电液比例技术在步进式加热炉液压系统中的应用

电液比例技术在步进式加热炉液压系统中的应用

0电液比例技术的应用为了保证被加热材料稳定传输，在冲浪板上的加热炉中提出了要求。近年来我公司有幸参与了许多重大冶金工程步进炉项目的液压系统设计、制作及现场调试。电液比例技术以其高性能、底价位广泛应用于冶金、工程机械等行业中,并以优越的可控性、精确的步距行程调节控制及位移多重反馈闭环控制使钢铁行业中的步进炉充分满足生产需要。本文结合宽厚板轧线加热炉液压系统设计要点,对电液比例控制的液压系统及典型回路进行分析,简要阐述其原理,为进一步推广应用该技术提供参考。1长行程装钢机板坯定位完成后,开始装炉工作,首先,长行程装钢机把停在装炉辊道上的板坯推正,然后退回原位,继续前进托起板坯送入加热炉内。装钢机托送板坯的过程中,计算机系统和光电管对板坯进行测宽,并根据板坯宽度按装炉模型自动控制装钢机的行程,使装入炉内的板坯与炉内前一坯保持50mm间隔。为满足连铸与轧钢之间一定的缓冲要求,装料侧要保持4-5块板坯的空位。采用长行程装钢机来实现此项工艺要求。装炉过程结束、长行程装钢机退回原位后,炉底机械启动,炉内步进梁通过上升-前进-下降-后退的循环运动,将板坯一步一步向前输送,板坯经过各个加热段和均热段完成加热和均温过程,在这一过程中计算机控制系统根据从数据库调入的该板坯的资料自动生成加热工艺,自动设定和控制各段炉温,并对板坯进行全程跟踪。使板坯到达出料端时加热到轧制工艺要求的温度。当板坯到达由激光检测器控制的出钢位置,且炉底机械退回后极限位置后,启动出钢机将其托出,放在出炉辊道上,然后由辊道输送到轧线进行下部工序。加热后的合格坯进入轧制过程,加热后的不合格坯由轧线退回,进行返回作业,由出炉辊道反向输送到板坯库,经处理后重新进行装炉作业。1.1移动机升阶段向速度方向+移动钢坯调阶法调整液压缸旋转曲线,正常运行阶段见图1液压系统控制的加热炉炉底机械动作根据工艺操作要求,步进梁的运动分为:正循环(见图1a)、逆循环(见图1b)及踏步动作(见图1c),对应钢坯的加热、退坯、15min内的出炉等待功能。步进梁同时具有停中位功能,当等待出炉时间超过15min后执行,此时活动梁、固定梁处于同一标高保持不变。由于液压系统的内泄,活动梁将缓慢下降,当下降5mm时(对应液压缸后退25mm),提升液压缸退回工作起始位,再次进行停中位动作。步进梁按位置(时间)-速度曲线要求以矩形轨迹运行,即分别进行升、进、降、退的连贯动作(见图2)。为限制机械、液压冲击和振动对步进梁及钢坯产生不利影响,满足步进周期的时间要求,必须对步进梁的升降和平移运动的加速度、减速度和速度进行准确有效控制。步进梁升降运动和水平运动过程中的速度是变化的,其目的在于保证平移运动和升降运动的缓起缓停,以及在升降过程中,当步进梁从固定梁上托起钢坯或向固定梁上放下钢坯时,能轻托轻放,防止步进机械产生冲击和振动,避免损伤梁上的绝热材料和炉内钢坯表面氧化铁皮的脱落,延长维修周期和使用寿命。液压缸按以下速度曲线运行“液压缸位置(时间)-速度曲线”见“液压缸速度曲线”图(见图3)。(1)平移运动:通过平移液压缸驱动支撑步进梁的平移框架,使它在提升框架上部的两排平移滚轮上作平移运动。平移过程中步进梁可以在任何位置停位,停位有精度要求。在平移框架安装有上部导向轮,防止跑偏。此时,升降液压缸处于静止状态。(2)升降运动:通过升降液压缸驱动搁置在斜台面上的升降框架,当升降框架下部的两排升降滚轮沿斜台面滚动时,步进梁作升降运动。在升降框架安装有下部导向轮,防止跑偏。升降运动时,平移液压缸处于静止锁定状态。1.2活动梁升降液压缸回路电液比例液压系统设计有油压监视、液位监控、油温监控等。主泵采用恒压变量泵,以减少能量损失和压力脉动,比例阀采用插装式比例节流阀外控外排方式以提高响应时间。整个控制回路由六个两通插装阀和一个比例节流阀构成。为了增强比例阀在变负载情况下线性控制,在比例节流阀进出口处增加了压力补偿器。压力补偿器由插装式减压阀芯和溢流阀控制盖板构成,其目的是保持比例阀进出口压差恒定。在系统还设置了独立的循环冷却过滤回路,以保证介质的冷却和油箱排出旧油、必要的备用回路以确保生产的连续性、压力油精滤器回路以保证比例阀进口介质的清洁度。由一套独立的液压系统为加热炉步进机械提供动力源,并满足步进梁的各种循环运动对步距、速度及冲击负荷的要求,使其在预定的周期内完成各种设定的循环运动。活动梁升降液压缸回路体现了该系统的特点,如图4所示。液压缸上升时,压力油P向上通过两通插装阀A进入压力补偿器C,再经过插装式比例节阀流D,再经过插装单向阀E进入液压缸安全阀块流入液压缸下腔,使活塞杆上升。此过程液压缸安全阀块不需要控制油打开,是经过单向阀进入液压缸的。而液压缸的下降运动较其上升运动要复杂得多。这是因为此时升降液压缸活塞杆的受力方向与其运动方向一致,而且对其速度还要进行加减速控制,给液压系统带来了设计上的复杂性。为解决上述问题、简化系统,本设计利用坯料及活动梁的自重下压形成差动,使油液反向流动并经过与液压缸上升时的同一比例节流阀,通过电控导阀切断两通插装阀A打开插装阀B和F,使上升运动时的进油节流变为下降时的回油节流。此时供油泵处于卸荷状态,液压缸无杆腔在坯料和活动梁自重的作用下,在电磁换向阀H压力油打开液压全阀块的条件下,油液经过插装阀、压力补偿器、比例节流阀,两通插装阀,一部分油液补充液压缸的有杆腔,多余的油液经过插装单向阀G流回油箱,补充到液压缸里油液的压力靠单向阀G的开启压力实现。该系统在控制上由比例节流调速控制回路、缓冲平衡控制回路,安全溢流和压力控制回路以及辅助系统组成。各回路具有独立的控制功能,并能联合作用,使整个液压系统达到最佳控制状态。2比例节流阀通压缸升降参数确定比例节流阀提供对执行液压缸的速度、加速度、减速度的电子控制,通过该阀的流量取决于开口量的大小和油口间的压差,因此执行器流量增减的要求与比例节流阀的输入信号(电流或电压)应该是一一对应的。根据设备性能要求作出速度-流量曲线(见图5),并给出准确的反馈位置点。这是执行器与比例节流阀重要的设计数据。图5中sa由s液压缸升降至托放坯等高位的时间为:经反复计算,即可得出升降液压缸所需的最大流量和最小流量。平移液压缸的流量计算相对简单,不再描述。3比例节流阀单元对于给定比例节流阀的输入信号,通过阀的流量将随着阀上的压差的变化而变化。为了实现压力补偿(即让流量与负载或系统压力无关),必须把恒压器与比例节流阀合用。如图4中比例节流阀D,一个减压插装阀与比例节流阀进口串联,泄油口接到比例节流阀出口而不接回油箱。这样该减压插装阀将保持节流阀上恒定的压差,从而对给定的输入信号保持恒定的流量。比例节流阀上所保持的压差可通过改变减压插装阀先导级溢流阀设定值来调整。假定执行液压缸要求控制流量为700L/min,所选的比例节流阀在1.0MPa压降时的最大流量为900L/min。这样将在输入信号的全范围内实现线性控制。需要注意的是,先导阀需要进油口处的最低压力来提供先导压力,如果使用很低的恒压力必须注意保证节流阀出口压力不能降得太低,即节流阀出口压力加上恒压压力必须达到最低的先导压力。4流量过大、压力过(1)阀无流量或压力输出。其原因是因外线断路,电插头焊点脱焊;线圈霉短或引线断路(或短路),进油、回油未接通或反接。(2)阀输出流量或压力过大或失控。其原因是阀安装座表面不平或底面密封圈未装妥,使阀体变形阀芯卡死,阀芯被赃物或锈渣卡住。(3)阀的反应迟钝,响应降低,零偏差较大。其原因是系统进油压力低;阀内部油液太脏;阀控制及局部堵塞。电气给定或反馈受到干扰,线路衰减过大。(4)阀输出流量或压力不能连续控制。其原因是系统反馈断开使阀的分辨变差。(5)系统出现抖动或振动。其原因是系统开环增益太大,调节过程中积分、比例参数不合适。油液过脏;油液混入大量空气。5两腔控制的改进本电液比例液压系统采用新型单腔控制回路,这种系统的控制原理与过去常采用的双