也隨之變化,對(duì)執(zhí)行元件液壓缸和系統(tǒng)管道的沖擊較大。外負(fù)載的變化,會(huì)造成閥壓降的變化從而影響閥口流量,造成執(zhí)行元件液壓缸是實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度和設(shè)定速度偏離。最終液壓缸運(yùn)動(dòng)速度變化,導(dǎo)致液壓設(shè)備運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定,冷床運(yùn)行不穩(wěn)定,鑄坯運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)散坯、滑坯和鋼坯變形。甚至還會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。而能夠穩(wěn)定該系統(tǒng)的最核心的元件是出口壓力補(bǔ)償器對(duì)其比例閥的補(bǔ)償。

2 主要工藝參數(shù)

流數(shù):5流(流間距1300mm);

連鑄機(jī)弧度半徑:R＝8000 mm,多點(diǎn)矯直;

可澆注斷面:150×150～180×260 mm2(方、矩坯);D200、D230(圓坯);

拉矯機(jī)速度:0.5～5.0 m/min;

鑄坯定尺長(zhǎng)度:3.0～12.0 m;

出坯方式:輥道輸送——拉鋼機(jī)平移—翻轉(zhuǎn)冷床—出坯。

由以上工藝參數(shù)決定,冷床設(shè)計(jì)的垂直油缸型號(hào)為Φ200/140×660,行程S＝622,設(shè)計(jì)的最高流量為Q＝395.6L/min,平移油缸型號(hào)為 Φ140/100×371。設(shè)計(jì)的最高流量為Q＝135.4L/min。冷床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)油壓為12MPa～15MPa。正常出坯時(shí)翻轉(zhuǎn)冷床上有30～36根鋼坯,且鋼坯數(shù)量在此范圍內(nèi)不斷變化,造成負(fù)載不斷變化。

3 設(shè)備和閥控制

通過(guò)比例閥的流量和閥芯孔口面積、閥芯開(kāi)啟度、液壓油的溫度、密度、閥前后壓差有直接關(guān)系;當(dāng)選定比例閥型號(hào)后,比例閥的閥芯孔口面積則一定,當(dāng)認(rèn)為給定比例閥信號(hào)大小一定時(shí),通過(guò)閥的流量閥芯開(kāi)啟度有關(guān),只有外負(fù)載大小一定時(shí),節(jié)流閥才能起到對(duì)流量控制作用。

從原理上講,比例閥控制就是使給定的信號(hào)和閥芯開(kāi)啟度之間成線性關(guān)系,使液壓缸的動(dòng)作速度能隨著給定信號(hào)值的大小改變而準(zhǔn)確、快速的變化。但比例閥只是節(jié)流調(diào)速控制,它會(huì)隨著負(fù)載大小的變化而發(fā)生變化,因冷床上鋼坯數(shù)量不斷變化,以及機(jī)械設(shè)備摩擦等原因,冷床的負(fù)載壓力會(huì)隨時(shí)改變,僅靠比例閥來(lái)控制流量實(shí)現(xiàn)負(fù)載的速度控制,在開(kāi)路中式很難實(shí)現(xiàn)的,最終導(dǎo)致冷床設(shè)備運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)。故連鑄機(jī)冷床采用比例控制和出口壓力補(bǔ)償器配套使用實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回路控制來(lái)控制速度。冷床和拉矯機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)共用一套液壓系統(tǒng),冷床的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定產(chǎn)生的壓力沖擊可能會(huì)影響到拉矯等系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定性,從而導(dǎo)致滑坯和鋼坯變形。

4 出口壓力補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)、原理和作用

出口壓力補(bǔ)償器采用對(duì)稱(chēng)的雙錐閥結(jié)構(gòu),密封效果好,具有液控單向閥的功能,不用配置旁路單向閥就可實(shí)現(xiàn)液流在兩個(gè)方向上的流動(dòng),特別適用于存在負(fù)載工況,且油液需要在兩個(gè)方向流動(dòng)的場(chǎng)合。

在冷床上能夠使Δp值固定的元件就是出口壓力補(bǔ)償器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 出口壓力補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)圖

該出口壓力補(bǔ)償器安裝在連鑄機(jī)冷床比例閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)中間,目的是保證比例換向閥流口 到T或 到T口的壓差為一個(gè)常數(shù),流量大小和油液方向由比例換向閥的設(shè)定電位器給定。

油液流向如下:油液由 進(jìn)入壓力油,經(jīng)插裝閥通向負(fù)載,與此同時(shí)壓力油進(jìn)入流量穩(wěn)定器。壓力油會(huì)給閥芯的一端面受力,使之克服掉彈簧一端所受的負(fù)載給定壓力,從而把卸荷閥芯打開(kāi),讓油液通過(guò),交換,從而使其中的負(fù)載壓力與比例換向閥前通道中的壓力一致,保證兩端壓差不變。

出口壓力補(bǔ)償器的具體工作原理如圖2所示。

(1)高壓泵出口的液壓油經(jīng)過(guò)比例換向閥后到達(dá)出口壓力補(bǔ)償器,進(jìn)入出口壓力補(bǔ)償器后一是將左側(cè)的閥芯打開(kāi),高壓油穿過(guò)閥芯進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸,二是進(jìn)入出口壓力補(bǔ)償器右側(cè)閥芯,構(gòu)成B型半橋式流量穩(wěn)定器。使進(jìn)入C腔的流量為恒定值(與外負(fù)載的變化無(wú)關(guān))。

圖2 出口壓力補(bǔ)償器的工作原理

B型半橋的結(jié)構(gòu)原理如下:如圖3所示,該圖為先導(dǎo)流量穩(wěn)定器,構(gòu)成B型半橋。高壓油先經(jīng)過(guò)閥芯前的小孔R(shí)o,該孔直徑一定,也就造成給高壓油一個(gè)固定阻力,后部有一個(gè)徑向小孔 與閥芯后端構(gòu)成B型半橋的可變液阻,不管進(jìn)入主閥的液壓油壓力如何變化(只要高于最低調(diào)定壓力),先導(dǎo)流量都能保持不變。

圖3 先導(dǎo)流量穩(wěn)定器

(2)進(jìn)入閥腔內(nèi)的高壓油同時(shí)作用在先導(dǎo)流量穩(wěn)定器閥芯的左端,推動(dòng)該閥芯向右頂住控制閥芯,使其右移。一方面切斷外負(fù)載給液壓缸有桿腔造成的壓力油到主閥芯右腔的通道,另一方面打開(kāi)控制的閥口,實(shí)現(xiàn)控制腔卸壓。由于比例閥的閥芯不會(huì)全部打開(kāi),故對(duì)有桿腔的高壓油回流有一定的節(jié)流作用,該節(jié)流形成的背壓用于平衡外負(fù)載。

5 結(jié)論

隨著目前市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和性能要求的不斷提高,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。鋼鐵行業(yè)中比例閥＋出口壓力補(bǔ)償器技術(shù)的應(yīng)用越加廣泛,因此出口壓力補(bǔ)償器的作用也越來(lái)越顯著向。

[1]REXROTH有關(guān)樣本[Z].

[2]徐益民等.電液比例控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005,(10).

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1994,(8).