鋁帶坯熱軋機(jī)浮動(dòng)式重型液壓剪液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

駱定光

(洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039)

重型液壓剪是鋁帶坯熱軋機(jī)上的重要設(shè)備,其作用是在鋁帶坯軋制過(guò)程中，根據(jù)軋制需要，在板坯軋到一定厚度時(shí)，切去帶材不規(guī)則頭部和尾部，便于順利進(jìn)行下一道次的軋制。該液壓剪的特點(diǎn)是剪切力大，同時(shí)為保證終軋溫度，盡量縮短軋制過(guò)程的時(shí)間，要求剪切速度要快，達(dá)到每分種剪切三到四次，因此重型液壓剪液壓系統(tǒng)是典型的高壓大流量系統(tǒng)。重型液壓剪是根據(jù)帶坯頭尾情況進(jìn)行頭尾的剪切，并非連續(xù)工作設(shè)備，所以在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)上既要考慮滿足剪切要求又要考慮經(jīng)濟(jì)節(jié)能。本文結(jié)合我院設(shè)計(jì)的2400mm鋁帶坯熱軋機(jī)，談?wù)勪X帶坯熱軋機(jī)浮動(dòng)式重型液壓剪液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 機(jī)架 2 張力柱 3 1#提升缸 4 下橫梁 5 1#剪切柱塞缸6 下刀梁 7 2#剪切柱塞缸 8 2#提升缸 9 上刀梁

浮動(dòng)式重型液壓剪結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，油缸活塞桿與下刀梁相連，缸體通過(guò)下橫梁、張力柱與上刀梁相連。剪切過(guò)程為：油缸活塞桿伸出推動(dòng)下橫梁下移，通過(guò)張力柱帶動(dòng)與下橫梁連接的上刀梁下移，當(dāng)上刀梁下移接觸到料或機(jī)架時(shí)上刀梁停止運(yùn)行，油缸活塞桿繼續(xù)伸出使下刀梁上移將帶坯切斷。然后油缸活塞桿縮回帶動(dòng)下刀梁下降，當(dāng)下刀梁接觸到機(jī)架時(shí)停止，油缸活塞桿繼續(xù)縮回帶動(dòng)與下橫梁連接的上刀梁上移直至最大開口，完成剪切過(guò)程。一般寬幅熱軋機(jī)重型液壓剪因?yàn)榧羟械膩?lái)料既厚又寬，所以剪切力大，所需油缸缸徑也較大，為保證快速剪切的穩(wěn)定性，通常采用柱塞缸作為剪切缸，返回時(shí)由活塞缸作為剪切提升缸，剪切缸被動(dòng)回油。

圖2 油缸控制方案圖

2400mm鋁帶坯熱軋機(jī)重型液壓剪要求最大剪切厚度150mm，最大剪切寬度2200mm，最大剪切力8000kN，剪切速度達(dá)到每分鐘剪切3次。設(shè)計(jì)上采用的是雙斜刃形式，剪子最大開口度為500mm，剪切柱塞缸參數(shù)為：2-450mmx610mm，提升缸參數(shù)為：2-140mm/100mmx640mm。根據(jù)以上參數(shù)，確定油缸控制方案如圖2所示：采用插裝閥控制剪切缸的動(dòng)作以滿足剪切大流量及快速響應(yīng)要求；采用梭閥保證插裝閥在出口壓力高于或低于入口壓力時(shí)都可以正常關(guān)閉，使系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

根據(jù)圖2所示方案，油缸的工作可以有以下兩種方式：第一種是高位油箱充填式。即剪切開始時(shí)，Z-YV1a和Z-YV4帶電，由重剪剪切提升缸做剪切動(dòng)作，重剪剪切缸由泵站油箱通過(guò)充液閥向其補(bǔ)充油液，當(dāng)剪刃接觸帶材，直至剪切提升缸活塞腔壓力達(dá)到壓力繼電器Z-KPR設(shè)定的壓力時(shí)，Z-YV4斷電，同時(shí)，Z-YV2帶電，重剪剪切缸主動(dòng)進(jìn)油做剪切動(dòng)作，當(dāng)剪切完成后，Z-YV1a和Z-YV2斷電，同時(shí)Z-YV1b、Z-YV3和Z-YV4帶電，重剪剪切提升缸做返回動(dòng)作，重剪剪切缸被動(dòng)排油至泵站油箱，直至上剪刃返回到上極限后，所有電磁鐵都斷電，完成剪切過(guò)程。用這種工作方式系統(tǒng)的流量不需要太大，因?yàn)橹挥性诩袅蠒r(shí)才需要高壓大流量，其它時(shí)間的動(dòng)作都是由剪切提升缸來(lái)完成，而按剪切最厚的來(lái)料計(jì)算，從剪刃接觸料到料被剪斷油缸的行程為210mm，假定剪切速度為30mm/s，則此過(guò)程需要7秒鐘來(lái)完成，根據(jù)每分鐘剪切3次的要求，其它動(dòng)作時(shí)間需要控制在13秒鐘之內(nèi)。根據(jù)以上考慮和節(jié)能要求，我院為某廠2400mm鋁帶坯熱軋機(jī)設(shè)計(jì)了如圖3所示的重剪泵站液壓系統(tǒng)，供油泵采用三臺(tái)恒壓變量泵，兩臺(tái)工作一臺(tái)備用，系統(tǒng)流量為532L/min，系統(tǒng)壓力25MPa。在實(shí)際應(yīng)用中，這種設(shè)計(jì)效果并不是太理想。主要是因?yàn)殚_始剪切時(shí)，剪切提升缸的提升速度受到剪切缸充液速度的影響。究其原因，發(fā)現(xiàn)主要是剪切缸被動(dòng)吸油效果不好，因?yàn)槭馨惭b位置的影響，每個(gè)剪切缸只能接兩根軟管，而高壓軟管的最大通徑只有50mm，而且由于油缸行程較長(zhǎng)，導(dǎo)致所選軟管的長(zhǎng)度也較長(zhǎng)，使軟管處阻力較大，還因?yàn)橛拖潆x剪切缸距離遠(yuǎn)，再加上充液閥的本身的阻力，使得在充填回路中從油箱到剪切缸的阻力較大，從而影響剪切速度。所以，在實(shí)際工作過(guò)程中，空載吸油的過(guò)程并不是很快，而且當(dāng)剪刃接觸到帶材后剪切缸由空載壓力上升到剪切壓力需要較長(zhǎng)時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生剪切停頓的現(xiàn)象。這種工作方式剪切一次所需要的時(shí)間為26～28秒。這種工作方式的特點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)，適用于對(duì)剪切速度要求不高的場(chǎng)合。

重剪缸的第二種工作方式是主動(dòng)供油式。這種方式是剪切時(shí)，Z-YV1a和Z-YV2帶電，重剪剪切提升缸和重剪剪切缸在泵站油源的作用下同時(shí)做剪切動(dòng)作，當(dāng)剪切完成后，Z-YV1a和Z-YV2斷電，同時(shí)Z-YV1b、Z-YV3和Z-YV4帶電，重剪剪切提升缸做返回動(dòng)作，重剪剪切缸被動(dòng)排油至泵站油箱，直至上剪刃返回到上極限后，所有電磁鐵都斷電，完成剪切過(guò)程。我院在后來(lái)的2400mm鋁帶坯熱軋機(jī)的設(shè)計(jì)中，采取了這種工作方式，設(shè)計(jì)的重剪泵站液壓系統(tǒng)如圖4所示，供油主泵采用四臺(tái)恒壓變量泵，三臺(tái)工作一臺(tái)備用，系統(tǒng)流量為798L/min，循環(huán)輔助泵為一臺(tái)葉片泵，流量為334L/min。重剪工作時(shí)，在剪刃接觸來(lái)料以前，剪切缸為空載運(yùn)動(dòng)，所需壓力較低，所以此時(shí)由供油主泵和循環(huán)輔助泵一起為剪切缸供油，加快了空載動(dòng)作的速度。此外，因?yàn)橹丶粢簤合到y(tǒng)壓力高，流量大，在工作過(guò)程中振動(dòng)也大，在高壓出口處設(shè)一個(gè)比例節(jié)流閥，可以減小因負(fù)載的變化對(duì)系統(tǒng)壓力的影響而減小系統(tǒng)振動(dòng)，從而對(duì)系統(tǒng)元件起到保護(hù)的作用，還減少了系統(tǒng)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。充液閥也由原來(lái)的DN100加大到DN125。在實(shí)際工作中，這種方式剪切動(dòng)作流暢，剪切一次所需要的時(shí)間為18～20秒，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且設(shè)備振動(dòng)小，噪音低。采用這種工作方式，設(shè)計(jì)成本有所提高，但是提高了剪切速度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖3 重剪泵站原理圖

圖4 重剪泵站原理圖

綜上所述，鋁帶坯熱軋機(jī)浮動(dòng)式重型液壓剪液壓系統(tǒng)的兩種設(shè)計(jì)方案各有特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮實(shí)際生產(chǎn)的需要和成本要求。對(duì)于機(jī)組速度低、投資少的熱軋機(jī)，重剪液壓系統(tǒng)采用高位油箱充填式控制，既滿足了工作要求又節(jié)約了成本；而對(duì)于機(jī)組速度高、裝機(jī)水平 較高的熱軋機(jī)，重剪液壓系統(tǒng)采用主動(dòng)供油式控制，可以更好的滿足生產(chǎn)要求，提高生產(chǎn)能力。

1 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四卷). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 .

2 官忠范。液壓傳動(dòng)系統(tǒng) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 .