5000kN液压剪断机在连铸线上的应用

・２１４・《机床与液压》２００４．　Ｎｏ．　１０５０００ｋＮ液压剪断机在连铸线上的应用 胡品龙，顾瑞华 （江阴市华宏液压机械厂，江苏江阴２１４４２３） 摘要：介绍了全自动液压钢坯在线剪的工作原理。该剪断机利用可编程控制器对设备的动作进行全程控制，辅以变频调速控制设备的行走，适合于大断面钢坯连铸生产线的使用，生产效率高，使用成本低。 关键词：钢坯连铸；液压传动；ＰＬＣ控制；变频调速 中图分类号：Ｖ２６１．　７　＋　６文献标识码：ｓ文章编号：１００１－３８８１　（２００４）　１０－２１４－２ Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　５０００ｋＮ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｂｉｌｌｅｔ　Ｓｈｅａｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ一ｃａｓｔｉｎｇ　Ｌｉｎｅ

ＨＵ　Ｐｉｎ－ｌｏｎｇ，　ＧＵ　Ｒｕｉ－ｈｕａ （Ｊｉａｎｇｙｉｎ　Ｈｕａｈｏｎｇ　Ｈ州ｒａｕｌｉｃ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ　２１４４２３　Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ；　Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｈ州ｒａｕｌｉｃ　ｂｉｌｌｅｔ　ｓｈｅａｒｓ　ｉｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ一ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｌｉｎｅ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｔｈｅ　ｓｈｅａｒｗａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｌｌ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ场ＰＬＣ，　ａｎｄ　ｗａｓ　ｅｑｕｉｐｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｖａｒｉａｂｌｅ一ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｒｕｎｎｉｎｇ．　Ｔｈｅ　ｓｈｅａｒｉｎｇｉｓ　ｓｕｉｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｔｅｅｌ　ｂｉｌｌｅｔ　ｉｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ一ｃａｓｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ，　ａｎｄ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｃｏｓｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ；　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ一ｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｂｉｌｌｅｔ；　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｄｒｉｖｅ；　ＰＬＣ　ｃｏｎｔｒｏｌ；　Ｖａｒｉａｂｌｅ一ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ０前言左右。 连续铸钢技术已成为当代冶金生产的重大技术成（２）设备简介。该液压在线钢坯剪断机与水平果而被广泛使用。它不仅简化了冶金生产工序，缩短方向成４５０，剪切方向为钢坯的对角线，由三部分组了冶金生产流程，而且大大节约了能耗，提高了金属成：机械部分、液压控制系统与电气控制系统。机械收得率，改善了铸坯质量。同时，它还改善了劳动生部分主要包括机架机座、行走机构、压料装置、剪切产条件，使生产过程实现了连续化、机械化和自动装置（含剪切导向装置、刀片间隙调整装置）和冷化。作为连铸，按其工艺要求必须进行定尺。在线切却、润滑装置；液压控制系统包括电机油泵、阀组、断钢坯的方式，大多采用自动或人工火焰切割，材料油缸、油箱及连接管道；电气系统由电机控制系统、损耗大、切割成本高。但是随着国内连铸生产能力的ＰＬＣ控制系统和变频调速控制系统及相应的程序、线不断扩大，大断面钢坯的生产已成为当前生产的主路等组成。这三部分有机地结合在一起，形成一个整流，以上的钢坯切断手段已越来越不能适应当前的生体安装在轨道上。产需求。因此，我厂陆续开发了一系列大吨位液压钢（３）设备动作原理简介。设备处于初始位置，坯剪断机，用于大断面钢坯的在线剪切。连铸钢坯穿过剪切刀口，变频调速电机工作使设备加，设备工作状况及动作原理简介速，钢坯碰到定尺装置的发讯器，设备的前进行走速 （１）设备工作状况简介。在钢坯连铸生产线上，度达到与钢坯同速，压料油缸工作将钢坯压住，压料由于钢坯是连续铸出的，所以要求设备在工作时不能到位后行程开关发讯，剪切油缸工作将钢坯剪断并回出现故障，可靠性要高，在剪切时应根据钢坯的流速程，压料油缸同时回程。剪切油缸和压料油缸回程同步行走，以保证钢坯的定尺精度和铸坯的连续性。时，剪断机在变频电机控制下快速返回，到达起始点同时，由于方形钢坯流出时的状态一般的直剪刀片不等待下一次剪切。整个动作过程可连续完成，也可单适宜使用，所以只能采用Ｖ字刀片斜剪（降低断面独手动执行。变形量，方便轧坯）。钢坯流速为１．２一２．５ｍ／ｍｉｎ， ２系统组成及工作原理钢坯定尺长度为１一３　ｍ／根，剪切温度大约在７００７ ２．１系统主要参数（见表１）

剪切系统压料系统行走系统系统额定压力１６／３１．　５ＭＰａ

系统额定压力２０　ＭＰａ

控制方式变频调速

系统工作压力Ｊ决进／回程６　ＭＰａ

系统工作压力１６　ＭＰａ速度范围

０　－５ｍ／ｍｉｎ

工进２５　ＭＰａ

系统工作流量快进／回程４１５　Ｌ／ｍｉｎ系统工作流量２０　Ｕｍｉｎ功率

２．２　ｋＷ

工进２４５　Ｌ／ｍｉｎ

电动机功率５２　ｋＷ

电动机功率

５．５　ｋＷ

２．２液压系统工作原理 （１）剪切系统工作原理说明 如图１所示：剪切系统采用低压大流量、高压小

流量系统。电磁铁１　ＤＴ，　２　ＤＴ不得电时，低压泵７排出的工作油经调压阀块１３一７回油箱，高压泵６排出的工作油经调压阀块１３一８回油箱，油泵空负荷运《机床与液压》２００４．　Ｎｏ．　１０・２１５・行。低压泵７的压力调整由调压阀块１３一７设定，压力调定在６ＭＰａ。高压泵６的压力调整由调压阀块１３－８设定，压力调定在２５　ＭＰａ。电磁铁１　ＤＴ，　２ＤＴ，６ＤＴ，　３ＤＴ得电时，当工作压力小于６ＭＰａ时，低压泵７排出的工作油在调压阀块１３－７的调定压力下经单向阀块１３－２、换向阀块１３－４进人剪切油缸１５的无杆腔，高压泵６排出的工作油经单向阀块１３一１，换向阀块１３一４进人剪切油缸１５的无杆腔，剪切油向阀１４回油箱，压料缸回程。 （３）各动作流量和时间分配 压料过程：流量２０　Ｕｍｉｎ，压料时间２．　Ｏｓ； 压料回程过程：流量２０　Ｕｍｉｎ，压料回程时间１．５ｓ； 快进剪切过程：流量４１５　Ｕｍｉｎ，快进剪切时间４．　２ｓ； 工进剪切过程：流量２４５　Ｕｍｉｎ，工进剪切时间３．　１　ｓ； 剪切回程过程：流量４１５　Ｌ／ｍｉｎ，剪切回程时间３．　４ｓ　ｏ 由于压料回程和剪切回程动作同时进行，压料回程时间小于剪切回程时间，所以只计算剪切回程时间。则一个剪切周期所需的时间为１０．７ｓ，考虑到油泵的效率和高压泵的排量，剪切周期为１２ｓ左右。由于铸造每米钢坯所需的时间为２４一５０ｓ，所以剪切时间大大小于钢坯铸造时间，符合工艺要求，所选电机、油泵符合要求。同时剪切速度越快，剪切质量越好，剪切断面变形越小。３设备特点 （１）采用了机械、液压传动、ＰＬＣ控制和交流变频调速控制相结合，是真正机、电、液一体化产品。采用液压传动，剪切力大、易于实现过载保护，惯性小，整个装置结构紧凑，便于自动控制；采用ＰＬＣ控制，具有可靠性高，编程和使用方便，接线简单，通用性好，网络通讯功能强，易于安装和维护。 （２）整个动作可单独手动也可自动控制，使操作具有灵活性。 （３）采用了恒功率变量柱塞泵技术，节约了能耗。 （４）主机行走机构采用了交流变频调速技术，既符合当前设备发展的主流，又使设备能满足不同钢坯流速变化的要求。 （５）油泵电机组：采用开式系统设计，加载时电磁铁得电，电机启动时不带负荷，既起到了保护电动机的作用，又减少了对电网的负荷和污染。 （６）控制阀组：采用大、小流量双系统，节约了产品成本。同时，设有压力设定功能，并有若干测压点，均可检测到当时的压力情况，向执行机构分配所需的压力能源。 （７）无备用泵：受工作环境的限制不采用备用泵，使设备结构更紧凑。 （８）上、下剪切刀座采用冷却系统，避免在高温环境下金属材料过早失效。 （９）液压系统采用插装阀的集成块结构，具有通油能力大、流动阻力小、响应速度快等特点，使液 （下转第１８１页右下方）漪皿啊姗器３－５１ＤＴ 图１液压原理图缸１５有杆腔的油经换向阀块１３一６回油箱，剪切油缸快速下行。剪切刀下行碰到钢坯，工作压力上升达到或超过６ＭＰａ，低压泵７卸荷，高压泵６排出的高压油在调压阀块１３一８的设定压力下经单向阀块１３一１、换向阀块１３－４进入剪切油缸１５的无杆腔，剪切油缸１５有杆腔的油经换向阀块１３　－６回油箱，剪切油缸１５工速下行。电磁铁１ＤＴ，　２ＤＴ，　５ＤＴ，　４ＤＴ得电时，低压泵７排出的工作油在调压阀块１３　－７的调定压力下经单向阀块１３－２、换向阀块１３一３进人剪切油缸巧的有杆腔，高压泵６排出的工作油经单向阀块１３一１、换向阀块１３－３进人剪切油缸１５的有杆腔，剪切油缸１５无杆腔的油经换向阀块１３　－５回油箱，剪切油缸快速回程。 （２）压料系统工作原理说明 油泵９排出的工作油经电磁换向阀１４回油箱，油泵９空负荷运行，压料油缸１６的上升与下降经电磁换向阀１４控制：如果电磁铁８ＤＴ得电，油泵９排出的高压油在溢流阀１２的调定压力下经电磁换向阀１４进人压料油缸１６的无杆腔，而有杆腔的油经电磁换向阀１４回油箱；如果电磁铁７ＤＴ得电，油泵９排出的高压油在溢流阀１２的调定压力下经电磁换向阀１４进人压料油缸１６的有杆腔，无杆腔的油经电磁换《机床与液压》２００４．　Ｎｏ．　１０１８１

（２）限制齿宽最小值为ｌ　Ｏｍｍ，得 ｇ２　（ｘ）二１０一ｘ，　＇ｘ２　｝ｘ３＜＿０ （３） （３）限制模数最小值为２ｍｍ，得 ９３（二）＝２一ｘ３　＜＿０ （４） （４）限制齿宽系数的范围为５／ｚａ　＜　，ｐｄ　－－　１７／ｚ．，　，得：９４　（ｘ）二５／ｘ。一Ｘ，：５０ （５） ｇ，　（Ｘ）＝＝二：一１７／ｘ，　＜＿０ （６） （５）根据行星轮齿面接触疲劳强度，得

（６）、根据齿根弯曲疲劳强度，得 ２Ｋ　＇Ｔ．９７（ｘ）＝２一一一一一３・ＹＦ・Ｙｓ一Ｌ，］；＜ｏ

ｘ，．ｘ２．ｘ３

（７）根据不自锁条件５０＜ａ＜１００，得

ｇ＇，（ｘ）二５一Ｘ５！５０ｇ９　（ｘ）＝ｘ，一１０：５０（８）根据太阳轮与行星盘的接触疲劳强度，

（８）

９６（ｘ）二Ｚｅ　＇Ｚ，・（２ＫＴ，３ ｘ，　＇ｘ２　＇ｘ３ＺＥ（ｉ＋１）‘’一〔ｖ，一”（７）９１０　（　ｘ）二

（９）Ｚｖ　－　Ｂ

（ｘ，＋ｒ２）。，。，＿

・—’ｔｇｘ５一Ｌ　ａＪ，＜　ｔ１ ｘ４　＇ｒ２

限制变速器中油的工作温度ｔ，　＜＿　８ＷＣ　，

ｇ＞，　（ｘ）＝ｔｏ＋ａｄ　＇ｔａｒ［（一ＬＮ・ｘ，　＂　ｘ３　＋４０）（一ｉ｝　＂ｘ，　＂ｘ２　＂ｘ３　＋４０）＋（一ｉｆｌ　＂ｘ，　＂ｘ３　＋４０）２］＜８０｀Ｃ

（９）（１０）得

（１１）得（１２）３优化方法的确定 考虑到优化设计的特点，采用混合惩罚函数法进行组合式无级变速器的优化设计，其惩罚函数的构造形式如下： ｔｐ（ｘ，ｒＭ）二Ｆ（：）一；“）．

表１组合式无级变速器优化后参数和现有参数的比较优化后参数现有参数ｚ，３４３６