加热炉液压系统啸叫原因分析

摘 要： 本文介绍了热轧板厂加热炉液压系统在步进梁下降过程中出现的啸叫现象，对两座加热炉的液压系统进行了比较，对加热炉液压系统存在的故障做了技术分析，为最终解决故障提供了理论依据。 关键词： 加热炉 液压系统 电磁铁 啸叫 [Abstract] Introduce howling when WB fall of the Reheating furnace hydraulic pressure System,and compare the eheating furnace hydraulic pressure System,then analyse the fault ,afford theory for solve the fault [Key words] The Reheating furnace, Hydraulic pressure System, Electromagnet, Howling 1 引言 随着现代化高产量热轧带钢轧机对轧制带钢厚度尺寸公差、带钢表面质量和板型控制要求的日益提高，对板坯加热质量，尤其对板坯加热温度均匀性的要求也不断提高。现代化的热连轧机需配置大型化的上下两面加热、多段供热的步进梁式加热炉，满足高产、优质、低消耗和生产操作自动化的工艺要求。为此，攀枝花钢铁(集团)公司1450热轧板厂第三期技术改造中对加热炉进行了改造，以适应现代化热轧带钢生产的需要，其工艺设备、控制方式都达到了国内先进水平。 步进梁的运动主要包括升降运动和平移运动，其中步进梁是升降运动主要功能是由四只同步油缸驱动步进梁将板坯从固定梁上托起、放下。步进梁的升降和平移都由液压系统来完成。控制系统采用Rockwell Automation公司的ControlLogix控制器，在投产初期，作为控制加热炉运行的核心的－液压系统出现了在设计审查时没有预想到的问题，即步进梁在满负荷的工况下降过程中，液压系统产生啸叫[1]，导致液压油管打爆，严重制约了生产。 2 步进梁升降阀台液压系统故障现象 加热炉步进梁升降阀台的液压原理图如图一所示，步进梁上升过程中，压力油经过截止阀6→插装阀14（1DT）→定差减压阀9→比例节流阀12→插装单向阀18→插装阀37→升降油缸的无杆腔；升降油缸的有杆腔回油经过插装阀22（5DT）→单向阀4，最后到达总回油管，此过程属于进油节流；步进梁下降时，压力油经过截止阀6→定差减压阀7→插装阀22（4DT）→升降油缸的有杆腔，无杆腔的回油经过插装阀37→插装阀14（2DT）→定差减压阀9→比例节流阀12→插装阀19→单向阀4，最后到达总回油管，此过程属于回油节流。 在2#加热炉液压系统调试过程中，系统的液压管路在步进梁上升或下降时冲击、震动特别大，尤其在步进梁下降过程中，下降起步1～2秒钟后，系统发出异常尖厉的啸叫声，伴随着产生的现象是：图一中“N”处的进口法兰密封打爆，系统介质温升快，管路管夹和关接头法兰联接螺栓松动。 为了不影响正常生产，取出了插装阀22（5DT）的阀芯，步进梁下降过程中，升降油缸的进油主要依靠在回油管自吸补油，结果上述液压系统的故障现象得到了明显的减缓，系统的啸叫声也消除了。但是当我们再次装上插装阀22（5DT）的阀芯进行调试，当步进梁下降时，得到的结果是以前的故障现象又产生了，联接法兰的密封再次打爆。考虑到生产的需要，至今插装阀22（5DT）的阀芯一直没有装上，步进梁运行状况还算良好。 3 液压系统故障原因分析 3.1 电磁铁得失电顺序的更改 新1#和新2#加热炉升降阀架的电磁铁得失电顺序原设计时完全相同,如表 图一 加热炉液压系统升降阀台原理图 一加热炉液压系统升降阀台电磁铁得失电顺序表所示，而新1#加热炉在调试期间，同样出现了啸叫现象，但对其电磁铁的得失电顺序更改后，情况有很大改观，只有微弱的振动，系统运行基本趋于平稳。其电磁铁得失电情况更改如下： 表一 加热炉液压系统升降阀台电磁铁得失电顺序表 3.1.1 上升时序的更改 1DT、1HP、5DT得电，到上升位置后开始平移。同时，6DT连续得电2秒。目的：建立升降缸无杆腔油管压力，提高油管中压力油的“刚度”，防止下降时油缸有杆腔瞬间吸空。 3.1.2 下降时序的更改 平移到位前5mm（传感器读取）4DT得电。平移到位后下降，2DT、1HP、3DT得电，下降到位后，3DT、2DT延长得电2-3秒。 改变电磁铁的得失电顺序和适当的延长部分电磁铁的得失电时间，目的是在步进梁上升和下降过程中，油缸动作之前，预先在升降油缸的无杆腔和有杆腔联接的液压管道充满液压油，防止升降油缸在突然动作时出现瞬间“吸空”现象，从而产生尖锐的啸叫声。 3.2 插装阀进出油方式不同 按照新1#加热炉的成功经验做类似的更改，新2#加热炉“啸叫”现象依然存在。为了不影响生产，抽掉插装阀5DT的主阀芯，让步进梁依靠自重下降，升降油缸的有杆腔直接从回油管吸油，不通过定差减压阀、插装阀4DT供给压力油，该措施也有效地消除了步进梁下降时产生的啸叫现象。 通过对比1#加热炉和2#加热炉液压系统升降阀台的原理图，发现1#加热炉升降时，油流通过插装阀（在图一中的标记“M”处的两个插装阀）的通道为A→B，称之为内流式，插装阀结构如图二所示。而2#加热炉升降时，油流通过插装阀（在图一中的标记“M”处的两个插装阀）的通道为B→A，称之为外流式。 图二 插装阀结构示意图 插装阀在外流式时作用在阀芯上的轴向力为： 其中，Fw——插装阀阀芯所受轴向力；N P1——压力油压力；2.5MPa A1——阀芯与压力油接触部分的面积；11.1×10^-4mm Cq——流量系数；0.76 Cv——速度系数；一般Cv =0.95～0.98，此处取0.96 W——节流口周边宽度；0.12m △P——节流口压差；0.3Mpa X——节流口开度；0.019m Cr——阀芯与阀座的径向间隙；20×10^-6mm θ——射流方向角；69_。 其中，A2——阀芯与压力油接触部分的面积；5.52×10^-4mm 比较计算结果，发现F_W>F_N，外流式开启阀芯的作用力大于内流式开启阀芯的作用力，也即是开启1#加热炉的插装阀比开启2#加热炉的插装阀更容易。在2#加热炉的插装阀5DT的主阀芯没有抽掉时，定差减压阀的压力没有足够大，插装阀4DT的主阀芯就不容易打开（如图一所示），使得升降油缸的有杆腔有可能瞬间吸空，从而产生啸叫现象。 3.3 定差减压阀的调节能力 在图一中，当升降油缸的有杆腔到插装阀4DT之间的管道压力波动，定差减压阀的调定压力偏低时，导致插装阀4DT的主阀芯开口度时大时小（管道压力波动引起主阀芯开启压力的波动），这种状况又引起插装阀4DT与定差减压阀7之间管道压力波动，由于定差减压阀7的出口压力不断波动，这就迫使定差减压阀不断改变阀芯开口度进行调节，使之出口压力恒定，定差减压阀阀芯在调节的过程中的情况类似截止阀的开大关小，从而形成了所谓的“水锤现象”，定差减压阀前的液压管道中的压力时大时小，形成振荡，当其频率与管道的固有频率相同或接近时，就形成了“共振”，在液压管道的薄弱环节处，便容易发生法兰密封打爆事故。 3.4 比例节流阀的参数设定 步进梁在升降时，比例节流阀的参数设定直接影响到整个系统的稳定性，下图是步进梁升降曲线图。 图三 步进梁升降运行 当在步进梁下降过程中，上图所示的曲线如果速度斜坡过陡，步进梁突然产生一个较大的速度，在这一瞬间，与升降油缸的有杆腔联接的管道很有可能被吸空，而产生啸叫。1#加热炉通过改变输入比例阀放大器的电流，使步进梁升降运动曲线的速度斜坡变缓，即减小步进梁下降刚起步时的加速度，这样可以让与升降油缸的有杆腔联接的管道有足够的时间充满液压油，从而避免啸叫现象的发生。 4 结语 综合以上分析介绍，可以看出2#加热炉的液压系统还存在着许多尚待解决的问题。希望通过本文的分析，为能真正找到2#加热炉的液压系统的问题之所在，并为最终解决问题能提供一些理论依据。 参考文献 [１] 康向东.插装式比例阀在步进梁式加热炉速度控制上的应用.攀钢技术，2004，（2）：131-133. 作者简介: 敬大钊 男 1972年生 四川南部县人 工程师 主要从事自动控制技术工作 通讯地址：攀钢热轧板厂 联系电话：0812 3399841 邮箱地址：jingdz2005@sohu.com 邮编：617062