安曉暉

（北京首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合責(zé)任有限公司鋼軋籌備組，北京 100043）

預(yù)精軋機(jī)保護(hù)罩改造由電動(dòng)推桿改為液壓系統(tǒng)控制

安曉暉

（北京首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合責(zé)任有限公司鋼軋籌備組，北京 100043）

某鋼廠通過相關(guān)技術(shù)對老舊設(shè)備進(jìn)行改造，以節(jié)約費(fèi)用，保證安全。

改造 液壓系統(tǒng) 安全

1 預(yù)精軋機(jī)保護(hù)罩改造原因和目的

現(xiàn)二區(qū)域預(yù)精軋保護(hù)罩在使用中因兩個(gè)極限位置不好控制，造成現(xiàn)場的電動(dòng)推桿使用中損壞快（08年更換推桿100多臺），同時(shí)在上升、下降過程中，保護(hù)罩自重大，傾翻力矩大，易造成電動(dòng)推桿缸筒連接處損壞，連接件脫落，進(jìn)而導(dǎo)致保護(hù)罩不受控制掉落。

因此，二區(qū)域預(yù)精軋保護(hù)罩系統(tǒng)進(jìn)行改造主要涉及三個(gè)方面：一是利用液壓系統(tǒng)代替電動(dòng)推桿；二是對保護(hù)罩本體進(jìn)行改造，減輕它的重量，提高結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度；三是通過油缸行程控制，來達(dá)到最終控制極限位置及設(shè)備安全聯(lián)鎖的目的。

通過改造可以降低設(shè)備備件的消耗，提高設(shè)備在使用中的安全性，以更符合安全技術(shù)規(guī)范。

2 總體方案的確定

一個(gè)正確的設(shè)計(jì)改造應(yīng)該是技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，操作和維修方便，運(yùn)用安全可靠等。預(yù)精軋機(jī)保護(hù)罩的液壓系統(tǒng)改造首先要考慮人身安全。保護(hù)罩升起后，必須確保保護(hù)罩在它的極限位置正確。因此，經(jīng)過多方面考慮，決定選用帶有液壓鎖的油缸，型號HSGK01-100/55*800，行程800mm，使用行程795mm，且油缸本身帶有自鎖閥?？刂票Ｗo(hù)罩的系統(tǒng)屬于間歇性工作，當(dāng)保護(hù)罩完全關(guān)閉后，便可停止泵工作。只有在保護(hù)罩升降過程中以及保護(hù)罩升到最高位置極限時(shí)，泵處于工作狀態(tài)。所以，控制保護(hù)罩的液壓系統(tǒng)采用開式系統(tǒng)，比較簡單，且安裝方便。

控制保護(hù)罩升降的速度也很重要。不能太快，否則不易控制保護(hù)罩，存在著安全隱患，要求控制速度在2～3m/s范圍內(nèi)。常用的調(diào)速回路有進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路、出口節(jié)流調(diào)速回路、旁路節(jié)流調(diào)速回路。因旁路節(jié)流調(diào)速適用于載荷變化小、對運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求不高的高速大功率場合，所以保護(hù)罩對運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求較高，這里不考慮旁路節(jié)流調(diào)速回路。

進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路中，工作部件的運(yùn)動(dòng)速度隨外載增減而忽慢忽快，難以得到準(zhǔn)確的速度。而出口節(jié)流調(diào)速回路多用在功率不大但載荷變化較大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的液壓系統(tǒng)中。

3 確定最終的系統(tǒng)圖

綜上所述，最終確定的系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

保護(hù)罩升起回路：泵啟動(dòng)，此時(shí)圖中電磁換向閥左邊帶電，油通過過濾器、電磁換向閥的左腔、液壓鎖、單向節(jié)流閥中單向閥進(jìn)入油缸有桿腔，推動(dòng)活塞移動(dòng)，使活塞收縮，保護(hù)罩升起?；赜吐罚河蛷臒o桿腔經(jīng)過節(jié)流閥、液壓鎖、換向閥右腔返回油箱。

圖1 1、2線預(yù)精軋機(jī)保護(hù)罩原理圖

保護(hù)罩降落回路：泵啟動(dòng)，此時(shí)圖中電磁換向閥右邊帶電，油通過過濾器、電磁換向閥的右腔、液壓鎖、單向節(jié)流閥中單向閥進(jìn)入油缸無桿腔，推動(dòng)活塞移動(dòng)，使活塞伸長，保護(hù)罩降落。回油路：油從有桿腔經(jīng)過節(jié)流閥、液壓鎖、換向閥左腔返回油箱。

4 油箱的計(jì)算和選擇

4.1 油箱容量的確定

油箱的容積包括總?cè)莘eV和有效容積V0。有效容積是指液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)油箱內(nèi)儲存的油液最大容積。查《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊》，一般推薦油箱的有效容積V0=(2~7)∑qVp。其中，∑qVp

為液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件同時(shí)工作的液壓泵的流量總和；等式右邊的系數(shù)，系統(tǒng)為低壓或?yàn)樾凶邫C(jī)械時(shí)取小值；系統(tǒng)為高壓或?yàn)楣潭ㄔO(shè)備時(shí)取大值，現(xiàn)取系數(shù)為5。于是，V0=5×46.7=233.5L（其中，46.7L/min為泵輸出流量）。

在油箱的有效容積V0確定后，取油箱的總?cè)莘eν=1.25ν0。油箱的這一高度差是為了保證液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)，系統(tǒng)的部分油液在自重作用下能返回油箱而不會溢出。所以，有V=1.25×233.5=291.875L。

根據(jù)《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》P381取油箱公稱容量為300L，有效容積為250L。

4.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱計(jì)算和冷卻器的選擇

4.2 .1 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱計(jì)算

（1）系統(tǒng)的發(fā)熱功率液壓泵的功率損失H1：H1=P(1-η)=15×(1-0.9)=1.5kW其中，P為帶動(dòng)齒輪泵的電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率15kW，η為齒輪泵的總效率，取90%。

（2）閥的功率損失H2

其中，以泵的全部流量流經(jīng)溢流閥返回油箱時(shí)，功率損失為最大。

H2=pq=0.4×106×46.7×10-3/60=0.31kW

其中，p為溢流閥的壓力損失，查手冊《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》，得溢流閥的局部壓力損失為0.4MPa；q為泵的輸出流量為46.7L/min。

（3）管路及其他功率損失

此項(xiàng)功率損失包括很多復(fù)雜因素，由于其值較小且管路散熱的關(guān)系，計(jì)算時(shí)常予以忽略。

因此，系統(tǒng)總的功率損失H=ΣHi=H1+H2=1.5+0.31=1.81kW。

4.2 .2 驗(yàn)算溫升

油箱的散熱面積為As=2ac+2bc+ab=2.3m3。這里，a為油箱的長，取值890mm；b為油箱的寬，取值700mm；c為油箱的高，取值530mm。

系統(tǒng)的熱量全部由As散發(fā)時(shí)，在平衡狀態(tài)下油液達(dá)到的溫度為：

式中：θR為環(huán)境溫度，取值20℃；Ks為散熱系數(shù)，有Ks=17.5×10-3kW/(m2×℃)。

根據(jù)現(xiàn)場工作條件及工作方式（為間歇工作，每天工作6～9次，每次10～15min），不需裝設(shè)冷卻器。夏天要考慮液壓站的散熱通風(fēng)，以保持給油箱良好的通風(fēng)換熱空間。

另一方面，生產(chǎn)任務(wù)緊時(shí)，一天大部分時(shí)間用在生產(chǎn)上，檢修和換輥的時(shí)間較少。此時(shí)，保護(hù)罩處于關(guān)閉狀態(tài)。若此時(shí)泵停止工作，整個(gè)系統(tǒng)便沒有功率損失，也不會產(chǎn)生熱量。只有在保護(hù)罩的升降過程中泵站才工作，且時(shí)間短。這時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量通過油箱本身便能散熱，不影響系統(tǒng)性能。

5 液壓系統(tǒng)管路壓力損失的計(jì)算

由前面的原理圖可知，該系統(tǒng)較為簡單、回路少，且液壓站離1、2線預(yù)精軋保護(hù)罩油缸的距離不遠(yuǎn)，沿程壓力損失小。液壓油從泵站上的閥臺出來后，中間沒有經(jīng)過任何閥直接到達(dá)油缸附帶的節(jié)流閥和液壓鎖，流向油缸，且中間彎頭較少，所以局部損失不大。上面所述選用的液壓泵為齒輪泵，額定壓力20MPa，系統(tǒng)壓力為12MPa，齒輪泵完全滿足系統(tǒng)的壓力和損失的壓力。

倉促施工調(diào)試后尚存在一些問題，如保護(hù)罩的傾斜角度、保護(hù)罩的上升下降速度、保護(hù)罩的控制操作習(xí)慣等。目前正在跟進(jìn)改進(jìn)，滿足現(xiàn)場要求，以最終達(dá)到改造的效果。

初步計(jì)算，預(yù)計(jì)改造完將節(jié)省備件及修復(fù)費(fèi)用30萬～40萬，極大提高設(shè)備的安全性。

[1]張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版，2002.

[3]路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

The Reform of Protective Cover of Pre-finishing Rolling Mill is Changed from Electric Push Rod to Hydraulic System Control

AN Xiaohui
(Steel Rolling Preparation Group, Beijing Shougang Jingtang Iron and Steel Joint Co Ltd, Beijing 100043)

A steel plant through the technological transformation of the old equipment to transform, save costs and ensure safety.

rebuild, hydraulic system, safety