張瑞虹

(中色科技股份有限公司，河南洛陽(yáng)471039)

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熱軋機(jī)大行程液壓壓下液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張瑞虹

(中色科技股份有限公司，河南洛陽(yáng)471039)

文章通過(guò)對(duì)某大行程液壓壓下熱軋機(jī)工況進(jìn)行分析，從節(jié)約設(shè)備制造和運(yùn)行成本的角度，介紹了一種適合該類(lèi)型熱軋機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、主設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法以及工作原理。

液壓壓下；熱軋機(jī)；液壓系統(tǒng)

近年來(lái)，很多上世紀(jì)留下來(lái)的老舊電動(dòng)壓下的熱軋機(jī)要求升級(jí)換代成全液壓壓下，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，能繼續(xù)在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。因熱軋機(jī)開(kāi)口很大，如采用全液壓壓下，壓下缸行程就會(huì)很大，與通常采用電動(dòng)壓下加液壓墊微調(diào)的熱軋機(jī)在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)上有很大區(qū)別。本文以某鋁熱軋機(jī)的壓下改造為例討論針對(duì)大行程液壓壓下熱軋機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 工況分析

某熱軋機(jī)改造后壓下缸行程300mm，壓下缸直徑Φ500/Φ250mm，要求壓下缸快速擺輥縫及返回速度為12mm/s，壓下調(diào)節(jié)速度為2mm/s，速度相差6倍，見(jiàn)圖1。

圖1 改造后某熱軋機(jī)壓下結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic illustration of improved screwdown of hot rolling mill

液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)如按壓下缸最大速度所需流量選擇主供油泵，泵的排量將會(huì)很大，且壓下缸最大軋制壓力高達(dá)25MPa，主供油泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率也將非常大。而在整個(gè)軋制過(guò)程中壓下調(diào)節(jié)占大部分時(shí)間，快速擺輥縫及壓下缸返回只占很少時(shí)間，因而造成能源浪費(fèi)和液壓系統(tǒng)造價(jià)上升。

基于以上考慮，該熱軋機(jī)壓下液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分分析了熱軋機(jī)壓下缸的工況特點(diǎn)，制定了圖2所示的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。

圖2 熱軋機(jī)壓下液壓系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic illustration of hydraulic system of hot rolling mill

熱軋機(jī)壓下缸快速擺輥縫時(shí)只需克服壓下缸背壓及平衡缸過(guò)平衡力，壓下缸負(fù)載很小，而壓下缸在快速返回時(shí)僅需克服回油阻力，負(fù)載更小。高壓工況只存在于壓下調(diào)節(jié)階段。因此將熱軋機(jī)工況劃分為兩個(gè)階段，即快速擺輥縫和快速返回時(shí)的低壓大流量階段與壓下調(diào)節(jié)時(shí)的高壓小流量階段。

2 方案制定

如圖2所示的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，熱軋機(jī)壓下調(diào)節(jié)時(shí)由高壓泵供油，快速擺輥縫及快速返回時(shí)由高壓泵和兼做循環(huán)冷卻過(guò)濾泵的低壓泵同時(shí)供油。壓下缸背壓由主油路減壓后提供，并設(shè)有超壓溢流保護(hù)。背壓采用兩級(jí)壓力控制，壓下時(shí)采用小背壓減少軋制力損失，快速返回時(shí)采用大背壓保證返回速度。軋輥平衡也由主油路減壓后提供，平衡供油路設(shè)單向閥和蓄能器，壓下缸快速提升導(dǎo)致油源壓力降低時(shí)由蓄能器為平衡缸輔助供油，防止軋輥與壓下缸脫開(kāi)。每個(gè)壓下缸使用兩個(gè)伺服閥控制，壓下調(diào)節(jié)時(shí)由小流量伺服閥控制，快速擺輥縫及快速返回時(shí)由小流量伺服閥與大流量伺服閥同時(shí)控制，這樣既保證了壓下調(diào)節(jié)的精度和響應(yīng)要求又滿足了擺輥縫及返回時(shí)的快速要求。

3 參數(shù)確定

3.1 確定高壓泵流量，選擇高壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，考慮泄露和容積效率等因素選定高壓泵排量，高壓泵通常采用恒壓變量柱塞泵。由泵排量、預(yù)選電機(jī)轉(zhuǎn)速和最大軋制壓力計(jì)算高壓泵驅(qū)動(dòng)功率。

3.2 確定低壓泵流量，選擇低壓泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，考慮泄露和容積效率等因素選定低壓泵排量，低壓泵通常采用定量葉片泵，由泵排量、預(yù)選電機(jī)轉(zhuǎn)速和低壓系統(tǒng)壓力計(jì)算低壓泵驅(qū)動(dòng)功率。低壓系統(tǒng)壓力既要滿足壓下缸擺輥縫時(shí)活塞腔壓力能夠克服背壓(活塞桿腔壓力)和軋輥平衡缸的過(guò)平衡壓力，又要滿足壓下缸快速返回時(shí)大背壓的要求。

3.3 確定軋輥平衡回路蓄能器總?cè)莘e

在壓下缸快速提升時(shí)油源壓力將會(huì)顯著降低，無(wú)法再向軋輥平衡缸供油，平衡缸完全由蓄能器補(bǔ)油，此時(shí)平衡缸速度與壓下缸快速提升速度至少相同。由平衡缸最大行程和平衡缸直徑可計(jì)算出蓄能器補(bǔ)油容積，蓄能器總?cè)莘e為：

本系統(tǒng)中蓄能器作為補(bǔ)充油源，可取P0=P1，通常P1= (0.6～0.85)P2，其中P2即為高壓系統(tǒng)壓力，V0為選定蓄能器規(guī)格的公稱(chēng)容積。為提高蓄能器響應(yīng)速度，可采用多臺(tái)小容量蓄能器組成蓄能器組，單臺(tái)蓄能器容積即為V0/n(n為蓄能器個(gè)數(shù))。

通過(guò)以上計(jì)算可以確定該液壓系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

4 系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)要描述

熱軋機(jī)軋制過(guò)程中，為防止壓下調(diào)節(jié)時(shí)小流量伺服閥受到大流量伺服閥的影響，從而增加控制難度，在大流量伺服閥的進(jìn)油口和工作油口設(shè)計(jì)了電磁球閥YV5、YV6和YV8、YV9，軋制調(diào)節(jié)時(shí)將其關(guān)閉。電磁溢流閥YV1控制高壓泵的空載啟停，電磁溢流閥YV2控制低壓泵在熱軋機(jī)快速擺輥縫及快速返回時(shí)自動(dòng)由循環(huán)過(guò)濾狀態(tài)切換為輔助供油狀態(tài)，與高壓泵一起實(shí)現(xiàn)向壓下缸的大流量供油。電磁溢流閥YV7和電磁溢流閥YV10分別控制傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)壓下缸的自動(dòng)卸油和超壓溢流保護(hù)。電磁換向閥YV3控制軋輥平衡缸的平衡與撤除。電磁換向閥YV11控制背壓油路減壓閥及溢流閥的外泄油口直接接通回油或經(jīng)過(guò)溢流閥回油，從而實(shí)現(xiàn)大小背壓的自動(dòng)切換。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)該熱軋機(jī)壓下工況的詳細(xì)分析，制定的熱軋機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及參數(shù)選擇不但滿足了控制要求、保證了控制精度，且在節(jié)約了設(shè)備制造成本的同時(shí)降低了軋機(jī)的運(yùn)行成本，對(duì)該類(lèi)型熱軋機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有參考意義。

Design of Hydraulic System in Long Stroke Screwdown of Hot Rolling Mill

ZHANG Ruihong

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

Based on the analysis of working conditions of some hot rolling mill in hydraulic long stroke screwdown, the paper presented targeted design solution, design parameter determination and working principle of the hydraulic system taking into account of lowering manufacturing and operating costs.

hydraulic screwdown; hot rolling mill; hydraulic system

2015-03-16

張瑞虹(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要從事有色金屬加工設(shè)備流體方面的設(shè)計(jì)工作。

TG333.7

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1671-6795(2015)06-0056-03