梅钢去毛刺机液压系统改造的设计和分析

２０１１年第１期　梅山科技　・４９・　梅钢去毛刺机液压系统改造的设计和分析　李艳　（梅山钢铁公司炼钢厂　南京２１００３９）　

摘要：通过对梅钢２号连铸机原气动去毛刺系统的故障分析，根据现场条件以及对液压　系统的计算，得出增加去毛刺机液压系统的可行性改造方案，最优化地实现了项目改造。　关键词：去毛刺机；流量；绝热状态　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｂｕｒｒｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ａｔ　Ｍｅｉｇａｎｇ　

ｙ０ｎ　（Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　Ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｉｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００３９）　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｂｕｒｒｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ；ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ；ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　

在梅钢炼钢厂２号连铸机２流项目建设中，　其去毛刺机采用了气动刮板式结构，自项目投产　以来，该设备使用效果良好，但故障较多，存在气　动阀件及气缸损坏频繁等问题，导致板坯的去毛　刺率达不到生产需要，不能符合板坯质量标准，一　定程度上影响了热轧板厂和冷轧厂的设备及生产　质量，进而影响了生产节奏。　１　设备改造的可行性分析　在现场应用过程中，２号连铸机２流去毛刺　机去毛刺效果良好，毛刺去除比较干净，但相对１　流去毛刺机（锤刀式）存在较多故障，经常出现阀　件及气缸损坏频繁等问题，导致去毛刺率无法提　高，不能达到制造部的板坯质量标准。考虑到热　轧板厂和冷轧厂对板坯质量有严格的要求，板坯　如果有毛刺，一定程度上会影响热轧板厂和冷轧　厂的设备及生产质量，进而影响生产节奏，所以现　拟对２流去毛刺机进行改造。　１．１　刮板式去毛刺机工作原理　去毛刺机的刀片是长条形，两面有刃，以便去　除铸坯两端的毛刺。１台去毛刺机用两把刮刀覆　盖铸坯最大宽度。为减小切削阻力，刮刀与铸坯的　宽度方向成４。～６。的夹角，两把刮刀互相平行，每　把刮刀的两端分别支撑在１组碟形弹簧上，保证两　端都能紧压铸坯表面。当铸坯到达去毛刺工位时　停止运动，去毛刺机处于待机位置，升降气缸将铸　坯压紧在去毛刺辊道上，升降气缸将刀台升起，刀　片的刃面紧压在铸坯下表面上，其压紧力的大小取　决于弹簧的压紧力。刀架升降依靠导板为其导向，　之后横移气缸推动横移机构在轨道上行走，带动横　移机构上的所有机构运动进行去毛刺作业。因为　铸坯宽度为９００～１　３５０　ｌｑ，ｌｍ，故在铸坯的两侧各有　１套去毛刺机构，在推动刀架去毛刺时依靠齿轮一　齿条机构使２套机构强制同步，刀具平移进行去毛　刺作业，毛刺去除后刀台下降退回到待机位置，前　端去毛刺以后再去除后端的毛刺，刮刀去毛刺时的　移动方向总是从铸坯里面向着切割端面。　１．２锤刀式去毛刺机工作原理　锤刀式去毛刺机的机构见图１。在去毛刺辊　全长上车出圆盘，圆盘上沿圆周方向钻８个通孔，　穿装８根长销，长销上悬挂锤刀。去毛刺辊的轴　承座由油缸带动升降，其滑动导轨在机架的滑动　导板上滑动，轴承座的升降位置由接近开关来调　整和限制。去毛刺过程的控制信号来自光电开　关。铸坯前端到达去毛刺机第１位置时去毛刺辊　启动，沿铸坯前进方向转动，到达去毛刺机第２位　置时（光电开关控制）液压缸动作，将去毛刺辊升　起到限定位置，飞转的锤刀依靠动能将毛刺打掉，　之后去毛刺辊回到待机状态。待铸坯后端到达去　毛刺机第１位置时去毛刺辊启动，逆铸坯前进方　・５０・　梅山科技　２０１１年第１期　向转动，到达去毛刺机第２位置时液压缸动作，将　去毛刺辊升起到限定位置，飞转的锤刀依靠动能　将毛刺打掉，去毛刺机回到待机状态。　【　｝　。　铸坯　。　锤　图１锤刀式去毛刺机机构简图　１．３两种去毛刺机使用对比　通过对两个流的去毛刺机使用对比发现：刮　刀式去毛刺机靠碟形弹簧，将长度为１　２００　ｍｒｌｌ左　右的刀片压紧在铸坯下表面上，当铸坯表面有鼓　肚或突起时，凹处就会有一部分毛刺不能去除，刀　片的进退是机械强制进行的，所以刀片在去毛刺　过程中，难以保持调整好的切削状态，而且其毛刺　机结构显得复杂，刀片及刀架、刀架升降机构、横　移机构、齿轮及齿条同步机构、去毛刺辊道的安装　以及相应的气压回路，都必须精心调整才能达到良　好的去毛刺工况，８个气缸必须全部保持良好的状　态，任何１个气缸损坏，都将使去毛刺机无法完成　正常的动作，由于去毛刺的时候每个气缸要动作４　次，频繁的压力冲击使得气缸的密封圈很容易损　坏，气缸一旦漏气将影响去毛刺机的功能。而锤刀　式去毛刺机的传动系统属于常规机械传动设备，除　油缸的升降速度要求较快外没有特别的调整要求。　设备的功能和精度都很容易达到使用要求，维护也　很方便。目前２号连铸机１流的去毛刺机设备运　行正常，毛刺的去除率在９８％以上，满足了生产和　设备维护的要求。根据以上分析以及梅钢自身的　工艺和设备特性，锤刀式去毛刺机更加适合该铸机　的工况，最终决定对２号连铸机２流气动去毛刺系　统实施现场改造。　２去毛刺机的液压系统改造　根据梅钢炼钢厂现场的既有条件，目前就近　有１套切割辊道液压站，用于控制２号连铸机１　流的切割摆动辊道液压缸、去毛刺机液压缸和２　流的切割摆动辊道液压缸。为节约项目改造费　用，避免增加原铸机液压站的数量和相关电气装　机容量，拟利用该泵站作为泵源，新增１个控制阀　台以实现改造设备的液压缸控制。以下为对现有　利旧系统的能力核算和改进以及新增控制系统的　设计。　２．１　既有液压系统泵源能力的核算　现有切割辊道液压系统控制２流共１０个切　割油缸，以实现切割辊道的上升和下降。主要技　术参数如下：切割油缸型号０３１２５　ｒａｍ／７０　ｌｑｃｌｍ×　４００　ｍｍ，速度要求为０．１　ｒｒｔ／ｓ，切割辊道重１０　ｔ。　油缸在摆上时有杆腔进油，摆下时（靠自重）无杆　腔进油，则切割油缸运动所需最大流量可通过以　下步骤得出。　辊道下降时流量为：　Ｑ下降＝３．１４　Ｘ　０．１２５　×０．１　Ｘ　６０×１　０００／４　＝７４　Ｌ／ｒａｉｎ　辊道上升时，切割油缸动作所需的最低压　力为：　Ｐ切割油缸＝Ｆ／Ａ＝１０　Ｘ　１０　Ｘ　９．８×４／７ｒ（０．１２５　

一０．０７　）＝１１．６３　ＭＰａ　此时切割油缸的流量为：　Ｑ　升＝３．１４×（０．１２５　一０．０７　）Ｘ　０．１　Ｘ　６０×　ｌ　０００／４＝５０．５　Ｌ／ｒａｉｎ　由于Ｑ下降＞Ｑ上升，因此Ｑ…取７４　Ｌ／ｍｉｎ，切割　油缸运动所需最大流量为７４　Ｌ／ｍｉｎ。　改造实施后，每流去毛刺液压系统由２个去　毛刺油缸控制去毛刺辊道的上升和下降。主要技　术参数如下：去毛刺机油缸型号０３８０　ｍｍ／４５　ｍｍ　×１００　ｍｍ，速度要求为０．１ｍ／ｓ，去毛刺辊道重约　２　ｔ。　去毛刺油缸运动所需最大流量为：　Ｑ去毛刺油缸＝３．１４　Ｘ０．０８　×０．１　Ｘ　６０　Ｘ　１　０００／４　＝３０　Ｌ／ｍｉｎ，　去毛刺油缸动作所需的最低压力为：　Ｐ去毛刺油缸＝Ｆ／Ａ＝２×１０　Ｘ　９．８　Ｘ　４／７ｒ（０．０８　一０．０４５。）＝５．７　ＭＰａ。　切后辊道液压系统主泵使用的是恒压变量柱　塞泵，１用１备，型号为Ａ１０Ｖ０７１ＤＲ／３１ＲＰ．ＰＡ　１２Ｎ００，额定压力为２８０　ｂａｒ，排量ｖ…＝７１　ｅｍ　，　李艳梅钢去毛刺机液压系统改造的设计和分析　・５１．　电机为三相异步电机，型号为Ｙ２２５Ｍ一４　Ｂ３５，转　速１　４５０　ｒ／ｍｉｎ。　泵的流量为：Ｑ＝７１×１　４５０／１　０００＝１０２．９５　Ｌ／ｍｉｎ。考虑到会有去毛刺机和切割辊道同时动　作的情况，泵的流量小于油缸的总流量Ｑ　缸．＝　７４＋３０×２＝１３４　Ｌ／ｒａｉｎ或Ｑ总油缸２＝７４＋７４＝１４８　Ｌ／ｒａｉｎ。所以２流切割辊道和去毛刺系统增加了　蓄能器组。其液压系统简图见图２。　１流去毛刺阀台ｌ　ｌ　１流切割辊道　２流去毛刺阀台（新增）Ｉ　ｌ　２流切割辊道　切后辊道液压站　ｌ流切割阀台　２流切割阀台　新增去毛刺蓄能器组　减压阀型号为ＺＤＲＫ　１０　ＶＰ５一ＩＯ／２１０ＹＭＶ，控制　阀采用叠加板式连接。　２）蓄能器的选择皮囊式蓄能器（见图４）的　特点是气体与油隔离，油不易氧化，尺寸小，重量　轻，反应灵敏，充气方便。其工作示意图见图５。　

图２　液压系统简图　图４皮囊式蓄能器结构图　初步拟定２流去毛刺系统的液压原理图见　

图３。　

图３　２流去毛刺系统的液压原理图　２．２改造控制系统的设计　１）液压控制阀的选择根据液压控制阀所　在油路的工作压力和通过该阀的最大流量来确定　阀的规格型号。通过以上计算，去毛刺机油缸动　作的工作压力为５．７　ＭＰａ，流量为３０　Ｌ／ｍｉｎ。对　照样本选型，电磁换向阀型号为４ＷＥ１０Ｄ３Ｘ／　ＣＧ２４Ｎ９Ｋ４，节流阀型号为Ｚ２ＦＳ１０—５—３Ｘ／３１５，　

Ｐ０　充　气　压　力　

预压充气时　蓄压充气时　压力油放出时　图５　皮囊式蓄能器工作示意图　根据玻义耳气体定律的工作原理，蓄能器的　容量可用公式（１）计算得出　：　１　１　１　１　Ｉ　＝△Ｖ／Ｐ。÷［（　１）ｉ一（寺）　］　（１）　

２　式（１）中：ｎ为状态指数（等温状态ｎ＝１，绝热状　

态ｎ＝１．４），一般来说，蓄能器压力的释放可以看　为绝热状态；Ｐ。为蓄能器注油前充气压力；Ｖｏ为　压力为　时的气室容积；尸　为使用蓄能器所需　维持的最低工作压力；Ｐ　为系统的最高工作压　力；△Ｖ：Ｖ。一　，Ｖ。为最低压力下的气体体积；　为最高压力下的气体体积。　蓄能器皮囊的充气压力也应根据不同的使用　情况来确定，用作辅助动力源时，Ｐ。一般按Ｐ　的