轧机升降台液压系统的设计

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1　升降台液压系统及其工作原理

　　图1为液压升降台工作示意图，图中F_G为升降台及钢坯重力，F_s为升降缸柱塞推力，F_p为平衡缸柱塞推力。

图1　轧机液压升降台工作示意图

　　图2为升降台液压系统原理图，该系统由油源、平衡回路、升降回路和卸荷回路组成。当升降台处于水平位置时，有固定支承承载升降台和钢坯的自重，系统进入预备工作状态时，起动油泵电机，油泵15输出的压力油经单向阀5进入平衡蓄能器8，当其压力达到p_p1=x_cF_G/x_p时，电接点压力表12发讯，IDT得电，锥阀1开启，液压油经锥阀1进入升降缸7，升降缸的压力不断上升，升降缸与平衡缸一起推动升降台上升，在升降台上升过程中，平衡回路的压力p_p由大到小变化，而升降回路的压力p_s则由小到大变化(见图3)，当升降台上升到设定位置时，由旋转编码器检测并发讯使3DT得电，锥阀3开启，泵对蓄能器9充液，当压力达到p_s2+0.3MPa后，由电接点压力表13发讯，使IDT失电，锥阀1关闭，接着使4DT得电，锥阀4开启，泵卸荷，蓄能器9实施对升降回路的补油功能，防止升降台因升降回路的泄漏而下降，保持在上止点位置。平衡蓄能器8也提供必需的先导阀控制油源，以保证系统工作的可靠性和连续性。当升降台下降时，3DT失电，锥阀3关闭，接着2DT得电，锥阀2开启，升降缸的油液经锥阀2和液控节流阀J回油箱，升降台在自重力矩x_cF_G和平衡缸、升降缸的上托力矩x_pA_pp_p和x_sA_sp_s的共同作用下下降，在下降过程中，平衡回路的压力p_p由小变大(平衡缸的油液此时被压入平衡蓄能器8中)，升降回路的压力p_s则由大变小，最后变为零。当升降台下降到下止点时，由旋转编码器发讯，使2DT失电，锥阀2关闭，一个工作循环结束。

图2　轧机升降台液压系统原理图

图3

　　该系统设置了备用泵和备用阀组(图中未画出)，以保证系统工作的可靠性。

2　有关参数的计算和选择

　　升降台的基本数据如下：
　　升降台理论长度：L=12.75m；
　　升降台上升的理论高度：H=0.9m；
　　升降台最大转角：φ=4.038°；
　　升降台自重：F_G=1.274×10⁶N；
　　升降台质心位置：x_c=5.34m；
　　升降缸位置：x_s=3.75m；
　　平衡缸位置：x_p=6.75m；
　　升降台上升或下降时间：t=2.4s。
　　(1)平衡回路有关参数的计算与选择
　　①平衡蓄能器8的低端压力p_p1
　　当升降台及于水平位置时，平衡缸6的推力矩与升降台和钢坯的重力矩平衡，即x_pA_pp_p1=x_cF_G
　　∴p_p1=x_cF_G/(x_pA_p)　(1)

式中：A_p——平衡缸6的柱塞面积(m²)，A_p=πD_p²/4，D_p为平衡缸6的柱塞直径，D_p=0.25m。
　　②平衡蓄能器8的高端压力p_p2
　　因升降台上或或下降时间t=2.4s很短，可将其视为等温过程，故有
　　V_6-1p_p1=V_6-2p_p2
　　∴p_p2=V_6-1p_p1/V_6-2(2)

式中：V_6-1——压力为p_p1时平衡蓄能器8的氮气体积，V_6-1=0.18m³；
　　　V_6-2——压力为p_p2时平衡蓄能器8的氮气体积，V_6-2=0.20335m³。
　　③平衡缸6的流量Q_p
　　Q_p=A_pH_p/t　(3)

式中：H_p——平衡缸6的行程，H_p=0.4757m。
　　(2)升降回路有关参数的计算与选择
　　①升降缸7的低端压力p_s1
　　因升降台处于水平位置时有固定支承承载升降台和钢坯的自重，而且当处于预备上升状态时，平衡缸8的柱塞推力矩与升降台和钢坯重力矩平衡，所以，此时升降缸压力为零，即p_s1=0
　　②升降缸7的高端压力p_s2
　　当升降台处于高端位置时，升降缸7的柱塞推力矩和平衡缸8的柱塞推力矩之和与升降台和钢坯重力矩平衡，即
　　x_sA_sp_s2+x_pA_pp_p2=x_cF_G
　　∴p_s2=(x_cF_G-x_pA_pV_6-1p_p1/V_6-2)／(x_sA_s)=(x_cF_GV_6-2-x_pA_pV_6-1)/(x_sA_sV_6-2)　(4)

式中：A_s——升降缸7的柱塞面积，A_s=πD_s²/4，D_s为升降缸7的柱塞直径，D_s=0.2m。
　　③升降缸7的流量Q_s
　　Q_s=A_sH_s/t　(5)

式中：H_s——升降缸7的行程，H_s=0.2647m。
　　将已知参数代入上述各式算得有关参数为：
　　p_p1=20.5MPa；p_p2=18MPa；Q_p=583L/min；
　　p_s1=0；p_s2=7.2MPa；Q_s=208L/min。

3　结束语

　　轧机升降台液压系统采用液压平衡、液力驱动，与传统的重锤平衡、曲柄连杆机构驱动相比，无惯性力的不利影响，故障减少，可靠性高。通过对系统的计算机仿真，检验了系统参数设计的正确性，通过模拟试验，升降台工作平稳，位置控制精度高。这一研究为工程应用打下了良好的基础。