連鑄機(jī)冷床液壓系統(tǒng)分析與故障解決

李亞志

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床是方坯連鑄機(jī)不可缺少的設(shè)備之一，主要用于連鑄方坯的冷卻，實(shí)現(xiàn)對鑄坯均勻降溫，防止因冷卻不均造成鑄坯變形等功能。天鋼聯(lián)合特鋼煉鋼廠5#連鑄機(jī)使用的步進(jìn)式冷床為老區(qū)利舊設(shè)備，由于長期運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備老化，結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重，外加液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，造成冷床兩側(cè)液壓缸升降動作不同步，經(jīng)常出現(xiàn)拉斜事故，影響正常生產(chǎn)。

另外，由于連鑄機(jī)提拉速改造，造成冷床步進(jìn)翻轉(zhuǎn)周期與鑄機(jī)拉速不匹配，無法滿足當(dāng)前生產(chǎn)節(jié)奏。因此有必要對冷床液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高設(shè)備運(yùn)行的性能和可靠性，為生產(chǎn)提供保障。

1 步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床設(shè)備

1.1 機(jī)械設(shè)備

5#連鑄機(jī)步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床主要由固定齒板、活動齒板、升降機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)以及尾部推鋼收集臺架等部件組成，冷床升降采用的是斜導(dǎo)軌爬坡式，由液壓缸驅(qū)動冷床升降機(jī)構(gòu)爬坡升高，冷床水平機(jī)構(gòu)采用的是導(dǎo)輪導(dǎo)軌式，也是由液壓缸驅(qū)動冷床水平橫移，鑄坯從冷床齒板末端下線后由冷床尾部推鋼機(jī)構(gòu)推至滑軌冷床區(qū)域，并通過行車夾鉗將鑄坯吊離。冷床機(jī)械技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

1.2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)為步進(jìn)式冷床的分堆推鋼液壓缸、升降液壓缸、平移液壓缸及尾推鋼液壓缸提供動力源。液壓站安裝在地上冷床附近，主要由液壓泵、油箱、蓄能器、冷卻器、控制閥臺等部件組成。

1.2.1 液壓展主要技術(shù)參數(shù)如下：

表1 步進(jìn)式冷床參數(shù)表

油箱：3 000 L

主泵排量：3×0.125 L/轉(zhuǎn)（兩用一備）

主泵電機(jī)功率：3×75 Kw

系統(tǒng)工作壓力：16 MPa；蓄能器充氣壓力9～10 MPa

液壓介質(zhì)：46#酯型難燃液壓油

清潔度：NASA 6 級

1.2.2 控制閥臺

5#連鑄機(jī)步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床液壓系統(tǒng)控制閥臺原理如圖1 所示。步進(jìn)冷床的液壓控制原理是液壓油P 通過換向閥進(jìn)入舉升油缸無干腔，活塞桿伸出完成上升動作，液壓油通過比例閥進(jìn)入橫移油缸無干腔，活塞桿伸出，完成平移動作，隨后舉升油缸活塞桿收回，橫移油缸活塞桿縮回，這樣完成步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床的一個周期動作。

2 步進(jìn)式冷床存在的問題

圖1 步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床原液壓原理圖

2.1 兩側(cè)油缸動作不同步

由于設(shè)備結(jié)構(gòu)老化，變形嚴(yán)重，同步軸不能實(shí)現(xiàn)同步，造成冷床兩側(cè)油缸動作不一致，同步性能差，致使負(fù)載較大一側(cè)的油缸活塞與缸體摩擦加劇，油缸使用一段時(shí)間后缸體磨損嚴(yán)重，最初期表現(xiàn)為油缸漏油；其次油缸磨損嚴(yán)重后，磨損產(chǎn)生的鐵屑會回流到油箱，使油品造成污染，這樣也會造成液壓元件的磨損，以及閥芯卡死的問題，給設(shè)備帶來運(yùn)行的隱患，造成設(shè)備故障的發(fā)生；另外，冷床油缸更換困難，更換時(shí)間長，費(fèi)工費(fèi)力，同時(shí)生產(chǎn)也會受到影響。

2.2 液壓系統(tǒng)沖擊大

（1）在液壓系統(tǒng)工作時(shí)，特別是負(fù)載較大的情況下，舉升油缸上升啟動過程中，液壓沖擊力較大，油路系統(tǒng)振動增加，經(jīng)常造成管路爆裂，管路、閥臺漏油的現(xiàn)象。

（2）由于換向閥突然換向，執(zhí)行元件的運(yùn)動突然停止，會使管路內(nèi)液體流動發(fā)生急劇變化，而產(chǎn)生沖擊壓力，雖然系統(tǒng)中設(shè)置有安全閥，但仍然難免產(chǎn)生壓力的劇增和沖擊，這種沖擊引起了儀表、元件、密封裝置發(fā)生故障甚至損壞，致使管道破裂，還會產(chǎn)生明顯的振動，造成設(shè)備經(jīng)常漏油現(xiàn)象，

（3）管道安裝不合理同樣造成過大的壓力損失，以致出現(xiàn)振動，噪聲等異?，F(xiàn)象，振動過大造成管夾松動，接頭漏油等問題，

2.3 冷床能力與鑄坯拉速不匹配

由于冶煉節(jié)奏的提高，5#連鑄機(jī)相應(yīng)進(jìn)行了提拉速改造，因此造成步進(jìn)式冷床運(yùn)行周期與鑄坯拉速不匹配，影響了生產(chǎn)節(jié)奏。

圖2 改造后翻轉(zhuǎn)冷床液壓原理圖

3 改進(jìn)措施與效果

3.1 對于液壓油缸不同步問題的改進(jìn)

5#連鑄機(jī)冷床為利舊設(shè)備，其同步方式為機(jī)械同步，同步精度得不到保證，為此采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。改造后控制閥臺液壓系統(tǒng)原理如圖2。

（1）為了保障油缸的同步性能，在舉升油缸、平移油缸以及尾推油缸的無桿腔液壓油入口加裝同步馬達(dá)，這樣由同步馬達(dá)來保證從閥臺出口液壓油流量到兩條缸的流量是一樣的，來實(shí)現(xiàn)液壓缸的同步，同步馬達(dá)的同步精度為±1.5%。

（2）液壓系統(tǒng)配管在安裝過程中盡量保證兩條油缸的油管長度一樣，保證進(jìn)入兩條油缸的流量是同時(shí)的，減少這方面的誤差，更好的達(dá)到同步性能。

3.2 對于系統(tǒng)沖擊大問題的改進(jìn)

（1）針對大負(fù)載情況下升降油缸啟動過程中液壓系統(tǒng)沖擊力大，以及由于換向閥突然換向造成的系統(tǒng)沖擊壓力問題，在系統(tǒng)中增加一組6×63L 蓄能器，安裝在液壓閥臺附近，與主供油管道相連，這樣可以吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的液壓沖擊。

（2）針對管道安裝不合理造成的管網(wǎng)過大的壓力損失，導(dǎo)致的管網(wǎng)振動過大、管夾松動和接頭漏油等問題，對系統(tǒng)管路重新布置和安裝，通過減少直角轉(zhuǎn)彎，合理安裝接頭，增加管夾密度，有效減少管路給系統(tǒng)造成的振動現(xiàn)象。

3.3 對于冷床與連鑄拉速不匹配問題的改進(jìn)

由于轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏的提高，連鑄機(jī)需要提拉速以滿足生產(chǎn)的匹配，連鑄機(jī)提拉速改造后，平均拉速為3.55 m/min，最大設(shè)計(jì)拉速為3.8 m/min，鑄坯定尺12 m，根據(jù)這樣前提條件，計(jì)算單根鑄坯出坯的最短時(shí)間為27 s，對于7 根鑄坯出坯，冷床只需最多動作4 或5 次周期，每次冷床周期可以考慮為36 s～47 s。根據(jù)上述條件，在不改變液壓系統(tǒng)總體供油能力的條件下，重新對舉升油缸、橫移油缸、尾部推鋼油缸進(jìn)行了優(yōu)化選型，并對新選型號液壓缸進(jìn)行流量核算。優(yōu)化前后油缸規(guī)格如表2 所示。

表2 冷床改造前后油缸規(guī)格

3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度核算

（1）根據(jù)液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算主泵最大流量Q總=2×nq=2×1 500×0.125=375 L/min

n：轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/min）；q：主泵排量（L/轉(zhuǎn)）。

（2）按照冷床動作順序，液壓系統(tǒng)所需最大供油流量為冷床舉升油缸上升和尾部推鋼油缸同時(shí)工作的狀態(tài)下，其所需要流量Q=Q1+Q2

D：舉升油缸無桿腔直徑

D：尾部推鋼油缸無桿腔直徑

Q=Q1+Q2=377 L/min≈Q總=375 L/min（2 臺油泵最大理論輸出流量）

主泵流量能夠滿足冷床舉升油缸上升和尾部推鋼油缸同時(shí)工作的最用油需求，另外蓄能器還能補(bǔ)充液壓油，補(bǔ)充不足的系統(tǒng)流量，故能夠保證一個循環(huán)周期36 s 的時(shí)間，與鑄機(jī)拉速相匹配。

3.3.2 分堆推鋼與冷床油量核算

（2）36 s 內(nèi)冷床和尾部推鋼用油量

D1：舉升油缸無桿腔直徑；D2：舉升油缸有杠腔直徑；l1：舉升油缸行程；

D3：橫移油缸無桿腔直徑；D4：橫移油缸有杠腔直徑；l2：橫移油缸行程；

D5：尾推油缸無桿腔直徑；D6：尾推油缸有杠腔直徑；l3：尾推油缸行程。

（3）36 s 內(nèi)蓄能器最多可儲存油量為：A=A1-A2=225 L-145 L=80 L。

（4）36s 近似分堆推鋼1 次來回所需油量為：

D7: 分堆油缸無桿腔直徑；D8: 分堆油缸有杠腔直徑；l4:分堆油缸行程。

結(jié)論：36 s 內(nèi)蓄能器最多可儲存油量為80 L，小于36 s 分堆油缸推鋼1 個來回所需的99 L 油量，99÷80=1.24，綜上所述如果蓄能器36 s 內(nèi)要儲存99L 油, 要1.3 個周期的存儲才能滿足分堆推鋼一次，所以分堆冷床不能與冷床同時(shí)工作。

通過核算，優(yōu)化后舉升油缸、橫移油缸、尾部推鋼油缸能夠滿足步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床36s～47s 運(yùn)行周期；主泵系統(tǒng)流量也能夠滿足優(yōu)化后系統(tǒng)所需的流量。

4 結(jié)語

通過技術(shù)改造，5#連鑄機(jī)步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床的動作平穩(wěn)，運(yùn)行周期能夠滿足連鑄機(jī)設(shè)計(jì)的拉速要求，冷床出現(xiàn)的設(shè)備故障明顯降低，減少了備件以及油品的污染消耗，為連鑄機(jī)的連續(xù)生產(chǎn)提供了可靠的保障。在液壓系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)上還要注意一下方面。

（1）該液壓系統(tǒng)為比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對油品清潔度要求NASA 6 級，要定期更換高壓過濾器、回油過濾器、循環(huán)過濾器濾芯；

（2）定期對油品取樣化驗(yàn)，掌握油品運(yùn)行狀態(tài)，若出現(xiàn)不合格及時(shí)采取措施。

（3）保持設(shè)備衛(wèi)生，發(fā)現(xiàn)滲油、漏油及時(shí)處理，避免擴(kuò)大化。

（4）對系統(tǒng)壓力、油溫、液位點(diǎn)檢檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)查找原因處理。

（5）檢查蓄能器壓力至少一年一次，壓力不足盡快補(bǔ)充氣體壓力，防止皮囊擊穿。