試樣剪液壓系統(tǒng)節(jié)能改造實(shí)踐

曹少華，宋程文，劉近軍

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司寬厚板事業(yè)部，山東 濟(jì)南271104）

1 前言

萊鋼4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線試樣剪設(shè)備主要功能是將試樣鋼板剪切成所需長(zhǎng)度的樣板后送往物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣板性能測(cè)試。整個(gè)樣板剪切流程全部由液壓系統(tǒng)控制設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作完成。試樣剪液壓站系統(tǒng)是按照所有液壓缸驅(qū)動(dòng)設(shè)備動(dòng)作所需的最大流量、最大壓力設(shè)計(jì)。液壓站共4臺(tái)主泵，3用1備，每臺(tái)泵的電機(jī)功率為160 kW。通過(guò)對(duì)試樣剪整個(gè)設(shè)備動(dòng)作及液壓系統(tǒng)分析，如果能夠?qū)χ骷羟懈滓簤嚎刂葡到y(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能降耗。

2 液壓系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

試樣剪設(shè)備中所需壓力和流量最大的為主剪切缸動(dòng)作。主剪切缸在下行剪切過(guò)程中，所需最大流量為1 206 L/min，壓腳下行動(dòng)作流量為442 L/min，其余動(dòng)作所需流量均在200 L/min以下。液壓站每臺(tái)主泵的額定流量為260 L/min，3臺(tái)主泵共可提供720 L/min的流量。系統(tǒng)配有12個(gè)50 L的蓄能器，可最多提供600 L/min的流量。目前，在試樣剪設(shè)備作業(yè)過(guò)程中，必須3臺(tái)主泵同時(shí)運(yùn)行才能保證設(shè)備正常運(yùn)行。曾嘗試使用2臺(tái)或1臺(tái)主泵運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)液壓運(yùn)行節(jié)能，但均對(duì)主剪切缸動(dòng)作的速度和壓力造成較大影響，作業(yè)效率很低。而其他設(shè)備動(dòng)作均未受影響。

剪切試樣板的上剪刃安裝在主剪切缸活塞桿的下端，根據(jù)主剪切缸剪切工作原理分析，整個(gè)剪切過(guò)程中，上剪刃在接觸剪切鋼板前，主剪切缸為大流量低壓快速下降動(dòng)作。當(dāng)上剪刃接觸鋼板進(jìn)行剪切時(shí)，主剪切缸為低流量高壓加載剪切動(dòng)作。所以，可以從系統(tǒng)中引入1臺(tái)低壓高流量螺桿泵，專門(mén)用來(lái)給主剪切缸提供足夠的流量，保證其實(shí)現(xiàn)低壓快速下降動(dòng)作。這樣只使用1臺(tái)主泵就能滿足所有設(shè)備正常動(dòng)作需要，從而達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中單獨(dú)引入1臺(tái)低壓高流量螺桿泵以滿足主剪切缸下降動(dòng)作所需壓力和流量，其他設(shè)備動(dòng)作只需啟動(dòng)1臺(tái)主泵即可滿足作業(yè)要求。

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

主剪切缸在下行剪切過(guò)程中，設(shè)計(jì)的最快速度為3 s，此時(shí)所需流量最大（1 206 L/min）。實(shí)際剪切作業(yè)過(guò)程中主缸下行剪切時(shí)間為5 s，所需流量為723 L/min。液壓站每臺(tái)主泵的額定流量260 L/min，如要實(shí)現(xiàn)只保留1臺(tái)主泵運(yùn)行，除主剪切缸動(dòng)作所需流量不能滿足外，其他設(shè)備動(dòng)作均可滿足。只啟動(dòng)1臺(tái)主泵的情況下，能夠滿足主剪切缸同效率低壓高速下降動(dòng)作，理論上還需至少單獨(dú)為主剪切缸下降動(dòng)作提供463 L/min的流量。

考慮主泵不能一直處于額定排量工作，在液壓站系統(tǒng)中引入1臺(tái)額定流量≮500 L/min的螺桿泵，通1組低壓控制閥組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主剪切缸動(dòng)作補(bǔ)充足夠的流量［1］。

3.2 具體改造方案

根據(jù)所需流量，選用額定流量為600 L/min，額定工作壓力3 MPa，電機(jī)額定功率為37 kW的螺桿泵（如圖1所示）。

將液壓站原4#主泵及電機(jī)拆卸下來(lái)，把新增的螺桿泵及電機(jī)安裝在4#主泵位置。螺桿泵吸油、回油及泄油口與原4#主泵吸油、回油、泄油口分別相連。將原4#主泵的供油口封堵。在主缸頂部進(jìn)油口處加設(shè)插裝單向閥安裝過(guò)渡塊，過(guò)渡塊上有兩個(gè)油路，一路為單向閥進(jìn)油口，一路為原主缸供油油口。新增螺桿泵的供油口通過(guò)管路連接至主剪切缸頂部過(guò)渡塊單向閥進(jìn)油路油口［2］。螺桿泵輸出管路上均安裝開(kāi)關(guān)球閥及單向閥。安裝過(guò)濾器以保證系統(tǒng)油液清潔度。安裝溢流閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)。液壓系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖1 螺桿泵示意圖

圖2 改造后主剪切缸動(dòng)作液壓系統(tǒng)

整個(gè)新增螺桿泵控制系統(tǒng)主要元件包括：1套功率37 kW、額定流量600 L/min的螺桿泵電機(jī)組，過(guò)濾器、帶電磁換向的壓力控制溢流閥組、管路連接閥門(mén)、插裝式單向閥、插裝閥及管路安裝過(guò)渡閥塊、電氣控制元件、壓力檢測(cè)元件等。

3.3 系統(tǒng)工作原理

新增螺桿泵系統(tǒng)的工作原理為：將螺桿泵系統(tǒng)中的電磁換向閥換向控制命令與主剪切缸下降動(dòng)作電磁換向閥換向控制命令從自動(dòng)程序上設(shè)定為同步執(zhí)行。在主剪切缸不執(zhí)行下降剪切動(dòng)作時(shí)，低壓控制閥組中的電磁換向閥處于原始位，系統(tǒng)處于溢流狀態(tài)，油液直接通過(guò)溢流回油管路回到油箱。當(dāng)控制主剪切缸下降動(dòng)作電磁換向閥接收命令換向并執(zhí)行下降剪切動(dòng)作時(shí)，螺桿泵系統(tǒng)中的電磁換向閥同步接收換向命令，溢流回油管路切斷，油液從螺桿泵供油管路通過(guò)主缸頂部單向閥進(jìn)入到缸體上腔實(shí)現(xiàn)大流量補(bǔ)油，保證主剪切缸正常速度動(dòng)作所需流量。具體流程如圖3所示。

圖3 新增螺桿泵系統(tǒng)工作原理

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)對(duì)試樣剪主剪切缸控制液壓系統(tǒng)改造，由原來(lái)的3臺(tái)主泵運(yùn)行，變?yōu)?臺(tái)主泵和1臺(tái)螺桿泵運(yùn)行。每臺(tái)主泵運(yùn)行電機(jī)功率為160 kW，螺桿泵運(yùn)行電機(jī)功率為37 kW。通過(guò)計(jì)算及實(shí)際電耗記錄對(duì)比，每年創(chuàng)造節(jié)能效益及備件節(jié)約成本約為99.2萬(wàn)元。