差動回路在冷床設備上的應用

沈國林，岳雨龍

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠，安徽馬鞍山243000；2.馬鋼集團設備檢修公司，安徽馬鞍山243000）

差動回路在冷床設備上的應用

沈國林1，岳雨龍2

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一鋼軋總廠，安徽馬鞍山243000；2.馬鋼集團設備檢修公司，安徽馬鞍山243000）

針對系統供油能力和執行機構運動需求之間的矛盾，通過對普通回路和差動回路的優缺點比較，提出了利用差動回路快速的特點，解決了系統供油能力不足的問題，確保了生產工藝要求。

液壓泵組；執行機構；差動；生產工藝

1 前言

中板生產線由于鋼板厚度較厚，軋制后的鋼板溫度較高，不可立即修剪，因此需要利用冷床這個設備用以自然冷卻鋼板，鋼板由輥道到冷床，需要一個上床機構。馬鋼中板廠原有冷床上床系統為拉鋼式，通過鋼絲繩和推頭將鋼板拉上冷床進行冷卻，但是由于鋼絲繩頻繁斷，恢復困難，而且噪音很大，節奏慢，成了生產線上的一個瓶頸。為此決定對設備進行改進。現有機械式拉鋼機工作周期為32 s；抬升機構液壓缸B兩臺（160/90×650 mm），工作行程550 mm，工作周期24 s。現液壓站相關設備參數：3臺主泵，單泵流量Q泵=2.65 L/s。工作時，開2備1。根據工藝要求：保留現有抬升機構，該機械式拉鋼機機構為液壓式推鋼機機構，工作周期均為24 s。根據機械測算及強度校核，需新增2臺液壓缸A（110/80×2660 mm）。考慮到資金和改造時間等問題，該廠要求盡可能利用原液壓系統，那么就需要對原液壓系統能力與拓展后的系統需求進行校核。

2 液壓系統能力校核

2.1 對采用常規回路進行校核

2.1.1 對現有抬升機構液壓缸B的計算

單缸推進需要的液壓油V1＝截面積×行程＝80×80×3.14×550＝11.05 L，雙缸推進2V1＝22.1 L。

單缸回程需要的液壓油V2＝（80×80-45× 45）×3.14×550＝7.56 L，雙缸回程油量2V2＝15.12 L。

2.1.2 對液壓缸A的計算

單缸推進需要的液壓油為V3＝截面積×行程＝55×55×3.14×2600＝24.69 L，雙缸一起推進需要的流量2V3＝49.38 L

單缸回程需要的液壓油V4＝（55×55-40× 40）×3.14×2600＝11.62 L，雙缸一起回程需要的流量2 V4＝23.26 L

2.1.3 現有液壓系統能力的計算

單泵供油能力2.65 L/s，雙泵（即系統）供油能力5.3 L/s，系統在規定周期（24 s）內供油能力為Q系=5.3×24=127.2 L。

2.1.4 現有液壓系統能力與改造后液壓缸需求的匹配校核

四個液壓缸完成一個周期需要的油量Q機＝（2V1+2V2+2V3+2V4）×1.3（泄漏系數通常取1.1到1.3，這里取最大）＝142.8 L

結論：由此可見，Q系是遠小于Q機的，如采用常規回路，現有液壓系統供油能力上是不能完全滿足改造后系統需要的。也就是說如果依舊采取常規回路，現有液壓系統勢必要改造，即完全新制液壓系統，增加油箱容量、提高泵的排量，這樣的話整個改造費用是比較大的，而且工期也是很緊的。那么是否有一種方案使現有液壓系統能滿足改造要求，而且也不需要大幅度的改造呢？我們提出了差動這個液壓回路，差動回路（如圖1）的主要特點是：

當a側電磁閥得電后，系統壓力油由P口進入液壓缸A腔，推動液壓缸前進，這時B腔的液壓油回到B′口，經過閥塊又回到了A′口（而普通的回路的話，這個時候B腔的液壓油回到換向閥B′，經過閥塊到回油管T，再回到油箱），這樣的回路等于增加系統流量，大大提高了液壓缸移動速度。當B側電磁閥得電時，是一個普通的回路流程，這里就不再具體描述了，A腔的液壓油直接經過閥塊、回油管T回到油箱。我們能看出在差動回路中，液壓缸在前進的過程中，液壓系統自身實際排量是沒有增加的，但液壓缸移動速度得到提升。當然有得就有失，速度增加了，但是由于A、B腔相連，壓力一樣，驅動液壓缸前進的壓力則有一定提升，根據壓力測算，最大的鋼板4 t，兩個液壓缸同時工作，約需要3000 kPa壓力，在采用差動系統后，約需要5700 kPa的壓力，原系統為恒壓變量泵，泵額定壓力為25000 kPa，因此從系統壓力上來說是完全能滿足需求的。那么差動原理能否應用在這里，以最大化利用原有液壓系統呢？下面就針對采用差動回路的情況下，原有液壓系統能否滿足系統改造要求進行校核。

圖1 差動液壓回路示意圖

2.2 對采用差動回路系統的校核

（1）對液壓缸B（原有的）的工況是一樣的，一切數據如上。

（2）對新增液壓缸A的計算：

單缸推進需要的為V5＝40×40×3.14×2600＝13.06 L，雙缸一起推進需要的流量：2V5＝26.12 L

單缸回程需要的流量V6＝（55×55-40×40）×3.14×2600＝11.62 L，雙缸一起回程需要的流量：2V6＝23.26 L

（3）現有液壓系統能力的計算，數據如上。

（4）現有液壓系統能力與改造后液壓缸需求的匹配校核。

四個液壓缸完成一個周期需要的油量：Q機＝（2V1+2V2+2V5+2V6）×1.3(泄漏系數取最大)＝114 L

由此可見，Q系是大于Q機的，原有液壓系統一個周期內供油能力上是滿足改造需要的，但在秒流量上到底能否滿足需要，是否需要增加儲能式的蓄能器呢？因為有些系統雖然在一個周期范圍內能滿足需要，但在系統最大流量輸出的時候，可能就無法滿足要求，從而影響系統在此階段時候的速度。下面就針對秒流量進行校核。

2.3 系統秒流量校核

由前面可以知道：

液壓缸B前進需要油量22.1 L，回程需要油量15.12 L，工作周期24 s，按照前進和回程均分時間計算，液壓缸B工作周期內最大流量QB為22.1/12=1.84 L/s。

液壓缸A前進需要油量26.12 L，回程需要油量23.26 L，工作周期24 s，按照前進和回程均分時間計算，液壓缸A在工作周期內最大流量QA為26.12/12=2.18 L/s。

系統供油能力為5.3 L/s，是大于（QA+QB）× 1.3=5.22 L/s的，可見從系統秒流量上也是滿足系統需要的。

流量周期平衡圖（如圖2），圖中整個框形區域為系統一個周期內的供油能力，網格區域液壓缸B在一個周期內需要的液壓油量，斜線區域為液壓缸A在一個周期內需要的液壓油量，由圖2可以知道原有液壓系統在24 s周期內是能夠滿足改造后液壓缸速度要求的。

3 總結

此次改造中，根據工藝提出的工作周期，在現有的系統下，普通回路是無法滿足工況要求的，最初打算通過增加泵或提高泵流量以及減小液壓缸的尺寸等角度來考慮，減小液壓缸尺寸雖然可以讓液壓缸速度滿足工藝要求，但較小的液壓缸在長行程中活塞桿和缸體強度是一個較難解決的問題，其他方案基本都由于實施難度大，成本也非常高，而且系統空間布置上也有一定限制，所以都不適合本次改造；本文通過對差動回路的應用，對改造的液壓原理進行了調整：由普通回路改為差動回路，滿足了設備對液壓系統的需求，大大降低了改造成本和實施難度，圓滿完成了設備改造，大幅度提高了生產節奏。

圖2 采取差動回路后液壓系統流量周期平衡圖

[1]雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京：北京理工大學出版社，1998.

圖6 氣水比變化對出塔水溫的影響

5 結論

通過采用焓差法對逆流式機械通風冷卻塔對各種環境和運行參數對出塔水溫的影響研究表明：大氣壓力對冷卻塔出塔水溫的影響很小，干球溫度、濕球溫度、風機風量以及冷卻水量與出塔水溫均成正相關關系，而氣水比增加，出塔水溫將降低，這些結論可為冷卻塔隨工況變化調整運行方式提供依據。

[參考文獻]

[1]金亞彪.鋼鐵企業循環冷卻水處理站總體設計[J].環境工程，2009（27）：187-190，254.

[2]陳應新.大型機械通風冷卻塔電動風機的節能改造[J].工業水處理，2009（1）：77-79.

[3]胡連江.逆流機力通風冷卻塔工藝性能的研究[D].天津大學博士學位論文，2008.

[4]唐燕忠.機械通風逆流冷卻塔節能降耗設計實例[J].硫磷設計與粉體工程，2006（1）：44-47.

[5]韓玲.冷卻塔設計參數與節水、節能的關系[J].工業用水與廢水，2008（2）：1-4.

收稿日期：2015-05-06

作者簡介：唐永東（1975-），男，2000年畢業于蘭州大學流體機械及流體工程專業，工程師，現從事節能環保技術研究工作。本課題研究得到上海市科委科研計劃項目經費資助（項目編號：13dz1201700）。

Application of Differential Circuit in Cooling Bed Equipment

SHEN Guolin1，YUE Yulong2
(1.The No.1 Steelmaking&Rolling Works of Masteel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China;2.the E－quipment Maintenance Co.of Masteel Group,Maanshan,Anhui 243000,China)

Regarding the contradiction between oil supply capacity of the system and the speed of the actuator,through analytical comparison of the ordinary circuit and differential circuit it was put forward to take advantage of the fast characteristic of differential circuit to solve the problem of insufficient supply capacity of the system,which ensured production demand after implementation.

hydraulic pump group;actuator;differential circuit;production process

TG335.5

B

1006-6764(2015)08-0075-03

2015-05-12

2015-06-05

沈國林（1979-），男，2002年畢業于西南科技大學機械專業，本科學歷，助理工程師，現主要從事液壓潤滑專業技術工作。