影響四連桿式步進(jìn)梁穩(wěn)定性因素分析

朱松濤

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

八鋼1750熱軋產(chǎn)線1#步進(jìn)梁為四連桿結(jié)構(gòu)形式,步進(jìn)梁是鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)的的重要組成部分,其主要作用是將熱軋卷從快速運(yùn)輸鏈接運(yùn)輸送到回轉(zhuǎn)升降裝置上,并輸送到鋼卷庫,是整個(gè)產(chǎn)線鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)的的關(guān)鍵核心設(shè)備。1#步進(jìn)梁主要有平移機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu),升降機(jī)構(gòu)采用由液壓缸帶動(dòng)的連桿結(jié)構(gòu),活動(dòng)梁前后兩端采用四連桿機(jī)構(gòu)從而保證其升降的同步性。在現(xiàn)場使用過程中,在特定工況下多次發(fā)生步進(jìn)梁抖動(dòng)故障,造成設(shè)備的異常損壞。

文章通過模擬步進(jìn)梁在該特殊工況下舉升系統(tǒng)的負(fù)載變化,結(jié)合液壓控制系統(tǒng)工作原理,查找步進(jìn)梁在舉升過程中產(chǎn)生振動(dòng)的原因。通過綜合計(jì)算及分析,對(duì)步進(jìn)梁升降裝置液壓系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,消除了步進(jìn)梁振動(dòng)的問題,解決了長期制約生產(chǎn)的問題。

1 特定工況下步進(jìn)梁形式

1#步進(jìn)梁如圖1所示,共有從X1-X6六個(gè)卷位,連續(xù)生產(chǎn)過程六個(gè)卷位都有鋼卷。在生產(chǎn)結(jié)束前和檢修結(jié)束生產(chǎn)初期存在特定工況:即只有X1位置或X6位置放置1個(gè)鋼卷,其余X2、X3、X4、X5位置無鋼卷,此時(shí)1#步進(jìn)梁呈現(xiàn)懸臂梁的特定工作狀態(tài)。

圖1 步進(jìn)梁受力簡圖

G梁為活動(dòng)梁質(zhì)量,其質(zhì)量為13272kg,其中鋼卷質(zhì)量M1=28800kg,步進(jìn)梁梁體長度L=15.9m,步進(jìn)梁為均質(zhì)梁。鋼卷間距為3m,液壓系統(tǒng)供油壓力為16MPa。E1、E2分別為升降架與梁體接觸點(diǎn),E1、E2之間距離為Lh=9.4m,F11為1#油缸的載荷,F12為2#油缸的載荷。

2 特定工況載荷受力分析

因活動(dòng)梁前后兩端采用四連桿機(jī)構(gòu),因此兩升降機(jī)構(gòu)同步舉升。如圖2為升降架的幾何尺寸圖,E1、E2幾何尺寸相同,因其機(jī)械結(jié)構(gòu)原因,E1、E2在舉升過程中沿著弧線CBA做同步運(yùn)動(dòng)。

圖2 E1位置受力分析

在整個(gè)舉升過程中,又分為兩部分進(jìn)行,在運(yùn)行軌跡為弧線CB階段,鋼卷位于鞍座,梁體上升過程中只有梁體自重G梁.在運(yùn)行軌跡為弧線BA階段,活動(dòng)梁接觸鋼卷,托舉鋼卷向上運(yùn)動(dòng)。直到最高位置,整個(gè)托舉高度為400mm。通過對(duì)其運(yùn)行階段的受力分析,依據(jù)牛頓第二、三定律求解方程式:

式中:M1- 鋼卷質(zhì)量,kg;

G梁-活動(dòng)梁質(zhì)量,kg;

升降油缸載荷;

Lh-兩升降架之間距離,m;

ρ-曲率半徑;

g-重力加速度,9.8N/kg。

x-活動(dòng)梁在AD的移動(dòng)距離,取值范圍為0-0.69312m。

通過計(jì)算得出F11、F12受力變換曲線。如圖3所示,活動(dòng)梁還未托舉到鋼卷時(shí),支點(diǎn)E1、E2沿著弧線CB運(yùn)動(dòng),兩載荷相對(duì)平穩(wěn),且兩油缸的推力都為正值。當(dāng)梁體運(yùn)動(dòng)到達(dá)B點(diǎn)時(shí),活動(dòng)梁接觸到A1位置的鋼卷,兩側(cè)油缸的載荷發(fā)生突變,E1位置油缸推力增大,E2位置油缸的推力變?yōu)樨?fù)值,即梁體在該階段上升過程中E1處油缸成為主力工作油缸,E2處油缸給活動(dòng)梁一個(gè)反作用力,保持梁體水平,且兩油缸保持同步上升。

圖3 油缸負(fù)載變換曲線

3 液壓控制系統(tǒng)分析

步進(jìn)梁升降液壓控制系統(tǒng)采用兩組4WR型先導(dǎo)式比例換向閥配以ZDC型疊加式壓力補(bǔ)償器控制比例閥出口流量穩(wěn)定,通過A、B口液控單向閥和A口平衡閥實(shí)現(xiàn)可靠截止,從而實(shí)現(xiàn)單閥單缸的升降動(dòng)作控制。該液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力補(bǔ)償器和比例換向閥配合使用時(shí),在Pb>Pa的條件下油缸不受外負(fù)載的影響,可以保證兩件油缸運(yùn)行速度一致,保證四連桿機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行,工作原理見圖4。

圖4 所示為壓力補(bǔ)償器的工作原理圖

通過分析原理圖發(fā)現(xiàn),該液壓系統(tǒng)中疊加式壓力補(bǔ)償器安裝在液壓回路的主P口處。壓力補(bǔ)償器由于其特性,存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn):即當(dāng)Pb>Pa時(shí),梭閥換向,Pb與P2連同。此時(shí)壓力補(bǔ)償器不能正常工作。在比例換向閥特定的開度條件下,由于壓力補(bǔ)償器功能失效,導(dǎo)致比例換向閥組進(jìn)出口。

壓差△P發(fā)生變化,根據(jù)流量連續(xù)性方程:

通過特定工況下油缸受力分析可知,E2位置處油缸受力在弧度BA油缸壓力Pb>Pa,在弧度CB階段油缸壓力Pa>Pb,因此E2位置處油缸在弧度CB階段按設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定運(yùn)行,在弧度BA階段,因負(fù)載和壓力補(bǔ)償器原因,油缸不能按設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定運(yùn)行。E1位置處油缸在弧度CBA階段油缸壓力都是Pa>Pb,因此E1處油缸可以按設(shè)計(jì)要求平穩(wěn)正常運(yùn)行。

綜上所述,由于在特定工況下E2處負(fù)載壓力的因素,影響壓力補(bǔ)償器性能,導(dǎo)致兩件油缸的伸出速度不一致,并且兩油缸安裝在同一四連桿裝置中,因運(yùn)行速度不一致導(dǎo)致該梁體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)。

4 改進(jìn)措施

通過原因分析可知,由于E2處油缸負(fù)載(油缸兩腔壓力Pb>Pa)原因,造成壓力補(bǔ)償器工作異常,從而造成機(jī)械結(jié)構(gòu)異常振動(dòng)。現(xiàn)通過改進(jìn)液壓控制系統(tǒng)。改進(jìn)壓力補(bǔ)償器的工況,使該系統(tǒng)中壓力補(bǔ)償器供油側(cè)壓力始終大于回油測壓力。如圖5所示,現(xiàn)將液壓系統(tǒng)中A1口和A2口短接,B1口和B2口短接,(圖中紅色線條所示),使得在工作過程中負(fù)載壓力PA1=PA2,回油壓力PB1=PB2。因活動(dòng)梁舉升過程中,始終有PA1>PB1,因PA1遠(yuǎn)大于PB1因此有PA2>PB2。由此改進(jìn)液壓系統(tǒng)后,該液壓控制系統(tǒng)中連接在主P口的兩件壓力補(bǔ)償器,就杜絕了因負(fù)載異常造成的壓力補(bǔ)償器中梭閥的啟閉問題。在先導(dǎo)式比例換向閥開口度一定的條件下,確保了該比例換向閥進(jìn)出口的壓差△P穩(wěn)定 ,消除了因負(fù)載異常造成 的供油流量不穩(wěn)定現(xiàn)象,因流量不穩(wěn)定造成的液壓缸竄動(dòng)和活動(dòng)梁異常抖動(dòng)的現(xiàn)象不再發(fā)生。

圖5 改進(jìn)后液壓控制系統(tǒng)

5 結(jié)束語

通過對(duì)特定工況下八鋼1750熱軋產(chǎn)線1#步進(jìn)梁產(chǎn)生抖動(dòng)原因進(jìn)行分析,優(yōu)化改進(jìn)了1#步進(jìn)梁的液壓控制系統(tǒng),以滿足壓力補(bǔ)償器穩(wěn)定工作的條件。生產(chǎn)實(shí)踐表明,改進(jìn)后提高了液壓系統(tǒng)控制流量的穩(wěn)定性,解決了步進(jìn)梁抖動(dòng)的問題,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠,為生產(chǎn)順行提供有力支撐。