管建峰 王遠飛 戚志文

(1.常熟理工學(xué)院,江蘇 常熟 215500，2.?？耸匪芰现破?太倉)有限公司，江蘇 蘇州 215500)

0 引言

液壓比例技術(shù)隨著時代發(fā)展，應(yīng)用生產(chǎn)諸多領(lǐng)域。為響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，常熟市盈豐鋼管有限公司天然氣步進爐進行設(shè)計改造，涉及到步進爐動梁液壓驅(qū)動比例控制技術(shù)，液壓回路設(shè)計、液壓元件選型、比例控制等。在選擇液壓元件時要考慮工況所需載荷、速度，流體的流量、壓力等通過AMESim分析比較，擇出優(yōu)解，避免因型號參數(shù)不適導(dǎo)致高能耗，功率損耗，大梁慣性沖擊等問題。

1 步進爐動梁液壓系統(tǒng)的工作分析

步進爐動梁液壓驅(qū)動主要是用于實現(xiàn)動梁的升與降、前進與后退，其4個運動過程組成1個周期，2個油缸循環(huán)運動見圖1油缸循環(huán)運動圖：首先升降液壓缸伸出，利用斜板推動大梁上升，然后平移液壓缸伸出，將已經(jīng)上升的動梁向前推進，再次升降液壓缸收縮，使動梁沿著斜板下降，最后平移缸收縮，使動梁后退回起點并準(zhǔn)備下一次的循環(huán)。動梁按照矩形運動軌跡[1,2]對鋼坯實現(xiàn)步進輸送，動梁與所運載的鋼坯重量比較大，具有很大慣性質(zhì)量，需要對液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)加速度加以控制，以保證在上升過程中緩慢托起，下降過程中緩慢放下，存在加速、勻速、減速過程，并且在平移過程中也有2次加速、勻速、減速。

圖1 液壓油缸循環(huán)運動圖

2 油缸運動參數(shù)要求及AMESim液壓原理圖

天然氣步進爐動梁的上升與下降由傾斜放置液壓油缸推動，平移過程由水平液壓缸前進與后退來驅(qū)動，具體兩油缸運動參數(shù)如圖所示(見圖2)。

圖2 抬升油缸、前后運動油缸運動參數(shù)

圖3 電液比例控制液壓原理圖

液壓系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：最大載重5t、步進周期：14.08s、步進動梁升降行程120mm、水平移動300mm、斜軌角度13°、動梁自身重量2t、物料重量2.25t、抬升速度40～50mm/s、平移速度75～88mm/s。

根據(jù)相關(guān)參考文獻和分析步進爐的運動要求和控制要求，考慮運動參數(shù)可調(diào)性，設(shè)計相關(guān)電液閥控液壓系統(tǒng)AMESim原理圖如圖3所示，在AMESim軟件中構(gòu)建模型草圖，元件1代表升降油缸，元件8代表平移油缸，元件1～7模擬升降回路，元件8～12模擬的是平移回路，元件13～22模擬液壓源。

3 部分液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算和選型

經(jīng)過液壓系統(tǒng)的負(fù)載循環(huán)、速度循環(huán)、功率循環(huán)及相關(guān)的分析后得知：

升降液壓缸在啟動時負(fù)載最大，其推力為7.33×104N,初步設(shè)計油缸活塞直徑D=125mm,活塞桿直徑d=0.707×D=90mm；液壓缸工作壓力為6MPa，設(shè)升降液壓缸的最大流量為qmax，液壓缸的最大速度為0.23m/s，計算升降過程中液壓缸的最大流量qmax=Avm=2.8×10-3m3/s,即168L/min；升降油缸在上升階段的啟動階段為6.01MPa；壓力損失取0.5MPa，得：泵的最大工作壓力為6.5MPa；此系統(tǒng)中，升降油缸與平移油缸不是同時運動，所需流量最大值為升降缸流量的最大值，即168L/min，取KL為1.1，溢流閥的最小溢流量為2L/min，經(jīng)公式(qp≥KL∑qmax)計算后得到液壓泵最大流量qp為187L/min,選泵18型號為200 GY14-1B，公稱壓力為20MPa，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，公稱流量為200L/min。計算功率為p=75.2kW,選用電動機的型號為YR250M-6，電機功率為90kW。

比例溢流閥15壓力約為最大工作壓力的1.1～1.3倍，公稱壓力為7MPa，選比例溢流閥的型號為S-BSG-06-3C2-A200-L-51，調(diào)壓范圍為0.4～25MPa，最大流量為200L/min，比例溢流閥的輸入信號為周期性方波，實現(xiàn)適當(dāng)卸荷，輸入信號如圖4所示，最大輸入70mA,最小輸入信號60mA。

二位三通比例換向閥4，由油缸最大流量和最大壓力選換向閥的型號為3BYL-250B，該閥最高公稱壓力為25MPa，額定流量為250L/min，流量調(diào)整范圍為2.5～250L/min，給該閥以信號如圖5所示，使其能與缸的運動相匹配。

系統(tǒng)的最高工作壓力P1為7MPa，維持系統(tǒng)工作的最低工作壓力P2為1MPa，選用蓄能器：Q-L10/10-L-H。

三位四通電液比例換向閥6：4WRZ10EA25-30B M，該型號的通徑為10mm，主閥流量為270L/min，主閥工作壓力為32MPa，給其信號圖6所示。

圖4 電液比例溢流閥輸入電信號圖(mA)

圖5 二位三通比例閥輸入信號圖

平移回路液壓元件的參數(shù)計算及選型,與升降回路參數(shù)計算分析：最終得出平移回路液壓元件清單如下：蓄能器：NXQ-L10/10-L-H；三位四通電液比例換向閥：4WRZ 10 EA 25～30B M；減壓閥：DR 10 DP 2～40/75 M；信號控制類推(略)。

升降油缸利用AMESim軟件進行仿真，已有參數(shù)值默認(rèn)，不能得到比較好的液壓缸速度圖、流量圖、壓力圖，通過批處理比較，修正差動連接處的二位三通換向閥的壓降值(比例電磁閥的壓降一般為0.5～2MPa,代入壓降值0.1、1、2MPa得出速度、流量、壓力曲線，對比后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壓降值設(shè)2MPa時，得較為完善流量曲線見圖7、速度曲線見圖8、壓力曲線見圖9。

對于主回路為達到節(jié)能的目的，將比例溢流閥15的輸入信號設(shè)定一個范圍圖4所示，達到仿真：當(dāng)升降缸工作時給定70MPa的所需信號，當(dāng)平移缸工作時給定60MPa的所需信號，優(yōu)化狀態(tài)最好。

圖6 7號元件信號源輸入信號

圖7 速度曲線圖

圖8 壓力曲線圖

圖9 壓力曲線圖

對于平移回路用升降回路為例，采用同樣的處理方法，最終得到：當(dāng)比例換向閥10的壓降為0.6MPa時也得到一組速度、流量以及壓力的相對合理曲線(略)。

5 結(jié)束語

在AMESim軟件中繪出兩缸的原理圖，設(shè)置它的參數(shù)可以模仿出設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況；結(jié)合節(jié)能與優(yōu)化的要求，選擇出適合的元器件的型號在AMESim軟件中通過不斷修正參數(shù)，替換合適的元件，最終得出更適宜結(jié)果，從而在保證設(shè)備性能前提下，節(jié)約對設(shè)備成本的投入和滿足節(jié)能可靠的要求。