液壓站油泵電機(jī)節(jié)能及油液清潔度在線監(jiān)測(cè)

陳忠年，常建宙，張海東，吳靜仁，王文虎

（中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇常州 213011）

0 引言

軋鋼生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的最終環(huán)節(jié)，是鋼鐵生產(chǎn)的一種重要加工方法，是通過(guò)壓力加工將鋼坯加工為所需形狀的一種工藝。根據(jù)成品材的形狀劃分，可分為鋼板、帶鋼、線材、棒材等軋鋼生產(chǎn)線。本文主要以精棒材生產(chǎn)線為例，進(jìn)行液壓系統(tǒng)改進(jìn)說(shuō)明，其改進(jìn)方案與技術(shù)手段可應(yīng)用于工況類似軋鋼生產(chǎn)線的液壓系統(tǒng)上。棒材生產(chǎn)線主要由加熱爐、軋機(jī)、水箱、飛剪、冷床、冷剪、冷鋸、打包機(jī)等設(shè)備組成，各工序環(huán)節(jié)緊密相扣，缺一不可。而棒材生產(chǎn)線上許多設(shè)備的驅(qū)動(dòng)或機(jī)械動(dòng)作的完成離不開(kāi)液壓系統(tǒng)，故而液壓系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性也是生產(chǎn)和設(shè)備管理者的重要關(guān)注點(diǎn)。

某鋼鐵企業(yè)棒材生產(chǎn)線（以下簡(jiǎn)稱軋線）投產(chǎn)近10年，原液壓控制系統(tǒng)技術(shù)方案太過(guò)局限，有較大的優(yōu)化空間。本文分析了該軋線液壓系統(tǒng)現(xiàn)狀，結(jié)合該軋線歷年液壓系統(tǒng)故障、突發(fā)事故，以及企業(yè)面臨的降本壓力等情況，制定了可靠有效的優(yōu)化改進(jìn)措施并逐一落實(shí)，以改善現(xiàn)有軋線液壓系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)控制優(yōu)化目的。

1 軋線液壓系統(tǒng)介紹

1.1 軋機(jī)液壓系統(tǒng)作用及特點(diǎn)

棒材軋線一般由800、700、610、470、380等規(guī)格軋機(jī)組成，因軋制斷面與成品材規(guī)格不同，其中部分軋機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中是不投用的。而軋機(jī)液壓控制系統(tǒng)主要任務(wù)是完成軋機(jī)的鎖緊、平移、升降、離合、輥縫調(diào)節(jié)五大動(dòng)作，還有部分精軋機(jī)的翻轉(zhuǎn)。軋機(jī)液壓系統(tǒng)一般分為兩種工況：換輥、換槽與正常生產(chǎn)。

以該棒材生產(chǎn)線粗中軋液壓站為例，其控制范圍為1號(hào)至10號(hào)軋機(jī)。原粗中軋液壓系統(tǒng)由三組PV140恒壓變量泵組成，系統(tǒng)流量為400L/min。三組泵為二用一備，配套電機(jī)功率為75kW，同時(shí)配備獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，主站未設(shè)計(jì)蓄能器。主泵出來(lái)共分為兩路控制油路，即高壓控制油路與低壓控制油路，高壓油路供油壓力為18MPa，低壓油路通過(guò)減壓閥后，供油壓力為10MPa。高壓油路主要控制軋機(jī)的平移、升降、輥縫調(diào)節(jié)，低壓油路主要控制軋機(jī)的鎖緊、離合。各軋機(jī)控制閥臺(tái)是并聯(lián)的，且每臺(tái)軋機(jī)配置一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，互不干擾。換輥、換槽時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)作順序?yàn)椋簥A緊打開(kāi)、軋機(jī)下降、離合打開(kāi)、軋機(jī)平移，正常生產(chǎn)時(shí)，升降、夾緊、離合油缸只需保壓，輥縫調(diào)節(jié)偶爾動(dòng)作。

1.2 組合剪液壓系統(tǒng)的作用及特點(diǎn)

組合剪液壓系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)倍尺剪模式切換、鎖緊，以及水箱通道切換與罩蓋啟閉，由兩組PV092恒壓變量泵組成，一用一備，僅有就地操作模式，未設(shè)置蓄能器，系統(tǒng)供油壓力為15MPa，配套電機(jī)功率為45kW。

組合剪模式與水箱通道切換一般在換車時(shí)進(jìn)行。正常生產(chǎn)后，組合剪鎖緊采用碟簧缸鎖緊，水箱平移通過(guò)油缸與雙液控單向閥配合鎖緊，水箱罩蓋靠自重壓緊。

2 原軋線液壓系統(tǒng)存在的弊端

2.1 液壓系統(tǒng)現(xiàn)有控制與實(shí)際工況不符

（1）由于液壓系統(tǒng)現(xiàn)有控制與實(shí)際工況不符，因此液壓系統(tǒng)存在嚴(yán)重的電能浪費(fèi)問(wèn)題。原軋機(jī)液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期以兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，不論換車、換槽或正常生產(chǎn)。而實(shí)際上，每天換車換槽時(shí)間約為60min，除其他異常情況外，正常生產(chǎn)時(shí)間約21.5h/d。單臺(tái)PV140油泵流量為200L/min，正常生產(chǎn)時(shí)，完全滿足系統(tǒng)保壓與輥縫調(diào)節(jié)所需的流量，僅在批量更換軋機(jī)時(shí)，系統(tǒng)所需流量較大，也不足400L/min。正常生產(chǎn)時(shí)，為滿足保壓與輥縫調(diào)節(jié)，兩臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，此為第一種電能浪費(fèi)的情況。

（2）軋機(jī)液壓系統(tǒng)主要控制軋機(jī)鎖緊、平移、升降、離合、輥縫調(diào)節(jié)五大動(dòng)作，而輥縫調(diào)節(jié)一般只在正常生產(chǎn)時(shí)使用，其他動(dòng)作是在更換軋機(jī)時(shí)完成。針對(duì)同一臺(tái)軋機(jī)，各動(dòng)作有先后順序，有時(shí)間間隔，不能同步完成，但不同軋機(jī)之間可同步完成同一動(dòng)作，根據(jù)各動(dòng)作負(fù)載與流量的需求，軋機(jī)平移液壓缸所需流量最大、所承受載荷最大。1號(hào)軋機(jī)至10號(hào)軋機(jī)中：800軋機(jī)3臺(tái)，700軋機(jī)2臺(tái)，其平移液壓缸規(guī)格分別為125/90-2000；610軋機(jī)5臺(tái)，其平移壓缸缸規(guī)格分別為125/90-1900。以油缸規(guī)格125/90-2000為例，單臺(tái)油泵流量為200L/min，單臺(tái)軋機(jī)平移速度可達(dá)564mm/s，此時(shí)完全不需要兩臺(tái)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)即可滿足要求。不同工況下，液壓系統(tǒng)控制的執(zhí)行元件存在大小規(guī)格，小規(guī)格執(zhí)行元件動(dòng)作時(shí)，多臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，此為第二種電能浪費(fèi)的情況，該情況同樣存在于冷床、精整等液壓系統(tǒng)。

（3）除關(guān)鍵區(qū)域液壓系統(tǒng)有遠(yuǎn)程與就地兩種控制模式，還有部分液壓系統(tǒng)僅為就地控制模式，如：組合剪、鋸區(qū)、精整等區(qū)域。組合剪與水箱調(diào)整頻次遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軋機(jī)更換，每天調(diào)整時(shí)間累積0.5h，不論正常生產(chǎn)或調(diào)整，均有一臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)。液壓系統(tǒng)無(wú)遠(yuǎn)程操作模式，油泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，此為第三種電能浪費(fèi)的情況，多見(jiàn)于非關(guān)鍵或輔線液壓系統(tǒng)中。

2.2 液壓系統(tǒng)無(wú)一鍵急停和遠(yuǎn)程控制

由于液壓系統(tǒng)無(wú)遠(yuǎn)程控制，遇到緊急情況處理較棘手。該棒材軋線存在部分僅有就地操作模式液壓系統(tǒng)，未在相應(yīng)的主操臺(tái)設(shè)置一鍵急停。而液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)為液壓油，系統(tǒng)壓力大、流量大，一旦出現(xiàn)泄露與紅鋼接觸，其后果不堪設(shè)想。遇到此類突發(fā)情況，就地操作嚴(yán)重耽誤事故處理時(shí)機(jī)，且會(huì)導(dǎo)致事故擴(kuò)大化，造成更大的損失。

2.3 液壓系統(tǒng)管控手段老舊

由于該棒材軋線投產(chǎn)年頭較長(zhǎng)，液壓系統(tǒng)管控手段老舊，因此系統(tǒng)運(yùn)行效率低、可靠性差。液壓油作為液壓系統(tǒng)的血液，其質(zhì)量對(duì)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，目前僅依靠周期取樣委托第三方化驗(yàn)，存在化驗(yàn)周期長(zhǎng)、油液二次污染等問(wèn)題。且液壓系統(tǒng)的溫度、壓力、液位等關(guān)鍵參數(shù)也僅依靠人為點(diǎn)檢，存在結(jié)論不可靠等風(fēng)險(xiǎn)，且額外增加了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 原軋線液壓系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

3.1 優(yōu)化軋線液壓系統(tǒng)泵組運(yùn)行模式

軋線液壓系統(tǒng)泵組改成“一用、一熱備、一冷備”運(yùn)行模式，即一臺(tái)主泵、一臺(tái)從泵，從泵運(yùn)行條件由主泵出口壓力信號(hào)決定。當(dāng)軋線系統(tǒng)動(dòng)作需要大流量時(shí)，主泵壓力下降至設(shè)定值時(shí)，從泵啟動(dòng)運(yùn)行1min，主泵出口壓力穩(wěn)定后，從泵停止運(yùn)行，以上動(dòng)作根據(jù)實(shí)際油缸動(dòng)作需要進(jìn)行循環(huán)。正常生產(chǎn)時(shí)系統(tǒng)僅需保壓或輥縫調(diào)節(jié)，僅主泵運(yùn)轉(zhuǎn)維持穩(wěn)定的流量就可以了。此方案既解決了大小執(zhí)行元件工作中能耗的浪費(fèi)，也解決了不同工況時(shí)多臺(tái)油泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)能耗浪費(fèi)的問(wèn)題。以上述棒材軋機(jī)粗軋液壓系統(tǒng)為例，單臺(tái)電機(jī)額定功率為75kW，空載時(shí)運(yùn)行功率為25kW，以空載23.5h/d，加載0.5h/d計(jì)算，年可節(jié)電25kW×23.5h/d×365d=214437.5kW.h。

3.2 液壓系統(tǒng)增設(shè)一鍵急停與遠(yuǎn)程控制模式

考慮軋線太長(zhǎng)，不同主操作臺(tái)對(duì)液壓系統(tǒng)采用就近管理模式，在各液壓系統(tǒng)對(duì)應(yīng)主操作臺(tái)增設(shè)一鍵急停按鍵與遠(yuǎn)程控制模式，一鍵急停功能與循環(huán)泵控制系統(tǒng)連鎖。

3.3 增加油液清潔度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

對(duì)液壓系統(tǒng)油液清潔度進(jìn)行在線檢測(cè)，是液壓系統(tǒng)維護(hù)和故障早期診斷及預(yù)防的有效措施之一。目前對(duì)油液污染狀況的監(jiān)測(cè)和分析，多是由使用者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或運(yùn)用一些儀器進(jìn)行離線分析，其監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、工作量大、費(fèi)用高，均不利于油液污染狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)掌握，因此增加油液清潔度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備是必要的。

圖1為油液在線檢測(cè)儀安裝位置示意圖。由圖1可以看出，油液在線檢測(cè)儀的檢測(cè)元件（傳感器）安裝在液壓管路的回油段，靠近油箱處，可將液壓系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)采集至設(shè)備管理信息化系統(tǒng)，可及時(shí)反映系統(tǒng)內(nèi)液壓元件磨損情況[1]。圖2為油液在線檢測(cè)儀外形圖。

圖1 檢測(cè)儀安裝位置示意圖

圖2 檢測(cè)儀外形圖

油液在線檢測(cè)儀安裝方法：在液壓管路的回油管處打φ8mm的小孔，在小孔上焊接一個(gè)G1/4"的油管接頭，注意此處焊接宜采用氬弧焊接，避免焊渣掉入管道系統(tǒng)中；然后將檢測(cè)儀的進(jìn)油管與接頭裝配好，檢測(cè)儀的出油管直接接入油箱內(nèi)[2]。當(dāng)油路系統(tǒng)中有油液流動(dòng)時(shí)，一部分的油液就會(huì)通過(guò)連接在回油管上的小管進(jìn)入檢測(cè)儀的油液檢測(cè)通道，然后回到油箱。當(dāng)檢測(cè)儀中的油液通道有油液流動(dòng)時(shí)，檢測(cè)裝置（發(fā)光二極管）發(fā)出的可見(jiàn)光穿透被檢測(cè)油樣后照射到接收裝置（光敏三級(jí)管）的感光部位，此時(shí)油液中的顆粒雜質(zhì)會(huì)擋住部分光線，使光敏三級(jí)管接收到的光線強(qiáng)度變?。还饷羧?jí)管根據(jù)受照強(qiáng)度的不同，輸出一個(gè)變化的電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)儀放大信號(hào)后再由數(shù)據(jù)線傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器為核心信號(hào)采樣通道，信號(hào)通過(guò)微機(jī)處理后在電腦顯示出油液污染等級(jí)數(shù)據(jù)。維修人員可以在電腦查看液壓油清潔度數(shù)據(jù)，并且根據(jù)歷史數(shù)據(jù)曲線分析設(shè)備磨損情況，另外可每天根據(jù)監(jiān)測(cè)出的數(shù)據(jù)來(lái)控制油液的清潔度、水分、溫度等[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)該棒材生產(chǎn)線現(xiàn)有液壓系統(tǒng)問(wèn)題的分析，以及優(yōu)化改進(jìn)方案的實(shí)施，在取得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也提高了該軋線液壓系統(tǒng)的安全性與可靠性。另外在油品清潔度方面，借助于液壓油清潔度檢測(cè)設(shè)備的在線自動(dòng)檢測(cè)，進(jìn)一步提高了該軋線液壓系統(tǒng)的安全性與可靠性。目前所述改進(jìn)措施與技術(shù)手段已全面推廣至該企業(yè)各軋鋼生產(chǎn)線乃至同行業(yè)其他兄弟單位。

（1）軋機(jī)液壓系統(tǒng)油泵由二用一備，改成“一用二備”，節(jié)能效果顯著，且主泵、電機(jī)等系統(tǒng)主要備件維護(hù)成本明顯下降。

（2）軋線液壓系統(tǒng)增加遠(yuǎn)程控制與一鍵急停功能，一方面可根據(jù)實(shí)際需求控制液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，另一方面在遇到緊急情況時(shí)可及時(shí)處理止損，避免事故擴(kuò)大。

（3）將液壓系統(tǒng)壓力、溫度、液位、清潔度等數(shù)據(jù)納入設(shè)備信息化管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，降低了人員勞動(dòng)力，避免了人為作假的風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)智能化、科學(xué)化管控創(chuàng)造了條件。