試樣剪液壓系統節能改造實踐

曹少華，宋程文，劉近軍

（萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司寬厚板事業部，山東 濟南271104）

1 前言

萊鋼4 300 mm寬厚板生產線試樣剪設備主要功能是將試樣鋼板剪切成所需長度的樣板后送往物理實驗室進行樣板性能測試。整個樣板剪切流程全部由液壓系統控制設備進行相應動作完成。試樣剪液壓站系統是按照所有液壓缸驅動設備動作所需的最大流量、最大壓力設計。液壓站共4臺主泵，3用1備，每臺泵的電機功率為160 kW。通過對試樣剪整個設備動作及液壓系統分析，如果能夠對主剪切缸液壓控制系統進行改造優化，可以實現整個系統的節能降耗。

2 液壓系統現狀分析

試樣剪設備中所需壓力和流量最大的為主剪切缸動作。主剪切缸在下行剪切過程中，所需最大流量為1 206 L/min，壓腳下行動作流量為442 L/min，其余動作所需流量均在200 L/min以下。液壓站每臺主泵的額定流量為260 L/min，3臺主泵共可提供720 L/min的流量。系統配有12個50 L的蓄能器，可最多提供600 L/min的流量。目前，在試樣剪設備作業過程中，必須3臺主泵同時運行才能保證設備正常運行。曾嘗試使用2臺或1臺主泵運行以實現液壓運行節能，但均對主剪切缸動作的速度和壓力造成較大影響，作業效率很低。而其他設備動作均未受影響。

剪切試樣板的上剪刃安裝在主剪切缸活塞桿的下端，根據主剪切缸剪切工作原理分析，整個剪切過程中，上剪刃在接觸剪切鋼板前，主剪切缸為大流量低壓快速下降動作。當上剪刃接觸鋼板進行剪切時，主剪切缸為低流量高壓加載剪切動作。所以，可以從系統中引入1臺低壓高流量螺桿泵，專門用來給主剪切缸提供足夠的流量，保證其實現低壓快速下降動作。這樣只使用1臺主泵就能滿足所有設備正常動作需要，從而達到系統節能的目的。

3 系統設計

在系統中單獨引入1臺低壓高流量螺桿泵以滿足主剪切缸下降動作所需壓力和流量，其他設備動作只需啟動1臺主泵即可滿足作業要求。

3.1 設計計算

主剪切缸在下行剪切過程中，設計的最快速度為3 s，此時所需流量最大（1 206 L/min）。實際剪切作業過程中主缸下行剪切時間為5 s，所需流量為723 L/min。液壓站每臺主泵的額定流量260 L/min，如要實現只保留1臺主泵運行，除主剪切缸動作所需流量不能滿足外，其他設備動作均可滿足。只啟動1臺主泵的情況下，能夠滿足主剪切缸同效率低壓高速下降動作，理論上還需至少單獨為主剪切缸下降動作提供463 L/min的流量。

考慮主泵不能一直處于額定排量工作，在液壓站系統中引入1臺額定流量≮500 L/min的螺桿泵，通1組低壓控制閥組來實現對主剪切缸動作補充足夠的流量［1］。

3.2 具體改造方案

根據所需流量，選用額定流量為600 L/min，額定工作壓力3 MPa，電機額定功率為37 kW的螺桿泵（如圖1所示）。

將液壓站原4#主泵及電機拆卸下來，把新增的螺桿泵及電機安裝在4#主泵位置。螺桿泵吸油、回油及泄油口與原4#主泵吸油、回油、泄油口分別相連。將原4#主泵的供油口封堵。在主缸頂部進油口處加設插裝單向閥安裝過渡塊，過渡塊上有兩個油路，一路為單向閥進油口，一路為原主缸供油油口。新增螺桿泵的供油口通過管路連接至主剪切缸頂部過渡塊單向閥進油路油口［2］。螺桿泵輸出管路上均安裝開關球閥及單向閥。安裝過濾器以保證系統油液清潔度。安裝溢流閥實現系統的過載保護。液壓系統見圖2。

圖1 螺桿泵示意圖

圖2 改造后主剪切缸動作液壓系統

整個新增螺桿泵控制系統主要元件包括：1套功率37 kW、額定流量600 L/min的螺桿泵電機組，過濾器、帶電磁換向的壓力控制溢流閥組、管路連接閥門、插裝式單向閥、插裝閥及管路安裝過渡閥塊、電氣控制元件、壓力檢測元件等。

3.3 系統工作原理

新增螺桿泵系統的工作原理為：將螺桿泵系統中的電磁換向閥換向控制命令與主剪切缸下降動作電磁換向閥換向控制命令從自動程序上設定為同步執行。在主剪切缸不執行下降剪切動作時，低壓控制閥組中的電磁換向閥處于原始位，系統處于溢流狀態，油液直接通過溢流回油管路回到油箱。當控制主剪切缸下降動作電磁換向閥接收命令換向并執行下降剪切動作時，螺桿泵系統中的電磁換向閥同步接收換向命令，溢流回油管路切斷，油液從螺桿泵供油管路通過主缸頂部單向閥進入到缸體上腔實現大流量補油，保證主剪切缸正常速度動作所需流量。具體流程如圖3所示。

圖3 新增螺桿泵系統工作原理

3 經濟效益分析

通過對試樣剪主剪切缸控制液壓系統改造，由原來的3臺主泵運行，變為1臺主泵和1臺螺桿泵運行。每臺主泵運行電機功率為160 kW，螺桿泵運行電機功率為37 kW。通過計算及實際電耗記錄對比，每年創造節能效益及備件節約成本約為99.2萬元。