0 前言

步進(jìn)加熱方式克服了直推式加熱時鋼坯下表面與支撐梁（固定梁）移動摩擦所產(chǎn)生的表面磨損；同時，克服了直推式的鋼坯間相互靠攏的情況，可以使鋼坯散開通過爐底，有利于鋼坯加熱。由于步進(jìn)加熱獨特的優(yōu)越性，使其在現(xiàn)代冶金工廠得到了廣泛應(yīng)用。步進(jìn)梁采用液壓傳動，使傳動結(jié)構(gòu)簡單，省去了一套凸輪、齒輪機構(gòu)，占地面積小，且傳動平穩(wěn)，容易實現(xiàn)自動控制，因此步進(jìn)加熱爐傳動裝置一般都采用液壓驅(qū)動。

下面就棒線材步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)作一分析說明：

根據(jù)工藝和設(shè)備的要求，一般的棒線材步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)有：

升降缸 Φ280/Φ180×685 2臺

平移缸 Φ200/Φ125×260 1臺

步進(jìn)梁上升，步進(jìn)梁前移，步進(jìn)梁下降，步進(jìn)梁后退到原始位置，完成一個工作循環(huán)。

工作周期一般要求在36S左右，步進(jìn)梁的速度曲線如下圖（圖1）所示：

1 確定液壓系統(tǒng)的流量、工作壓力以及泵的規(guī)格

首先根據(jù)坯料的重量和步進(jìn)梁重量，可以確定液壓系統(tǒng)的工作壓力：

通過計算，該液壓系統(tǒng)的工作壓力為15MPa。

液壓系統(tǒng)的流量可以根據(jù)液壓缸的速度來確定：

確定液壓缸的速度是一件很重要的事情。如果液壓缸的速度取的過小，則步進(jìn)梁的工作周期可能不能保證；如果液壓缸的速度取的過大，則一方面控制閥的規(guī)格可能選的很大，另一方面會造成系統(tǒng)的穩(wěn)定性差、系統(tǒng)的沖擊大。

根據(jù)負(fù)載的慣性、液壓缸活塞的行程和工作周期的要求和實際的經(jīng)驗，我們把升降缸的最大速度設(shè)定為100mm/S。平移缸的最大速度為110 mm/S，

因為升降缸和平移缸不會同時工作，升降缸所需流量大于平移缸所需流量。加熱爐液壓系統(tǒng)的流量只需滿足步進(jìn)梁升降缸工作時所需流量就可以了。

上升時升降缸有桿腔所需最大流量為：

下降時升降缸無桿腔所需最大流量為：

由于本液壓系統(tǒng)升降缸下降時無桿腔的控制回路采用的是差動回路，同時步進(jìn)梁的下降是靠自重來進(jìn)行的，無需供給壓力油。此時高壓油泵處于卸荷狀態(tài)，卸荷回路的油和升降缸有桿腔的油同時供給升降缸無桿腔。

取系統(tǒng)高壓油泵流量為：

Q1+Qm=477+433=910 l/min > Q2

因此卸荷回路的油和升降缸有桿腔的油可以滿足步進(jìn)梁的下降時升降缸無桿腔的需要。

這樣我們可以確定系統(tǒng)流量為：

因此我們確定選用三臺泵，二用一備，泵的額定流量為240。

根據(jù)泵的額定流量和工作壓力，根據(jù)元件選型手冊，可以確定該泵的型號。

根據(jù)系統(tǒng)工作壓力和泵的額定流量，我們可以確定每臺電機的功率：

N=240*150/612*.9=65kW

確定電機為Y280S-4 75kW 1480rpm

控制回路和控制閥的選擇：步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的控制回路主要有升降缸控制回路和平移缸控制回路。

升降缸控制回路：因為步進(jìn)梁在整個工作過程中動作要平穩(wěn)，輕抬輕放，運動速度要求有連續(xù)的變化，不能有沖擊。因此，升降和平移的控制主閥選用比例閥，通過對比例閥的電磁鐵電流的控制，可以相應(yīng)的控制比例閥主閥芯的開口度，進(jìn)而控制比例閥的進(jìn)出口流量。因此通過連續(xù)地改變比例閥的電流，就可以連續(xù)地控制執(zhí)行機構(gòu)油缸的速度，以滿足工作要求。

在升降缸控制回路中，為了防止因負(fù)載的改變而引起比例閥的流量的變化，在比例閥的進(jìn)口。我們安裝了一個壓力補償器，確保比例閥的進(jìn)出口壓差恒定。

此壓力一般調(diào)定在左右，在系統(tǒng)壓力足夠的情況下，有時可以將該壓力調(diào)定到，此時通過比例閥的額定流量將會有很大的增加，假如原來選擇的比例閥是DN32通徑，通過調(diào)高此壓力，我們就有可能選擇DN25的比例閥，降低投資成本。

我們確定升降缸控制回路如（圖2）所示。

因為回路流量較大，所以元件采用插裝閥。

通過比例閥的額定流量為，根據(jù)元件選型手冊，可以確定該比例閥的型號。

本控制回路是一差動回路，這正是本液壓系統(tǒng)的一大特點。步進(jìn)梁的下降是靠自重來進(jìn)行的，無需供給壓力油。此時高壓油泵處于卸荷狀態(tài)，卸荷回路的油和升降缸有桿腔的油同時供給升降缸無桿腔。在整個步進(jìn)梁的下降過程中，電機無負(fù)荷運轉(zhuǎn)，對電能是一個很大的節(jié)約。

如果我們不采用差動控制回路，而采用如下圖（圖3）所示控制回路：

此時，升降缸下降時無桿腔所需最大流量為。

系統(tǒng)流量為 ：

同樣我們選用三臺泵，二用一備，泵的額定流量增加為 406

這樣整個液壓系統(tǒng)的投資成本增加了許多，同時流量的增加也帶來了電能耗的增加。

所以差動控制回路的采用，可以為整個液壓系統(tǒng)帶來很多的好處。

另外有一點非常重要。在圖三中，件37平衡閥必須緊靠油缸安裝，平衡閥和油缸之間不能有軟管。否則，當(dāng)軟管發(fā)生爆裂時，平衡閥起不到保護(hù)作用，步進(jìn)梁就會快速下降，造成破壞，后果不堪設(shè)想。切記此點！

平移缸控制回路：我們確定平移缸控制回路如下圖（圖4）所示：

在平移缸的前進(jìn)和后退過程中，油缸速度需要由，保持，由，速度要求能夠連續(xù)改變。因此需要由比例閥來控制平移缸的運動過程，因為平移時負(fù)載的變化不會很大。所以，此比例閥前就不需要再安裝一個壓力補償器?？紤]到步進(jìn)梁的質(zhì)量比較大，為安全起見，在油缸的進(jìn)出口需加有安全閥，件42。同時，為了平移缸的準(zhǔn)確定位，此回路中還加有兩個液控單向閥，件40。該元件需與件41相配合使用。

平移時流量為 ：

根據(jù)元件選型手冊，可以確定該比例閥的型號。

油箱及輔助實施：根據(jù)系統(tǒng)流量，本油箱體積確定為6m3 。

因為加熱爐液壓系統(tǒng)是一個帶比例閥的液壓系統(tǒng)，油液清潔度要求比較高，要求達(dá)到NAS7級。為此，我們在液壓系統(tǒng)中共設(shè)計了三重過濾（見圖5）。在泵的出口加有高壓過濾器；在油箱的回油口設(shè)有回油過濾器；同時還設(shè)有一循環(huán)冷卻過濾系統(tǒng)。每種過濾器本身都帶有堵塞報警裝置，在過濾器堵塞時報警，通知工作人員及時切換、清洗濾芯，保證過濾器每時每刻都能正常工作。通過這些措施，可以很好地讓液壓元件工作在清潔的環(huán)境中，極大地提高了元器件的工作壽命，減少了系統(tǒng)的故障率。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，自動化控制在液壓系統(tǒng)里的運用越來越多，對比以往的液壓系統(tǒng)，本系統(tǒng)在此做了一些有益的改良（見圖5）。

（1）本系統(tǒng)的油箱液位和油溫檢測，選用了帶模擬量輸出的控制元件，其液位和油溫參數(shù)可以適時地在計算機畫面上顯示，直觀而又快捷。

（2）在每臺泵的出口設(shè)有一個帶模擬量輸出的壓力控制元件，可以每時每刻監(jiān)控泵的工作情況，如果泵的工作狀態(tài)不正常，馬上在主控室控制畫面上就會有顯示，此時在主控室就可切換備用泵，非常方便。

（3）在總壓力管上設(shè)有一個帶開關(guān)量輸出的壓力控制元件，可以每時每刻監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況，如果系統(tǒng)的工作壓力不在正常的數(shù)值內(nèi)，壓力控制元件立刻向主控室報警，通知工作人員檢查系統(tǒng)，查明情況。

以上這些措施對液壓系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理和故障的及時診斷提供了有力的保證。

2 結(jié)語

至此，一個加熱爐液壓系統(tǒng)的大的框架基本上就確定了。進(jìn)一步的詳細(xì)計算和選型，在此就不一一描述了。總之，我們設(shè)計的加熱爐液壓系統(tǒng)必須是合理的、經(jīng)濟的、高效的，這樣才能有效地為生產(chǎn)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱新才.步進(jìn)加熱爐液壓控制系統(tǒng)[J].機床與液壓，2002.

[2]王志亮.步進(jìn)梁式加熱爐比例控制可靠性研究[D].燕山大學(xué)，2009.

[3]謝玲.步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)分析及改造[J].冶金設(shè)備，2008.

作者簡介：邵長青（1982-），男，山東棗莊人，大專。