粗軋機(jī)上支承輥平衡液壓回路優(yōu)化

廖永鋒

(寶山鋼鐵股份有限公司 上海 200941)

1 前言

寶鋼1880熱軋R2粗軋機(jī)采用的是日本三菱設(shè)計(jì)制造的可逆式四輥軋機(jī)，自2007年3月投產(chǎn)以來，其上支承輥的平衡狀態(tài)都不太穩(wěn)定，振動沖擊大，曾多次造成上支承輥油膜軸承損壞，雖然采取了放大了油膜軸承的潤滑油量，改進(jìn)油膜軸承襯套制作工藝等措施，油膜軸承狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)，但問題依然存在；另外也經(jīng)常造成上支承輥平衡油缸缸蓋密封損壞的漏油故障，對設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)順行的影響都非常大。

本文將對1880熱軋R2粗軋機(jī)上支承輥的平衡狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析，找出上支承輥平衡系統(tǒng)不穩(wěn)定的根本原因，并對平衡液壓回路進(jìn)行優(yōu)化，來改善上支承輥的平衡狀態(tài)，提高上支承輥油膜軸承及平衡油缸的使用壽命。

2 上支承輥平衡系統(tǒng)簡介

R2粗軋機(jī)是熱軋帶鋼生產(chǎn)線上的核心設(shè)備，其上支承輥平衡裝置的主要作用是平衡上支承輥、安全臼及壓下絲桿等部件的重量，消除軋機(jī)垂直鏈方向的間隙，確保良好的輥縫精度。1880熱軋R2上支承輥平衡裝置由8個平衡油缸組成，這8個油缸布置在軋機(jī)窗口內(nèi)的4個平衡凸塊內(nèi)，即在每個平衡凸塊內(nèi)布置了2個上支承輥平衡缸。

這些平衡缸由軋輥平衡液壓系統(tǒng)提供動力源，實(shí)現(xiàn)上支承輥的平衡動作。其液壓回路原理圖如圖1所示，共有三種控制功能：

1)平衡功能：S3227、S3228電磁閥的A得電，S3229電磁閥不得電處于中位，這時平衡缸兩腔壓力均為高壓20.6MPa，利用平衡缸兩腔的面積差所形成的壓力來提供平衡力，實(shí)現(xiàn)上支承輥輥系的平衡功能。

2)換輥及提升功能：S3227、S3228電磁閥的B得電，S3229電磁閥的A得電，這時平衡缸無桿腔壓力為高壓20.6MPa，有桿腔的壓力為0回油，實(shí)現(xiàn)上支承輥的換輥及提升功能。

3)下降功能：S3227電磁閥的B得電，S3228電磁閥的A得電，S3229電磁閥的B得電，這時平衡缸有桿腔壓力為高壓20.6MPa，無桿腔的壓力為0回油，實(shí)現(xiàn)上支承輥的下降功能。

圖1 原有R2上支承輥平衡液壓回路原理

3 上支承輥平衡狀態(tài)分析

3.1 上支承輥輥系平衡總重量計(jì)算

需要平衡的上支承輥輥系部件主要有1套上支承輥總成、2根壓下絲桿和2個壓下安全臼。

其中，上支承輥總成主要由支承輥輥?zhàn)?、操作?cè)油膜軸承及軸承座、傳動側(cè)油膜軸承及軸承座、軸承座所有襯板、2個止推軸承以及鎖緊裝置等，合計(jì)重量G1約為819280N。2根壓下絲桿及2個安全臼重量G2約為119560N。則上支承輥輥系平衡總重量G為938840N。

3.2 上支承輥液壓平衡力計(jì)算

R2上支承輥平衡裝置共有8個平衡缸，油缸規(guī)格：Ф100/Ф80×670，當(dāng)上支承輥處于平衡狀態(tài)時，油缸兩腔的壓力一樣，都是20.6MPa。

則油缸總的平衡力為：

=828375(N)

其中：d—油缸活塞桿直徑，mm；

p—油缸壓力，MPa；

n—油缸數(shù)量。

3.3 上支承輥輥系平衡狀態(tài)分析

根據(jù)上支承輥輥系平衡重量及油缸總的平衡力，可以計(jì)算出上支承輥輥系的過平衡系數(shù)為：

F—油缸總的平衡力，N；

G—上支承輥輥系平衡重量，N。

而一般來說，上輥輥系的過平衡系數(shù)取1.2～1.4[1]，說明上支承輥平衡缸的平衡力是偏小的，再加上R2軋機(jī)為可逆軋機(jī)，上輥系頻繁升降動作，非常容易造成上輥系接觸不良，導(dǎo)致軋機(jī)受到較大的沖擊振動，從而造成油膜軸承損壞等問題。另外，從R2軋機(jī)的工況條件可知，R2上支承輥平衡系統(tǒng)絕大部分時間都是處于平衡狀態(tài)，從目前的液壓控制回路可知，這時上支承輥平衡缸的有桿腔一直處于高壓20.6MPa的狀態(tài)，非常容易造成缸蓋密封的損壞，從而導(dǎo)致平衡缸缸蓋漏油問題。

因此，平衡力偏小是造成上支承輥平衡狀態(tài)不穩(wěn)定的根本原因。

4 平衡液壓回路優(yōu)化

4.1 優(yōu)化方案確定

由前面分析可知，要改善上支承輥的平衡狀態(tài)，就必須提高上支承輥輥系的平衡力，一般有以下三種方案：

1)通過增大平衡缸的缸徑來提高上支承輥輥系的平衡力。但該平衡缸處于牌坊窗口內(nèi)的凸塊內(nèi)，受到空間位置的限制，結(jié)構(gòu)尺寸無法擴(kuò)大，因此無法實(shí)施。

2)通過提高平衡缸無桿腔的壓力來提高上支承輥輥系的平衡力。但目前平衡缸無桿腔的壓力為20.6MPa，已經(jīng)等于該平衡液壓系統(tǒng)的壓力了，無法再調(diào)高。如果還要提高，必須對系統(tǒng)泵站進(jìn)行擴(kuò)容改造，改造量很大，性價比不高。

3)通過降低平衡缸有桿腔的壓力來提高上支承輥輥系的平衡力。即可以通過對上支承輥平衡液壓回路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，降低平衡缸有桿腔的壓力，來達(dá)到提高上支承輥輥系平衡力的目的。

對比以上三種方案可知，第3種方案性價比最高，其改進(jìn)思路為：對R2上支承輥平衡液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使R2上支承輥處于平衡狀態(tài)時，其有桿腔的壓力始終處于低壓，這樣，既能大大延長缸蓋密封的使用壽命，又能保證有桿腔內(nèi)始終有一定的正壓力，防止水、氧化鐵粉進(jìn)入油缸，污染油液，還能提高上輥系的平衡力，改善上輥系的接觸狀態(tài)，降低沖擊振動，從而提高油膜軸承的使用壽命。

4.2 平衡缸有桿腔壓力優(yōu)化

為了提高支承輥的平衡力，計(jì)劃采用第3種方案，即通過降低平衡缸有桿腔的壓力來實(shí)現(xiàn)，假設(shè)將上支承輥平衡缸有桿腔壓力由原來的20.6MPa降低到1.47MPa，則平衡力計(jì)算如下：

=1261085(N)

其中：D—油缸缸筒直徑，mm；

d—油缸活塞桿直徑，mm；

p1—油缸無桿腔壓力，MPa；

p2—油缸有桿腔壓力，MPa；

n—油缸數(shù)量。

則上支承輥輥系的過平衡系數(shù)K將由原來的0.88增加到了1.343，而一般來說，上輥輥系的過平衡系數(shù)取1.2～1.4[1]。因此，將平衡缸有桿腔的壓力從目前的20.6MPa優(yōu)化為1.47MPa，可以使上支承輥輥系的過平衡系數(shù)達(dá)到1.343，這樣就能夠滿足上支承輥輥系的平衡要求。

4.3 平衡液壓回路優(yōu)化

對R2上支承輥平衡系統(tǒng)液壓回路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，改進(jìn)方法為：在現(xiàn)有R2支承輥平衡閥臺基本不變的基礎(chǔ)上，拆除控制有桿腔的S3228電磁閥，更換上新設(shè)計(jì)的減壓閥、液流閥、新的S3228電磁閥及相應(yīng)的過渡閥塊。優(yōu)化后的液壓回路如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后R2上支承輥平衡液壓回路原理圖

4.4 控制功能優(yōu)化

液壓回路優(yōu)化后，需要對上支承輥平衡系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行相應(yīng)的修改，具體功能修改如下：

1)平衡功能：S3227、S3228電磁閥仍然是A得電，S3229電磁閥不得電處于中位，這時平衡油缸無桿腔壓力為高壓20.6MPa，有桿腔壓力為低壓，由減壓閥③和液流閥①來設(shè)定壓力，根據(jù)前面的壓力優(yōu)化計(jì)算值，將液流閥①的壓力設(shè)定為1.47MPa，這樣油缸兩腔的壓力差比較大，可大大提高平衡力，滿足上支承輥輥系的平衡功能。

2)換輥及提升功能：將S3228電磁閥由原來的B得電改為A得電，S3227電磁閥B得電、S3229電磁閥A得電保持不變。這時平衡油缸無桿腔壓力為高壓20.6MPa，有桿腔壓力為低壓1.47MPa回油，實(shí)現(xiàn)上支承輥的換輥及提升功能。

3)下降功能：將S3228電磁閥由原來的A得電改為B得電，S3227電磁閥B得電、S3229電磁閥B得電保持不變。這時平衡油缸有桿腔壓力為高壓20.6MPa，無桿腔的壓力為0回油，實(shí)現(xiàn)上支承輥的下降功能。

4)平衡功能時，由于有桿腔壓力已改成了低壓，因此還要取消原有的壓力開關(guān)PS3213大于16.7MPa的連鎖信號。

5 結(jié)束語

通過對上支承輥輥系平衡力的計(jì)算分析，得出平衡力偏小是造成上支承輥平衡狀態(tài)不穩(wěn)定的根本原因。并通過優(yōu)化平衡液壓回路及相應(yīng)的控制功能，使得上支承輥處于平衡狀態(tài)時，其有桿腔的壓力始終處于低壓，這樣就大大提高了上支承輥輥系的平衡力，徹底改善了上支承輥輥系的平衡狀態(tài)，降低了沖擊振動，從而大大提高了油膜軸承和平衡油缸的使用壽命，效果非常顯著。