戴啟鵬,何佳鑫,王朝輝,崔品楠,呂昌龍
(遼寧忠旺集團有限公司,遼寧 遼陽 111000)
鋁傾斜式旋轉(zhuǎn)熔煉爐液壓原理如圖1所示。系統(tǒng)有兩部分,一是由循環(huán)泵、冷卻器、過濾器、油箱組成循環(huán)冷卻系統(tǒng),二是由恒壓變量柱塞泵、過濾器、比例換向閥和定量馬達組成的開式系統(tǒng)。
電機6帶動泵7啟動,油液經(jīng)單向閥10過濾器11到比例換向閥12的P口,溢流閥8得電系統(tǒng)升壓,同時,比例換向閥12的b得電,油液經(jīng)比例換向閥12、平衡閥15的單向閥到液壓馬達19,馬達正轉(zhuǎn),回油經(jīng)過平衡閥16、比例換向閥12回油箱。壓力傳感器9、15、16用于檢測系統(tǒng)及工作壓力,溢流閥17、18用于保護馬達,馬達與轉(zhuǎn)爐之間采用齒輪箱連接。
在加熱初段,需要一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)是由馬達驅(qū)動,負載變化直接影響馬達的壓力。隨著爐內(nèi)鋁料增多,油壓升高。爐內(nèi)鋁料的拋跳,馬達的壓力波動范圍增大,造成旋轉(zhuǎn)熔煉爐無法作業(yè)。主要原因如下:
(1)比例換向閥導(dǎo)閥卡閥后磨損,比例放大板容易燒毀。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)爐體上的轉(zhuǎn)速傳感器輸出一個4~20mA的電流信號來調(diào)節(jié)比例換向閥的閥口開度,按PID算法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。而爐內(nèi)混合料的拋跳,使馬達工作壓力上下波動,在閥口開度不變的情況下,造成閥前后壓差變化,使馬達流量不穩(wěn),比例換向閥控制電流不斷調(diào)整,極容易造成卡閥和比例放大板燒毀。
(2)馬達配油盤的磨損,馬達溢流閥密封損壞。上面提到的爐內(nèi)混合料的拋跳,使馬達的工作壓力上下波動,波動范圍8~22MPa。按每天工作八小時計算,運行2個月馬達壓力波動5萬次左右,出現(xiàn)馬達開始喘氣,扭矩急速下降。拆解發(fā)現(xiàn)其配油盤磨損嚴重,有1~1.5㎜的間隙,使馬達泄漏變大,輸出功率降低。另外,馬達回油腔溢流壓力調(diào)定為23MPa,消除了部分沖擊,相當于拋跳一次溢流閥工作一次,并將馬達高壓腔壓力高頻溢流到低壓腔的液壓能大部分轉(zhuǎn)化成熱能,加劇了閥組及馬達密封件高溫疲勞沖擊損壞。
圖1
圖2 改進后的閉式液壓原理
在鋁加熱中段,需要提高馬達旋轉(zhuǎn)速度,保證鋁液充分沖刷混料,使其加熱均勻,達到快速融化目的。此時,馬達的流量比較大,壓力也比較高,而在加熱中,段爐內(nèi)混合料拋跳引起的壓力波動稍微降低,大約為8~16MPa,造成比例換向閥開口的壓差增大,通過閥口的液壓能轉(zhuǎn)換成熱能,造成系統(tǒng)溫升快,能耗加大。本系統(tǒng)中平衡閥壓力調(diào)定數(shù)值為24MPa,導(dǎo)壓比為3:1,需要8MPa的開啟壓力打開平衡閥,而實際空爐只需4~5MPa,這就造成系統(tǒng)中的部分液壓能被消耗而轉(zhuǎn)換成熱能。
通過以上故障分析及對比,設(shè)計出一種不受壓力波動影響,控制穩(wěn)定性高且節(jié)能的液壓系統(tǒng)成為關(guān)鍵。如圖2所示,本系統(tǒng)分兩部分,一是由循環(huán)泵、冷卻器、過濾器、油箱組成的循環(huán)冷卻系統(tǒng)。二是由變量泵組、沖洗閥組、蓄能器、溢流閥組、油源閥組、比例換向閥和低速大扭矩馬達組成的閉式系統(tǒng)。
電機6驅(qū)動泵7工作,比例換向閥9得電換向到左側(cè),補油泵22的油經(jīng)單向閥23、高壓過濾器24、三通接蓄能器28和比例換向閥9進入泵伺服油缸8,使泵的斜盤傾斜一個角度,泵7排油經(jīng)上部管路進入低速大扭矩馬達21。馬達驅(qū)動爐正轉(zhuǎn),馬達21回油經(jīng)下部油道到泵7的低壓側(cè),形成了一個封閉循環(huán)油路。同時,高壓油使沖洗閥19下移,一部分熱油從馬達的低壓側(cè)經(jīng)沖洗閥的回油溢流閥20流回油箱。補油泵22的冷卻油經(jīng)下部單向閥17也流進低壓側(cè),使系統(tǒng)中的油液能更新一部分。通過比例換向閥9控制進入變量柱塞泵伺服油缸8油量,來調(diào)節(jié)變量泵斜盤的擺角大小,實現(xiàn)改變泵排量的大小達到調(diào)速目的。若出現(xiàn)馬達過載,則高壓油從上部的溢流閥10溢流,這時變量泵能自成回路,而馬達減速或停止,達到保護機件的目的。若比例換向閥9回到中位,變量柱塞泵的伺服油缸中的油液泄空,變量泵的斜盤恢復(fù)到中位,柱塞泵不再排油,此時,沖洗閥在液壓壓力平衡也會慢慢回到中位,切斷了兩腔通往油箱油路,整個閉式液壓系統(tǒng)制動。改進后的閉式液壓系統(tǒng)除了主油路回路外,還有補油泵回路、液壓馬達軸承沖洗回路、制動停車輔助回路。
補油回路的作用是:(1)不斷向閉式系統(tǒng)提供足夠的油液,補償元件的泄漏。(2)將系統(tǒng)中的熱油從沖洗閥交換出來,保證回路得到冷卻和過濾;(3)向主泵比例換向控制閥提供油源,保證變量泵正常變量。
此回路是通過對馬達軸承進行沖洗,有效減低爐熱輻射影響,將馬達高壓內(nèi)泄出來的熱油帶回油箱進行冷卻,保護了馬達密封件,延長了馬達使用壽命。
當電機帶動主泵運行時,油泵起壓,通過油源閥組電磁方向閥通斷,來控制制動器的開啟和關(guān)閉,以達到馬達停止時鎖住馬達的作用。
改進后的鋁傾斜式旋轉(zhuǎn)熔煉爐,采用了閉式液壓系統(tǒng),其系統(tǒng)無節(jié)流損失,基本不受負載波動影響,傳動平穩(wěn)控制精度高,降低了能耗,提高了工作效率。