1780 mm热连轧转台液压控制改进.pdf

DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2023.3046前言安钢1780 mm热连轧运输线是以步进梁和转台为主要设备，配套其它辅助设备的钢卷运输系统。其工艺流程为：带钢卷成钢卷后，经运卷小车卸卷，再由打捆机打捆，打捆完毕后钢卷经过01、02、03步进梁快速运至快速链，然后经快速链将卷取区域钢卷运到1#步进梁，再经过带转台的旋转提升机、2#步进梁、1#转台、3#步进梁、2#转台进入库区；钢卷到库区后经过4#、5#、6#、7#、8#、9#步进梁，1#、2#慢速链运往不同的钢卷库。其中转台主要位于钢卷运输线的三岔口处，对钢卷的分流、走向、运输效率起着至关重要的作用，是1780 mm热连轧运输系统的咽喉。现场转台如图1所示。（河南省安阳市安阳钢铁股份有限公司,河南 安阳 455004）摘 要：分析了运输线转台经常出现故障的原因，根据转台液压系统的工作原理，梳理存在的问题，通过局部改造，增加减压阀进行稳压，溢流阀进行超限控制，并调整比例阀控制参数，实现转台液压系统控制稳定，减少了转台故障，提高了转台运行效率，实现了运输线效率的大幅提升。关键词：转台；电磁换向阀；减压阀；溢流阀中图分类号：TH137 6文献标志码：B文章编号：1674-0971（2023）-002-04Li Yanfeng,Chen Quan,Shen Baojun,Liu Jiangwei（Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd Anyang 455004，Henan，China）Abstract:This study analyses the reason of frequent failures of transport line turntable.According to theworking principle of the hydraulic system of turntable,it sort out the existing problems,add pressure reducing valveto stabilize pressure,use overflow valve to control the overrunning and adjust proportional valve to match the pa-rameter,hydraulic system of turntable achieved control stability by partial innovation,reduce faults and improveoperating efficiency,the efficiency of transport line has been greatly improved.Keywords:turntable，electromagnetic directional valve，pressure reducing valve,overflow valve收件日期：2023-6-14作者简介：李艳峰（1978-），高级工程师，2005年毕业于北京科技大学机械工程与自动化，现供职于河南省安阳市安阳钢铁股份有限公司二炼轧作业部，主要从事液压设备研究。李艳峰陈全申保军刘江维1780 mm热连轧转台液压控制改进特钢技术Special Steel Technology第29卷 总第116期2023年第3期Vol.29（116）2023.No.3Improvement of hydraulic control on turntable of 1780 mm hot mill冶金设备与技术改造图1 转台实物图Fig.1 Photo of the turntable1转台液压系统状况及工作原理1.1转台液压系统改进前状况由于1780 mm热连轧运输线转台受空间限制，设计为一台液压马达与减速机集成的传动装置，以及控制液压马达传动装置转动的液压控制阀台组成。转台是运输线的咽喉，因此，运卷快慢取决于转台运转的快慢与稳定性。改进前，转台因阀台原理设计不合理，无法控制液压马达转速和力矩造成转台到达减速位时不能及时减速，到达停止位后仍然转动等问题，频繁出现转台将定位挡块撞坏、电气接近开关撞坏，液压马达无法降速撞击固定挡块的同时造成减速机行星齿轮损坏，而且更换一部液压马达和减速机需要5到6个h，直接影响生产节奏。为了保护转台减速机和相关元件不因此类问题损坏而造成的事故抢修，只能将转台运转速度降低，单向运转32 s，超出设计转速的四倍（原设计为单向运转为8 s），致使轧线生产严重受运输线效率制约。1.2转台各部件工作原理转台设计为一台液压马达与一台紧密配合的行星齿轮减速机作为主传动，一台比例方向控制阀叠加一台液控单向阀组成复合阀来控制液压马达的转速、转向。液压马达为派克 F11-019-MB型轴向柱塞马达；主要参数：最大转速535.7 r/min，最大排量19 cm3/rev，最大承受压力18 MPa，旋转角度90，旋转时间8 S。转台控制运转如图2所示。行星齿轮减速机为布雷维尼 ET3065型行星齿轮减速机，此减速机为紧凑型减速机，减速比为1:250，为主要工作于转台的传动装置。液压马达叠加减速机如图3所示。比例方向阀：为威格士 KDG4V-3S反馈型比例阀（图4），KDG阀是带两个电磁铁(C型)的比例方向阀。它在一个控制阀中合成控制流量、方向、加速和减速；KDG 阀芯可以连续定位，并根据电磁铁电流成比例的限制流量。主要提供阀芯换向控制和流量调整，用在不需要具有高精度、高重复性或快速响应的带反馈的比例阀或伺服阀的应用场合。液控单向阀（图4）：控制油液只能沿一个方向流动，另一个方向液控打开，当比例阀停止动作时，液控单向阀起定位保压作用，防止外力对转台减速机的外力冲击而引起的误动作及定位失误引起的步进梁撞坏转台事故。阀台改进前工作原理如图4所示。2转台液压系统缺陷分析及改进方案2.1设计缺陷由于转台承受的重量从十几吨到三十多吨。第29卷第3期李艳峰 陈全 申保军 刘江维：1780 mm热连轧转台液压控制改进图2 转台运作示意图Fig.2 Schematics of turntable operation图3 转台液压马达示意图Fig.3 Schematics of hydraulic motor of the turntable图 4 改进前阀台工作原理图Fig.4 Working principle of the valve table before theimprovement 57当运输大卷时，钢卷自重较大，给油量过少时无法转动，给油过大时钢卷自重较大，惯性较大，无法控制设备减速，造成转台撞掉固定台用的机械限位挡块，损坏行星齿轮减速机，形成事故，给油量适中几乎很难做到。因此，给油一般偏少，造成转台运转时间过长，影响轧线生产节奏。由于液压站距离阀台较远，而且同一管路不仅仅给液压马达提供供油，而且需要带动六个步进梁，一台提升机和一台运卷小车。流量变化使液压站系统压力产生波动，直接影响控制液压马达的液压压力及流量，破坏液压马达的转动输入需求流量的稳定，液压马达无法稳定控制运转速度，造成事故频发。电气控制程序不完善，一般设计为液压马达带有旋转编码器，根据行程来控制比例阀的油量给定，从而控制液压马达的快慢。而1780 mm热连轧未设计液压马达带旋转编码器而且设计为升速不控制，降速靠接近开关检测，停止靠接近开关检测，信号范围较大，停止过早转台无法到位，停止过晚撞击固定挡块等等缺陷，而且因此产生的转动惯量引起减速机的频繁损坏，平均每三个月损坏更换一台。2.2理论基础液压马达运转速度是靠流量控制的，流量是由进入液压马达的排量和转速来确定的，排量的大少取决于流量的大少，流量的大少取决于液压油的流速。按照流量决定转速，转速决定扭矩进行计算，有关计算公式如下。流量计算公式：Q=qn式中：Q液压马达的流量，ml/minq液压马达排量，cm3/revn变速液压马达转速，r/min转速计算公式：N=PQ式中：N液压马达输出转速，r/minP液压油压力，MPaQ液压马达排量，cm3/rev总功率利用系数:0.8扭矩计算公式：T=qFA式中：T液压马达扭矩，N.mq液压马达排量，cm3/revF液压油的压力，MPaA液压马达利用系数取：0.162.3改进方案通过利用标准卷及最大卷重试验，马达转动最大卷及标准卷压力在5 MPa时即可转动转台，液压站系统工作压力为18 MPa，测试最低转动压力为5MPa。根据有关理论公式计算：18 MPa 时液压马达扭矩：T=qFA=19180.16=54.72 N.m5 MPa时液压马达扭矩：T=qFA=1950.16=15.2 N.m根据减速机速比为1：250计算液压马达扭矩18MPa时：T=54.72250=13 680 N.m根据减速机速比为1：250计算液压马达扭矩5MPa时：T=15.2250=3 800 N.m18 MPa时液压马达输出转速：N=PQ=18190.8=273.6 r/min5M Pa 时液压马达输出转速：N=PQ=5190.8=76 r/min18 MPa 时液压马达的流量：Q=qn=19273.6=5 198.4 ml/min5 MPa时液压马达的流量：Q=qn=1976=1444 ml/min此转台马达排量为19 cm3/rev，减速机速比为1：250，即传动比为250。通过计算得知：转台故障多的主要原因是因为转台液压系统压力过高，导致管道流速高，液压马达流量就大，液压马达冲击过大对减速机形成大扭矩所至。根据分析所知的故障原因在现有的设备基础上对液压系统进行改进，在比例方向阀上叠加减压阀和溢流阀组成复合阀。减压阀（图5）：主要是实现对高压流体进行降压，通过调整阀芯位置来调节流量大小。叠加式溢流阀（图5）：当液压系统压力超过设定值时，溢流阀会自动打开，将多余的油流回油箱，保持系统的稳定性。组成复合阀后的工作原理如图所示。将系统压力18 MPa（马达扭矩为54.72 N.m）减压到能推动转台正常运转的工作压力5 MPa（15.2 N.m），设定溢流阀安全压力为6 MPa，马达输入转矩和减速机输出转矩降低 72.2%（13 680-3 800=9 880，9 880/13 680100%=72.2%）。马达流量降低72.2%（5198.4-1 444=3 754.4，3 754.4/5 198.4100%=72.2%）。第29卷第3期特钢技术 58第29卷第3期李艳峰 陈全 申保军 刘江维：1780 mm热连轧转台液压控制改进当转台旋转到位碰撞固定挡块时，瞬间压力达到溢流设定压力就自动溢流，从而减小液压马达对减速机形成的扭矩损伤，避免扭矩过大引起的减速机损坏，杜绝事故发生。而且通过加装减压阀稳定转台马达驱动压力，解决了因系统压力波动引起的马达动作不稳定，受系统压力波动引起的扭矩和流量变化，实现液压马达稳定受控，高低速控制自如的效果，到达减速位置时能够准确停止定位，杜绝了因转速过快和压力不稳定，马达不能稳定控制造成的带负载旋转到位形成的大负载冲击引起的减速机传动花键轴频繁断裂的问题。3转台液压系统改进效果转台通过改进后，运行速度由原来的单向32 s提高到现在8 s。运输线运卷效率由原来的144 s提高到现在96 s。转台液压系统控制稳定性明显提升，转台转动装置更换周期由原来的4个月延长到3年。4结论（1）转台故障产生的主要原因是因为转台液压系统压力过高，导致管道流速高，使液压马达流量过大，液压马达的冲击过大导致减速机形成大扭矩，造成减速机超负荷运转；（2）在比例方向阀上叠加减压阀和溢流阀组成复合阀，将系统压力减压到能推动转台正常运转的工作压力5 MPa，并设定溢流阀安全压力为6 MPa，可有效减小液压马达压力及减速机的扭矩，从而杜绝因扭矩过大而产生减速机频繁损坏的问题；（3）设计减压阀稳压、溢流阀安全压力保护可提高系统控制稳定性，杜绝减速机扭矩超限问题，避免行星齿轮减速机损坏，并延长转台转动装置更换周期。参考文献1薛祖德，液压传动工作原理W，北京：中央广播电视大学出版社，1995.5 ISBN 7-304-01158-0.2王积伟，液压流体力学基础W，北京：机械工业出版社，2018.1ISBN 978.7-111-58285-4.图5 改进后工作原理图Fig.5 Working principle of the valve table after theimprovement9 殷瑞钰中国薄板坯连铸连轧的进展J钢铁，2008，43(3)：3510 傅杰，刘阳春，吴华杰HSLC钢中纳米氮化物的析出与作用J中国科学，2008，38(5)：79679811 Lang O.VAI s MoldEXPERT-a Mould MornitoringSystem for Improved Casting PerformanceJ.Steel World,2000,5(1):38-42.12 P Movahed,S Kolahgar,S P H Marashi,et al.The effectof intercritical heat treatment temperature on the tensileproperties and work hardening behavior of ferrite-martensite dual phase steel sheetsJ.Materials Science andEngineering,2009,A518:1-6.13 Vanka S P.Thomas B G.Study of Transient FlowStructures in 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