轧机升降台液压系统设计与计算

依旧

1　前言
　　大型轧机升降台，目前多采用传统的“垂锤平衡，曲柄连杆机构驱动”的结构型式。此类升降台因其重锤惯性大，相应的机械传动、紧固装置容易受损，故设备故障多、维修费用高、管理工作量大、年停机时间长。研究新型的液压升降台取代传统的结构型式已成为一种发展趋势。
2　升降台液压系统及其工作原理
　　图1为液压升降台工作示意图，图中FG为升降台及钢坯重力，Fs为升降缸柱塞推力，Fp为平衡缸柱塞推力。
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图1　轧机液压升降台工作示意图
7 X3 [( r9 |* A　　图2为升降台液压系统原理图，该系统由油源、平衡回路、升降回路和卸荷回路组成。当升降台处于水平位置时，有固定支承承载升降台和钢坯的自重，系统进入预备工作状态时，起动油泵电机，油泵15输出的压力油经单向阀5进入平衡蓄能器8，当其压力达到pp1=xcFG/xp时，电接点压力表12发讯，IDT得电，锥阀1开启，液压油经锥阀1进入升降缸7，升降缸的压力不断上升，升降缸与平衡缸一起推动升降台上升，在升降台上升过程中，平衡回路的压力pp由大到小变化，而升降回路的压力ps则由小到大变化(见图3)，当升降台上升到设定位置时，由旋转编码器检测并发讯使3DT得电，锥阀3开启，泵对蓄能器9充液，当压力达到ps2+0.3MPa后，由电接点压力表13发讯，使IDT失电，锥阀1关闭，接着使4DT得电，锥阀4开启，泵卸荷，蓄能器9实施对升降回路的补油功能，防止升降台因升降回路的泄漏而下降，保持在上止点位置。平衡蓄能器8也提供必需的先导阀控制油源，以保证系统工作的可靠性和连续性。当升降台下降时，3DT失电，锥阀3关闭，接着2DT得电，锥阀2开启，升降缸的油液经锥阀2和液控节流阀J回油箱，升降台在自重力矩xcFG和平衡缸、升降缸的上托力矩xpAppp和xsAsps的共同作用下下降，在下降过程中，平衡回路的压力pp由小变大(平衡缸的油液此时被压入平衡蓄能器8中)，升降回路的压力ps则由大变小，最后变为零。当升降台下降到下止点时，由旋转编码器发讯，使2DT失电，锥阀2关闭，一个工作循环结束。
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; d; W; H; Y0 `) I图2　轧机升降台液压系统原理图
4 [. Y2 b0 D5 g2 O0 f; P+ t
9 c2 v6 P5 k( }6 C. c/ w: W图3
4 o9 T  t4 J' Q' R1 x　　该系统设置了备用泵和备用阀组(图中未画出)，以保证系统工作的可靠性。
) J5 D5 L5 q* U3　有关参数的计算和选择
) r, D4 H7 P+ i- J; ]8 n　　升降台的基本数据如下：
　　升降台理论长度：L=12.75m；
& d' K& ]* e" v: _# w" b. @& f) h　　升降台上升的理论高度：H=0.9m；
　　升降台最大转角：φ=4.038°；
　　升降台自重：FG=1.274×106N；
　　升降台质心位置：xc=5.34m；
　　升降缸位置：xs=3.75m；
9 i# {: v! a  {" S8 |3 ?8 W. l$ o　　平衡缸位置：xp=6.75m；
　　升降台上升或下降时间：t=2.4s。
　　(1)平衡回路有关参数的计算与选择
　　①平衡蓄能器8的低端压力pp1
　　当升降台及于水平位置时，平衡缸6的推力矩与升降台和钢坯的重力矩平衡，即xpAppp1=xcFG
, `. K) `- F( B5 e" A4 x0 W　　∴pp1=xcFG/(xpAp)　(1)
式中：Ap——平衡缸6的柱塞面积(m2)，Ap=πDp2/4，Dp为平衡缸6的柱塞直径，Dp=0.25m。
1 q) t% \! q! o2 N& Q　　②平衡蓄能器8的高端压力pp2
0 C. `& P, B3 r　　因升降台上或或下降时间t=2.4s很短，可将其视为等温过程，故有
　　V6-1pp1=V6-2pp2
　　∴pp2=V6-1pp1/V6-2　(2)
式中：V6-1——压力为pp1时平衡蓄能器8的氮气体积，V6-1=0.18m3；
  p( Q4 ~1 u( f6 x8 U3 J　　　V6-2——压力为pp2时平衡蓄能器8的氮气体积，V6-2=0.20335m3。
+ ?4 Q; m) i$ i. l1 }8 {- V　　③平衡缸6的流量Qp
" d, A6 D9 a$ ~, h5 Y5 m2 ?　　Qp=ApHp/t　(3)
; e$ m; e8 [& {5 u1 a& U0 y式中：Hp——平衡缸6的行程，Hp=0.4757m。
　　(2)升降回路有关参数的计算与选择
　　①升降缸7的低端压力ps1
　　因升降台处于水平位置时有固定支承承载升降台和钢坯的自重，而且当处于预备上升状态时，平衡缸8的柱塞推力矩与升降台和钢坯重力矩平衡，所以，此时升降缸压力为零，即ps1=0
- l+ a: ^; o2 k9 c: h　　②升降缸7的高端压力ps2
/ d: U( c$ J; G- \% k7 T5 p- k$ c) l　　当升降台处于高端位置时，升降缸7的柱塞推力矩和平衡缸8的柱塞推力矩之和与升降台和钢坯重力矩平衡，即
! {5 K8 Y0 Y$ g6 y2 z, m7 Q# p　　xsAsps2+xpAppp2=xcFG
9 j* Q+ ?/ M. f  n7 Y/ O6 \9 Y　　∴ps2=(xcFG-xpApV6-1pp1/V6-2)／(xsAs)=(xcFGV6-2-xpApV6-1)/(xsAsV6-2)　(4)
. e; v) [/ l$ ?4 z式中：As——升降缸7的柱塞面积，As=πDs2/4，Ds为升降缸7的柱塞直径，Ds=0.2m。
, y9 Q( [- l0 w8 k: b4 k　　③升降缸7的流量Qs
2 n! t. @) y8 I7 B1 _: q" z% F　　Qs=AsHs/t　(5)
0 X9 C5 T" i1 o; e* d8 p式中：Hs——升降缸7的行程，Hs=0.2647m。
　　将已知参数代入上述各式算得有关参数为：
　　pp1=20.5MPa；pp2=18MPa；Qp=583L/min；
　　ps1=0；ps2=7.2MPa；Qs=208L/min。
4　结束语
: M0 k8 v( D$ v0 e$ D　　轧机升降台液压系统采用液压平衡、液力驱动，与传统的重锤平衡、曲柄连杆机构驱动相比，无惯性力的不利影响，故障减少，可靠性高。通过对系统的计算机仿真，检验了系统参数设计的正确性，通过模拟试验，升降台工作平稳，位置控制精度高。这一研究为工程应用打下了良好的基础。
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