朱松濤

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

八鋼1750熱軋產(chǎn)線1#步進梁為四連桿結構形式,步進梁是鋼卷運輸系統(tǒng)的的重要組成部分,其主要作用是將熱軋卷從快速運輸鏈接運輸送到回轉升降裝置上,并輸送到鋼卷庫,是整個產(chǎn)線鋼卷運輸系統(tǒng)的的關鍵核心設備。1#步進梁主要有平移機構和升降機構,升降機構采用由液壓缸帶動的連桿結構,活動梁前后兩端采用四連桿機構從而保證其升降的同步性。在現(xiàn)場使用過程中,在特定工況下多次發(fā)生步進梁抖動故障,造成設備的異常損壞。

文章通過模擬步進梁在該特殊工況下舉升系統(tǒng)的負載變化,結合液壓控制系統(tǒng)工作原理,查找步進梁在舉升過程中產(chǎn)生振動的原因。通過綜合計算及分析,對步進梁升降裝置液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化,消除了步進梁振動的問題,解決了長期制約生產(chǎn)的問題。

1 特定工況下步進梁形式

1#步進梁如圖1所示,共有從X1-X6六個卷位,連續(xù)生產(chǎn)過程六個卷位都有鋼卷。在生產(chǎn)結束前和檢修結束生產(chǎn)初期存在特定工況:即只有X1位置或X6位置放置1個鋼卷,其余X2、X3、X4、X5位置無鋼卷,此時1#步進梁呈現(xiàn)懸臂梁的特定工作狀態(tài)。

圖1 步進梁受力簡圖

G梁為活動梁質量,其質量為13272kg,其中鋼卷質量M1=28800kg,步進梁梁體長度L=15.9m,步進梁為均質梁。鋼卷間距為3m,液壓系統(tǒng)供油壓力為16MPa。E1、E2分別為升降架與梁體接觸點,E1、E2之間距離為Lh=9.4m,F11為1#油缸的載荷,F12為2#油缸的載荷。

2 特定工況載荷受力分析

因活動梁前后兩端采用四連桿機構,因此兩升降機構同步舉升。如圖2為升降架的幾何尺寸圖,E1、E2幾何尺寸相同,因其機械結構原因,E1、E2在舉升過程中沿著弧線CBA做同步運動。

圖2 E1位置受力分析

在整個舉升過程中,又分為兩部分進行,在運行軌跡為弧線CB階段,鋼卷位于鞍座,梁體上升過程中只有梁體自重G梁.在運行軌跡為弧線BA階段,活動梁接觸鋼卷,托舉鋼卷向上運動。直到最高位置,整個托舉高度為400mm。通過對其運行階段的受力分析,依據(jù)牛頓第二、三定律求解方程式:

式中:M1- 鋼卷質量,kg;

G梁-活動梁質量,kg;

升降油缸載荷;

Lh-兩升降架之間距離,m;

ρ-曲率半徑;

g-重力加速度,9.8N/kg。

x-活動梁在AD的移動距離,取值范圍為0-0.69312m。

通過計算得出F11、F12受力變換曲線。如圖3所示,活動梁還未托舉到鋼卷時,支點E1、E2沿著弧線CB運動,兩載荷相對平穩(wěn),且兩油缸的推力都為正值。當梁體運動到達B點時,活動梁接觸到A1位置的鋼卷,兩側油缸的載荷發(fā)生突變,E1位置油缸推力增大,E2位置油缸的推力變?yōu)樨撝?即梁體在該階段上升過程中E1處油缸成為主力工作油缸,E2處油缸給活動梁一個反作用力,保持梁體水平,且兩油缸保持同步上升。

圖3 油缸負載變換曲線

3 液壓控制系統(tǒng)分析

步進梁升降液壓控制系統(tǒng)采用兩組4WR型先導式比例換向閥配以ZDC型疊加式壓力補償器控制比例閥出口流量穩(wěn)定,通過A、B口液控單向閥和A口平衡閥實現(xiàn)可靠截止,從而實現(xiàn)單閥單缸的升降動作控制。該液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點是壓力補償器和比例換向閥配合使用時,在Pb>Pa的條件下油缸不受外負載的影響,可以保證兩件油缸運行速度一致,保證四連桿機構穩(wěn)定運行,工作原理見圖4。

圖4 所示為壓力補償器的工作原理圖

通過分析原理圖發(fā)現(xiàn),該液壓系統(tǒng)中疊加式壓力補償器安裝在液壓回路的主P口處。壓力補償器由于其特性,存在一個嚴重的缺點:即當Pb>Pa時,梭閥換向,Pb與P2連同。此時壓力補償器不能正常工作。在比例換向閥特定的開度條件下,由于壓力補償器功能失效,導致比例換向閥組進出口。

壓差△P發(fā)生變化,根據(jù)流量連續(xù)性方程:

通過特定工況下油缸受力分析可知,E2位置處油缸受力在弧度BA油缸壓力Pb>Pa,在弧度CB階段油缸壓力Pa>Pb,因此E2位置處油缸在弧度CB階段按設計要求穩(wěn)定運行,在弧度BA階段,因負載和壓力補償器原因,油缸不能按設計要求穩(wěn)定運行。E1位置處油缸在弧度CBA階段油缸壓力都是Pa>Pb,因此E1處油缸可以按設計要求平穩(wěn)正常運行。

綜上所述,由于在特定工況下E2處負載壓力的因素,影響壓力補償器性能,導致兩件油缸的伸出速度不一致,并且兩油缸安裝在同一四連桿裝置中,因運行速度不一致導致該梁體結構產(chǎn)生振動。

4 改進措施

通過原因分析可知,由于E2處油缸負載(油缸兩腔壓力Pb>Pa)原因,造成壓力補償器工作異常,從而造成機械結構異常振動?，F(xiàn)通過改進液壓控制系統(tǒng)。改進壓力補償器的工況,使該系統(tǒng)中壓力補償器供油側壓力始終大于回油測壓力。如圖5所示,現(xiàn)將液壓系統(tǒng)中A1口和A2口短接,B1口和B2口短接,(圖中紅色線條所示),使得在工作過程中負載壓力PA1=PA2,回油壓力PB1=PB2。因活動梁舉升過程中,始終有PA1>PB1,因PA1遠大于PB1因此有PA2>PB2。由此改進液壓系統(tǒng)后,該液壓控制系統(tǒng)中連接在主P口的兩件壓力補償器,就杜絕了因負載異常造成的壓力補償器中梭閥的啟閉問題。在先導式比例換向閥開口度一定的條件下,確保了該比例換向閥進出口的壓差△P穩(wěn)定 ,消除了因負載異常造成 的供油流量不穩(wěn)定現(xiàn)象,因流量不穩(wěn)定造成的液壓缸竄動和活動梁異常抖動的現(xiàn)象不再發(fā)生。

圖5 改進后液壓控制系統(tǒng)

5 結束語

通過對特定工況下八鋼1750熱軋產(chǎn)線1#步進梁產(chǎn)生抖動原因進行分析,優(yōu)化改進了1#步進梁的液壓控制系統(tǒng),以滿足壓力補償器穩(wěn)定工作的條件。生產(chǎn)實踐表明,改進后提高了液壓系統(tǒng)控制流量的穩(wěn)定性,解決了步進梁抖動的問題,設備運行穩(wěn)定可靠,為生產(chǎn)順行提供有力支撐。