棒材廠二軋車間步進式加熱爐液壓節能裝置

高紫文　郭高升　于德榮

摘 要：常規的步進式液壓系統只能通過增加冷卻器的冷卻能力來保持液壓系統的溫度；液壓站體積增大，由于泵的數量較多，導致整個油箱及附件加大；投資成本上升；能量消耗高。為了改善步進式加熱爐液壓系統以上缺點，設計了一種能量回收型的液壓系統。

關鍵詞：步進式；加熱爐；液壓節能裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.069

1 主要內容介紹

步進式加熱爐主要由步進梁、升降斜軌、固定梁和升降液壓缸、平移液壓缸等組成。主要結構示意如圖1：

鋼坯在加熱爐內的運行，是通過步進梁的上升、前進、下降、后退的循環來完成的。步進梁的上升是通過升降液壓缸來完成，下降靠自重就能完成。前進和后退靠平移液壓缸很小的力就能完成。

常規的步進式加熱爐液壓系統設計，是通過幾臺恒壓變量泵來提供流量。由于負載的不均衡，導致液壓系統的最大功率只能按照步進梁提升時的最大功率來配置。因此，常規的步進式液壓系統的缺點比較明顯：裝機功率大；步進梁下降時的重力勢能全部轉化為熱能，導致液壓系統發熱，只能通過增加冷卻器的冷卻能力來保持液壓系統的溫度；液壓站體積增大，由于泵的數量較多，導致整個油箱及附件加大；投資成本上升；能量消耗高。為了改善步進式加熱爐液壓系統以上缺點，設計了一種能量回收型的液壓系統。

2 傳統的步進式加熱爐液壓系統簡介

2.1 概述

以棒材廠第二軋鋼車間步進式加熱爐為例，二軋車間步進式加熱爐設計采用5臺90KW的恒壓變量泵，來驅動以下液壓缸的動作：

步進機械提升液壓缸： 280/200-1170*2，上升流量：333/min*2，下降流量：163 l/min *2；步進機械平移液壓缸：1*200/140-640，前進流量：105l/min，后退流量：207l/min。

從以上參數可以看出，整個液壓系統的負載狀況很不平衡。步進梁上升時最大流量達到了666L/min。而平移的液壓缸動作最大流量只有207l/min。為了保證加熱爐的步進周期，液壓系統只能按照最大流量來設計。

2.2 主要液壓參數

系統壓力：18Mpa，系統流量：780L/min，油箱容積：8m3，電機功率：90KW*4（其中四臺工作、一臺備用），循環泵電機功率：7.5kw*2，液壓缸上升速度：90mm/s。

2.3 液壓原理

如果能采取合適的方法地降低步進梁提升流量，便可以減少比例方向閥的通徑。在保證步進周期的同時，降低成本，而且更便于維護。

3 能量回收加熱爐改造方案

（1）功能概述。綜合考慮加熱爐的運動工況，如果給加熱爐提升框架提供一個液壓平衡裝置，始終對加熱爐的提升框架提供一個支撐力。這個支撐力可以平衡掉整個提升框架的重量和部分鋼坯的重量。這樣，液壓系統就可以以較小的力來完成提升運動。這個液壓平衡裝置有以下特點：1）可以提供盡可能適應負載重量的平衡力。無論是加熱爐處于負載增加狀態還是負載減小狀態。平衡力和負載相匹配；2）適應舊加熱爐改造，從而不改變設備基礎和框架的機械結構；3）較高的平衡效率，平衡效果越高，則節能效果越好；4）在減少液壓系統提升力的同時也減小液壓系統的流量，這樣，整個液壓系統電機、泵、油箱、過濾器、冷卻器的參數都可以減少。

（2）能量回收型加熱爐升降液壓缸采用特殊的結構。用來實現步進機械的平衡。同時，能夠實現小流量控制大液壓缸的加減速控制。主要包括以下內容：1）能量儲存單元；2）能量回收單元；3）液壓控制閥臺；4）電氣控制系統；5）中間管線。

（3）改造范圍。1）增加能量儲存單元。能量儲存單元采用皮囊蓄能器組。根據計算。選擇40L的皮囊蓄能器20個。①足夠大的容積； ②可靠地工作壽命； ③壓力波動??；④平衡壓力自適應于負載；2）能量回收單元。能量回收單元2個，即具有能量回收功能的液壓缸，替代原有的加熱爐液壓缸，其輸出力和控制速度完全符合原有的加熱爐液壓缸；3）液壓控制閥臺。改造需要更換部分液壓控制閥臺，閥臺主要由比例閥、單向閥、插裝閥、流量閥等組成。液壓控制閥臺主要完成以下功能：①液壓平衡裝置的加速減速控制功能；②能量回收和常規控制的切換功能；③平衡壓力的控制功能；④平衡裝置的位置鎖定功能；4）電氣控制系統。增加電氣控制系統，主要實現以下功能：①液壓平衡裝置的加速減速控制功能；②能量回收和常規控制的切換功能；③平衡壓力的控制功能；④平衡裝置的位置鎖定功能；⑤控制壓力信號的采集和處理功能；⑥故障診斷功能；5）中間管線。增加部分中間管線。

（4）改造后效果。根據計算，改造后采用一臺90KW的電機。即可完成加熱爐的動作。改造成本通過節省的電能半年內回收。

參考文獻：

[1]王飛偉，楊鵬飛，任源，彭常戶.步進式加熱爐溫度均勻性研究[J].科技傳播，2013（01）.

[2]孫延剛.黑體技術在步進式加熱爐的應用[J].工業爐，2012（02）.

作者簡介：高紫文（1981-），男，山東章丘人，本科，工程師，主要從事冶金設備管理工作。