危榮華

（江西晶安高科技股份有限公司，江西 南昌 330000）

在當(dāng)前冶金行業(yè)中，隨著連軋、連鑄等鋼鐵生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)，液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要得到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注，這是因?yàn)橐苯饳C(jī)械液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，不僅會(huì)影響冶金的生產(chǎn)質(zhì)量，也有可能對(duì)工作人員的人身安全構(gòu)成威脅，增加企業(yè)所承擔(dān)的損失。因此為了能夠好的適應(yīng)未來(lái)生產(chǎn)要求，則需要尋找到提升液壓系統(tǒng)可靠性的新方法，這也是本文研究的主要目的。

1 冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的運(yùn)行工況研究

作為冶金行業(yè)生產(chǎn)的核心設(shè)備，冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比較存在以下特征：①系統(tǒng)對(duì)控制的要求更高。為滿足當(dāng)前冶金行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)要求，設(shè)備中的連扎與連鑄等均采用了連鎖控制的模式，在該模式下所有設(shè)備的啟動(dòng)與停止都必須實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的反應(yīng)。②工作時(shí)間長(zhǎng)。冶金系統(tǒng)所承受的工作壓力較大，普遍為連續(xù)生產(chǎn)模式，因此為設(shè)備提供的停產(chǎn)檢修時(shí)間少，所以必須確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③系統(tǒng)的壓力高。冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)普遍為重型設(shè)備，具有運(yùn)行功率達(dá)的特征，最高值可能達(dá)到35MPa。④設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境惡劣。這是因?yàn)橐苯鹪O(shè)備普遍處于水霧、灰塵以及高溫的運(yùn)行環(huán)境下，導(dǎo)致設(shè)備的磨損速度加快，更容易出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量問(wèn)題。

2 提升冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)可靠性的措施

2.1 完善液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

從設(shè)備運(yùn)行的角度來(lái)，在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須兼顧工況的影響，在綜合考慮液壓系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮到以下因素對(duì)設(shè)備性能的影響。

（1）液壓回路的設(shè)計(jì)方案。從設(shè)備性能的角度來(lái)看，冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)是其中的重點(diǎn)內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備的性能要求，需要相關(guān)人員從液壓系統(tǒng)的性能以及動(dòng)作等幾方面入手，選擇理想的液壓回路結(jié)構(gòu)，再將各個(gè)回路進(jìn)行整合，最終形成一套完整的回路系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)，在液壓回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員必須考慮到調(diào)壓、調(diào)速以及順序動(dòng)作等幾方面的要求，并兼顧綠色生產(chǎn)、設(shè)備生命周期等方面的要求。本文圖介紹了一種基于液壓控制順序閥的平衡回路模式，該回路通過(guò)液控順序閥，能夠適應(yīng)復(fù)雜條件下的負(fù)載變化情況。其基本運(yùn)動(dòng)特征為：當(dāng)換向閥切換至右位時(shí)，液壓泵所提供的壓力可經(jīng)過(guò)單向閥進(jìn)入到液壓缸的下腔，由此可完整重物上舉的過(guò)程；而換向閥切換至左位時(shí)，壓力油進(jìn)入液壓缸的上腔位置，并且在該壓力下可提升至設(shè)定壓力，經(jīng)控制油路打開(kāi)液控順序閥門，引導(dǎo)活塞運(yùn)動(dòng)并放下重物。而當(dāng)換向閥切換至中位后，液壓缸的上腔開(kāi)始卸壓，此時(shí)隨著卸壓的進(jìn)行，液控順序間關(guān)閉，活塞的終止運(yùn)動(dòng)。結(jié)合上述對(duì)該夜空順序閥的介紹可知，該回路可通過(guò)液控順序閥的啟動(dòng)/關(guān)閉過(guò)程調(diào)整控制口的油壓水平；并且在壓力油的作用下，液壓控制閥啟動(dòng)并降低液壓缸上腔壓力水平，這個(gè)動(dòng)作過(guò)程可以促使液控順序閥關(guān)閉；而在設(shè)備運(yùn)行期間，隨著壓力的上升則可以進(jìn)一步啟動(dòng)液控順序閥，并完成整個(gè)動(dòng)作。所以在活塞斷續(xù)下降并出現(xiàn)“點(diǎn)頭”效應(yīng)時(shí)，可選擇在控制油路上增設(shè)節(jié)流閥，在裝設(shè)該裝置后可以降低液控順序閥的啟閉速度，保證了液壓系統(tǒng)的性能[1]。

（2）合理選擇液壓油。根據(jù)麻省理工學(xué)院相關(guān)學(xué)者的研究可知，冶金液壓系統(tǒng)的失效與液壓油污染之間存在密切關(guān)系，所以為切實(shí)保證液壓機(jī)械液壓系統(tǒng)的可靠性，不僅要保證液壓油的性能滿意，也要兼顧污染防控的要求。

從設(shè)備運(yùn)行的角度來(lái)看，液壓油作為一種重要的工作介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中具有潤(rùn)滑、傳遞動(dòng)力的功能，所以在選擇也要有期間應(yīng)嚴(yán)格按照冶金設(shè)備液壓系統(tǒng)的特征，在液壓系統(tǒng)性能滿意的情況下，根據(jù)潤(rùn)滑油的性能要求考慮黏度等方面的要求，一般黏度較低的情況下會(huì)增加泄漏并導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的運(yùn)行效率下降，設(shè)備的磨損更加嚴(yán)重。而如果潤(rùn)滑油的粘度較高，將會(huì)增加液體流動(dòng)時(shí)所遭受的阻力，所以為保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選擇性能滿足的液壓油則成為其中的關(guān)鍵點(diǎn)。目前性能相對(duì)滿意的液壓油包括L-HM液壓油等，可基本滿足冶金機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行要求。

同時(shí)考慮到液壓油污染等方面的考慮，主要污染源來(lái)自于液壓元件的磨損以及系統(tǒng)內(nèi)部的固有污染、油品自身的污染等，這些污染物會(huì)加劇元件磨損，并直接危及液壓系統(tǒng)的可靠性。所以為達(dá)到提高穩(wěn)定性的目的，則需要有效控制污染，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)思路包括：①要避免污染物進(jìn)入系統(tǒng)中，其預(yù)防方法包括優(yōu)化油箱結(jié)構(gòu)，即確保油箱頂蓋的有效封閉，尤其是露天環(huán)境以及粉塵較大的環(huán)境下必要確保密封性。根據(jù)馬鞍山鋼鐵廠的經(jīng)驗(yàn)，該廠區(qū)的混運(yùn)堆料機(jī)液壓系統(tǒng)故障問(wèn)題頻發(fā)的主要原因，是油箱并未設(shè)計(jì)成全封閉結(jié)構(gòu)，在污染物的作用下導(dǎo)致油液出現(xiàn)嚴(yán)重的乳化現(xiàn)象。②同時(shí)要考慮布置濾油裝置來(lái)清除油液中的污染物，在布置期間需要考慮的內(nèi)容包括：過(guò)濾的精度要求。在設(shè)計(jì)期間關(guān)于設(shè)備的過(guò)濾精度需要根根據(jù)系統(tǒng)中關(guān)鍵元件的性能做統(tǒng)一評(píng)價(jià)，目前我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于過(guò)濾精度的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是以絕對(duì)精度來(lái)驗(yàn)算的，即通過(guò)一定條件計(jì)算過(guò)濾器最大球形顆粒的直徑水平。但是在計(jì)算過(guò)程中，還需要考慮到過(guò)濾比β的影響，計(jì)算公式如公式（1）所示。

在公式（1）中，n代表上游大于尺寸X的顆粒數(shù)；N表示下游大于尺寸X的顆粒數(shù)。在數(shù)據(jù)運(yùn)算過(guò)程中，β越大，則證明裝置的過(guò)濾能力越強(qiáng)。

通流能力變化。濾油器的通流能力主要是根據(jù)系統(tǒng)中的最大流量來(lái)確定的，理想狀態(tài)下濾油器的額定流量應(yīng)高于系統(tǒng)流量，若小于該數(shù)值可能會(huì)造成嚴(yán)重的壓力損失情況，并導(dǎo)致濾芯堵塞等[2]。

2.2 安裝液壓系統(tǒng)

從運(yùn)行效率的角度來(lái)看，液壓系統(tǒng)的安裝水平對(duì)其運(yùn)行可靠性有直接影響，所以在液壓系統(tǒng)安裝之前，工作人員需要重點(diǎn)檢查設(shè)備連接表面的狀態(tài)以及密封件的溝槽尺寸大小，不僅要確保設(shè)備無(wú)質(zhì)量缺陷，也要保證其加工精度等滿足規(guī)定，尤其是所有長(zhǎng)時(shí)間保存的軟件需要注意檢查內(nèi)部孔道的清潔度水平，避免使用老化的零部件。針對(duì)修復(fù)的零部件，在安裝在液壓系統(tǒng)中之前需用煤油做徹底清洗并做校驗(yàn)，必要情況下可通過(guò)壓力以及密封實(shí)驗(yàn)等做進(jìn)一步評(píng)估。例如目前較為常見(jiàn)的方法是控制液流通的方向，避免因?yàn)檎`動(dòng)而造成卡死等質(zhì)量問(wèn)題。

在液壓系統(tǒng)安裝過(guò)程中可遵照“先難后易”“先內(nèi)后外”的流程進(jìn)行加工，針對(duì)液壓元件的性能要求合理選擇安裝的精度，確保設(shè)備的性能滿足預(yù)期。在安裝液壓缸期間，注意確保液壓缸軸線與移動(dòng)機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌面的平行度小于等于0.1mm，這是提高設(shè)備安裝精度的重要組成部分。

3 冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的仿真分析

在仿真分析階段，本文并以液壓機(jī)械的調(diào)高系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)液壓系統(tǒng)模型的方法展展開(kāi)進(jìn)一步分析。

（1）數(shù)學(xué)模型的建立。冶金機(jī)械也要調(diào)高系統(tǒng)主要通過(guò)調(diào)高油缸伸縮調(diào)節(jié)滾筒位置的，其基本的系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液壓調(diào)高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

按照?qǐng)D1介紹的內(nèi)容，在忽略液壓系統(tǒng)管路件壓力損失的情況下，設(shè)定液壓油的溫度恒定，則可以做系統(tǒng)建模，則模型的基本結(jié)構(gòu)如公式（2）所示。

在公式（2）中，qL代表電液比例閥流量，單位為“m3/s”。Kq為流量增益，單位為“m2/s”。Kc為流量-壓力系數(shù)，單位為“m3·（s·Pa）-1”。pL為負(fù)債壓差，單位為“Pa”。

同時(shí)在液壓系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，則有開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，其表達(dá)關(guān)系結(jié)構(gòu)如公式（3）所示。

公式（3）中，K為開(kāi)環(huán)放大系數(shù)；為液壓阻尼比；s為調(diào)高油缸的行程；ω為液壓固有頻率。

（2）調(diào)高行程對(duì)穩(wěn)定性的影響。根據(jù)上文介紹的關(guān)系式，本文在建立上述模型的基礎(chǔ)上，分析調(diào)高油缸行程對(duì)液壓系統(tǒng)可靠性的影響，其主要參數(shù)內(nèi)容如表1所示。

表1 液壓系統(tǒng)的參數(shù)表

在表1所介紹的參數(shù)下，分別設(shè)置油缸行程為1.2m、1.0m、0.8m，通過(guò)改變油缸的安裝位置使其達(dá)到同一調(diào)高范圍，根據(jù)上文介紹的數(shù)學(xué)函數(shù)，得知油缸行程分別為1.2m、1.0m、0.8m時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻尼比分別為0.094、0.103、0.155，繪制開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)圖形之后行程bodc圖，則有資料如圖2所示。

圖2 不同行程下的bodc圖

根據(jù)圖2所介紹的信息可知，三種行程下系統(tǒng)均為穩(wěn)定狀態(tài)，但是調(diào)高油缸行程越小，則油缸總體積越小，因此可選擇油缸行程為0.8m的參數(shù)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

影響冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的因素較多，本文所介紹的相關(guān)方法機(jī)及其仿真結(jié)果具有先進(jìn)性，因此需要相關(guān)人員應(yīng)該提神對(duì)相關(guān)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，最終尋找到提升穩(wěn)定性的有效方法。