高紫文　郭高升　于德榮

摘 要：常規(guī)的步進(jìn)式液壓系統(tǒng)只能通過增加冷卻器的冷卻能力來保持液壓系統(tǒng)的溫度；液壓站體積增大，由于泵的數(shù)量較多，導(dǎo)致整個(gè)油箱及附件加大；投資成本上升；能量消耗高。為了改善步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)以上缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種能量回收型的液壓系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)式；加熱爐；液壓節(jié)能裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.069

1 主要內(nèi)容介紹

步進(jìn)式加熱爐主要由步進(jìn)梁、升降斜軌、固定梁和升降液壓缸、平移液壓缸等組成。主要結(jié)構(gòu)示意如圖1：

鋼坯在加熱爐內(nèi)的運(yùn)行，是通過步進(jìn)梁的上升、前進(jìn)、下降、后退的循環(huán)來完成的。步進(jìn)梁的上升是通過升降液壓缸來完成，下降靠自重就能完成。前進(jìn)和后退靠平移液壓缸很小的力就能完成。

常規(guī)的步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是通過幾臺恒壓變量泵來提供流量。由于負(fù)載的不均衡，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的最大功率只能按照步進(jìn)梁提升時(shí)的最大功率來配置。因此，常規(guī)的步進(jìn)式液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)比較明顯：裝機(jī)功率大；步進(jìn)梁下降時(shí)的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)發(fā)熱，只能通過增加冷卻器的冷卻能力來保持液壓系統(tǒng)的溫度；液壓站體積增大，由于泵的數(shù)量較多，導(dǎo)致整個(gè)油箱及附件加大；投資成本上升；能量消耗高。為了改善步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)以上缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種能量回收型的液壓系統(tǒng)。

2 傳統(tǒng)的步進(jìn)式加熱爐液壓系統(tǒng)簡介

2.1 概述

以棒材廠第二軋鋼車間步進(jìn)式加熱爐為例，二軋車間步進(jìn)式加熱爐設(shè)計(jì)采用5臺90KW的恒壓變量泵，來驅(qū)動以下液壓缸的動作：

步進(jìn)機(jī)械提升液壓缸： 280/200-1170*2，上升流量：333/min*2，下降流量：163 l/min *2；步進(jìn)機(jī)械平移液壓缸：1*200/140-640，前進(jìn)流量：105l/min，后退流量：207l/min。

從以上參數(shù)可以看出，整個(gè)液壓系統(tǒng)的負(fù)載狀況很不平衡。步進(jìn)梁上升時(shí)最大流量達(dá)到了666L/min。而平移的液壓缸動作最大流量只有207l/min。為了保證加熱爐的步進(jìn)周期，液壓系統(tǒng)只能按照最大流量來設(shè)計(jì)。

2.2 主要液壓參數(shù)

系統(tǒng)壓力：18Mpa，系統(tǒng)流量：780L/min，油箱容積：8m3，電機(jī)功率：90KW*4（其中四臺工作、一臺備用），循環(huán)泵電機(jī)功率：7.5kw*2，液壓缸上升速度：90mm/s。

2.3 液壓原理

如果能采取合適的方法地降低步進(jìn)梁提升流量，便可以減少比例方向閥的通徑。在保證步進(jìn)周期的同時(shí)，降低成本，而且更便于維護(hù)。

3 能量回收加熱爐改造方案

（1）功能概述。綜合考慮加熱爐的運(yùn)動工況，如果給加熱爐提升框架提供一個(gè)液壓平衡裝置，始終對加熱爐的提升框架提供一個(gè)支撐力。這個(gè)支撐力可以平衡掉整個(gè)提升框架的重量和部分鋼坯的重量。這樣，液壓系統(tǒng)就可以以較小的力來完成提升運(yùn)動。這個(gè)液壓平衡裝置有以下特點(diǎn)：1）可以提供盡可能適應(yīng)負(fù)載重量的平衡力。無論是加熱爐處于負(fù)載增加狀態(tài)還是負(fù)載減小狀態(tài)。平衡力和負(fù)載相匹配；2）適應(yīng)舊加熱爐改造，從而不改變設(shè)備基礎(chǔ)和框架的機(jī)械結(jié)構(gòu)；3）較高的平衡效率，平衡效果越高，則節(jié)能效果越好；4）在減少液壓系統(tǒng)提升力的同時(shí)也減小液壓系統(tǒng)的流量，這樣，整個(gè)液壓系統(tǒng)電機(jī)、泵、油箱、過濾器、冷卻器的參數(shù)都可以減少。

（2）能量回收型加熱爐升降液壓缸采用特殊的結(jié)構(gòu)。用來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)機(jī)械的平衡。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)小流量控制大液壓缸的加減速控制。主要包括以下內(nèi)容：1）能量儲存單元；2）能量回收單元；3）液壓控制閥臺；4）電氣控制系統(tǒng)；5）中間管線。

（3）改造范圍。1）增加能量儲存單元。能量儲存單元采用皮囊蓄能器組。根據(jù)計(jì)算。選擇40L的皮囊蓄能器20個(gè)。①足夠大的容積； ②可靠地工作壽命； ③壓力波動?。虎芷胶鈮毫ψ赃m應(yīng)于負(fù)載；2）能量回收單元。能量回收單元2個(gè)，即具有能量回收功能的液壓缸，替代原有的加熱爐液壓缸，其輸出力和控制速度完全符合原有的加熱爐液壓缸；3）液壓控制閥臺。改造需要更換部分液壓控制閥臺，閥臺主要由比例閥、單向閥、插裝閥、流量閥等組成。液壓控制閥臺主要完成以下功能：①液壓平衡裝置的加速減速控制功能；②能量回收和常規(guī)控制的切換功能；③平衡壓力的控制功能；④平衡裝置的位置鎖定功能；4）電氣控制系統(tǒng)。增加電氣控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①液壓平衡裝置的加速減速控制功能；②能量回收和常規(guī)控制的切換功能；③平衡壓力的控制功能；④平衡裝置的位置鎖定功能；⑤控制壓力信號的采集和處理功能；⑥故障診斷功能；5）中間管線。增加部分中間管線。

（4）改造后效果。根據(jù)計(jì)算，改造后采用一臺90KW的電機(jī)。即可完成加熱爐的動作。改造成本通過節(jié)省的電能半年內(nèi)回收。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛偉，楊鵬飛，任源，彭常戶.步進(jìn)式加熱爐溫度均勻性研究[J].科技傳播，2013（01）.

[2]孫延剛.黑體技術(shù)在步進(jìn)式加熱爐的應(yīng)用[J].工業(yè)爐，2012（02）.

作者簡介：高紫文（1981-），男，山東章丘人，本科，工程師，主要從事冶金設(shè)備管理工作。