中板轧机推床液压系统提速改造

刘文勇，林建筑

（天津钢铁集团有限公司中厚板厂，天津 300301；2.天津天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

中板轧机推床液压系统提速改造

刘文勇1，林建筑2

（天津钢铁集团有限公司中厚板厂，天津 300301；2.天津天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

轧机推床速度随着轧制节奏的加快不能满足工况要求，压下机构完成辊缝预摆和推床完成转钢的时间不匹配，辊缝预摆时间远远短于推床完成转钢时间，制约轧制节奏，影响机时产量。经工艺测算，当原来推床速度由100 mm/s增加到350 mm/s时可满足轧制节奏要求。对推床液压系统泵源进行了改造，通过增加泵组和蓄能器组，加大管路通径，调整系统压力，使推床速度达到350 mm/s以上。机时产量提高了30 t/h，年可提高产量19.5万t。

轧机 液压系统 速度 改造

1 引言

天津钢铁有限公司3 500 mm中厚板轧机是新建的一条独立完整的现代化中厚板轧机生产线，设计产能120万t。这条中厚板生产线，其双机架轧机的配置及合理的工艺布局，集机械设备、液压设备、电气设备及自动化设备完整配套为一体，体现出了目前国内中厚板轧机的最高装机水平。

随着各方面管理及职工技能的提高，已达到年产150万t的生产能力。但在生产实际过程中还存在机时产量偏低的现象，这主要是由于在粗轧机在开坯时推床速度慢造成的，在实际轧制过程中，压下机构完成辊缝预摆和推床完成转钢的时间不匹配，辊缝预摆时间远远短于推床完成转钢时间，制约轧制节奏，影响机时产量。为最大限度地发掘设备潜能，提高轧制节奏，对粗轧机推床进行了提速改造。

2 改造前推床液压系统简介

中板轧机推床是钢坯在轧制过程中的主要设备，其主要功能是使轧件对中于轧制中心线，使轧件安全顺利通过轧机，同时对轧件进行测宽。其动作的完成由液压系统执行的。

改造前液压系统为4台180排量的泵，3用1备，系统压力16 MPa。蓄能器组由8个SB330-50A1皮囊蓄能器组成。阀组原理如图1，轧机前后推床共由4组如下图的阀组组成，执行元件为8条Φ160/120×1 760的油缸。由1个泵站提供动力源。

系统参数见表1。

以钢坯尺寸3 200 mm（长）×2 100 mm（宽）×180 mm（高）为例，在开坯横顿转钢时，推床液压缸单边行程将近1 500 mm，推床打开满足转钢宽度须用15 s，制约了轧制节奏，影响机时产量。

3 改造液压系统方案、主要参数、元件的确定

图1 改造前控制阀组原理图

表1 改造前系统参数表

为解决推床速度慢的问题，应从电调、增加泵源流量和降低用户点使用流量入手，增加泵源流量、增加管路通径和降低用户点使用流量是推床提速的两种根本方法，电调只是起到辅助作用。降低用户点使用流量，即减小油缸的活塞面积涉及机械设备改动和运行的安全可靠性，不宜优先采用，经分析增加泵源流量，改变管路通径成为首选。

3.1 油缸速度的确定

结合现场实际情况及轧机压下速度，经现场测算，拟定推床速度为350 mm/s，预留400 mm/s的能力。

3.2 液压缸参数的校核[1]

原系统油缸利旧，为保证设备的安全可靠运行，必须对推床油缸的缸杆强度和缸杆与活塞的连接螺纹强度，按重新确定的系统压力和速度进行校核。为安全可靠，适当提高油缸使用压力对其进行校核。

油缸主要参数为：

活塞直径：D=160 mm;

活塞杆直径：d=120 mm；

油缸最大行程：S=1 760 mm；

支承长度：LB=3 600 mm（推床最大行程时）；

设计压力：17 MPa。

3.2.1 缸杆强度校核

活塞杆强度计算：

活塞杆受力：

F1为负载压力

塞杆压应力：

若缸杠杆材质为40Cr，则查手册可知屈服极限δs=600 MPa，许用应力[σ]=δs/ns，取安全系数ns=5，则[σ] =120 MPa。

因σ≤[σ]，故活塞杆强度符合要求。

3.2.2 缸杆与活塞连接螺纹强度校核[2]

螺纹的剪切应力应满足以下条件：

式中：τ为螺纹牙根部所受的剪切应力；[τ]为材料的许用剪切应力，τ≥0.6[σ]，[σ]=δs/n，其中[σ]为材料许用抗拉强度，δs为材料屈服强度，n为安全系数，通常取1.5；Q为螺纹牙轴向所受拉力（或压力）；D为螺纹根部直径，内螺纹取D大径，外螺纹取d1小径（螺纹小径，p为螺距）；b为螺纹牙根部宽度，普通螺纹一般取0.8～1p，p为螺距；z为螺纹牙数。

由液压缸设计图纸及工作系统参数可知，连接处为细牙普通螺纹，在液压缸推程时缸杆与活塞连接螺纹处有肩台，故可不考虑推程螺纹剪切强度，仅需校核回程。其公称直径d=80 mm，螺距p=2 mm，螺纹旋紧长度l=66 mm，工作压力P=17 MPa，液压缸缸筒直径D1=160 mm，活塞杆直径D2=120 mm，缸杆材料为40Cr，[t]1=400 MPa，活塞螺纹连接处材料为：45#钢，[t]2=178 MPa。

回程时活塞的受力按下式计算

式中：P为液压缸工作压力；D1为液压缸缸筒直径；D2为液压缸缸杆直径。

由以上数据计算，得出：

则改造后液压缸缸杆及活塞连接螺纹强度满足系统要求。

3.3 控制阀组及泵源形式的确定

由推床设计速度V=350 mm/s，参照原液压系统设计，采用单阀控制双缸，根据油缸活塞及活塞杆的直径可计算出4个阀组控制8条缸所需最大流量为3 376 L/min，考虑系统泄漏等影响，泵源流量应有所增加，一般需乘以1.2倍的系数，则泵源的能力应为：

这显然是一个庞大的泵站，即使是250排量的泵，选择1 450 r/min的电机，也需要12台泵。这不符合节能的要求。需从阀组设计入手，采用差动控制，以减小泵源提供的流量，同时由于推床间歇工作制。因此，可选择泵+蓄能器组的泵源形式。这样了降低泵的组数，达到节能目的。

3.3.1 阀组控制回路确定及控制阀的设计[3]

8条缸同时闭合是系统供油量最大的极限，为最大限度地达到节能的目的，在闭合时拟采用差动控制回路，即无杆腔工作，P→A；B→A口接通，有杆腔的回油不回油箱通过比例阀的B口经A口直接进入无杆工作腔。这样可减小泵源能力、降低比例阀通径的选择，起到节约能源、减小投资的目的。以单阀组为例进行计算。

差动回路所需流量为：

考虑到系统泄漏等影响，故比例阀的额定流量应增加1.2倍：

考虑到油缸速度的富余量及其他因素，故选择比例阀为4WRKE35R3-1000L-3X/6EG24K31/F1D3M。经过分析和计算和元件选型，设计控制阀组原理见图2。

图2 改造后控制阀组原理图

3.3.2 泵源电机功率的确定

式中：Q为1台泵流量，Q=360 L/min；P为系统最大工作压力；η总为效率，η总=η泵×η电机，取η泵=0.9η电机= 0.90；选择电机功率：N=132 kW，转速n=1 450 r/min；泵装置型式：油泵电机组。

3.3.3 泵组及蓄能器选定

根据差动原理，考虑到极限工作状态，即轧机前后推床8条油缸同时闭合，4个比例阀同时工作所需流量：

该流量比非差动系统减少了1 771.2 L/min流量。

极限工作状态，油缸满行程所需时间：

综合系统整体工况，采用了泵组+蓄能器组的动力源方式。

3.3.3.1 泵组选定

泵的排量q=250 ml/r、电机转速v=1 450 r/min，泵容积效率η=0.9，5台套工作泵组，一台套备用，则泵组可提供流量：

3.3.3.2 蓄能器的选定[4]

设系统工作压力P=17 MPa。

该站蓄能器的功能是当推床动作时系统在P=17 MPa下工作时,补充泵所欠缺的流量,当推床在υ=350 mm/s速度下满行程动作时，所需时间T=1 760/350=5 s。

当T=5 s时，液压系统需油量为:

液压泵排油量:

蓄能器应补充油量：

皮囊蓄能器的选择计算:

已知系统工作压力P=17 MPa，系统最低压力P2= 13 MPa，充气压力P3=1.7 MPa，充气压力比e=P3/P2= 0.9，工作压力比a=P/P2=1.31，平均工作压力P=15 MPa。

得：F=0.129 3

根据公式ΔV=V×e×η×F,得出蓄能器的总容积V=ΔV（/e·η·F）

式中：η为蓄能器的容积效率，取η=0.95，

因此，V=54.1（/0.9×0.95×0.066）=489.4 L。

为设备的运行安全和预留富余量，可适当增加氮气容积，通过查看样本，选用12个SB330-50A1皮囊蓄能器，总容积V=50×12=600 L，能够满足要求。

蓄器分别在20℃和35℃时压力-容积演示曲线如图3所示。

图3 压力-容积图

通过模拟，所预设选择的参数完全满足系统工艺要求。

3.4 提速后液压系统参数（见表2）

表2 提速后液压系统参数

4 改造成效

改造前机时产量为240 t/h；改造后机时产量最低达到270 t/h，增加30 t/h，一年多创产量19.5万t，效益相当可观。

5 结论

对推床液压系统的泵组、蓄能器组、比例阀组的重新设计选型，增加了系统的流量，完善了阀组设计，在保持速度不变的前提下，采用差动回路设计，最大限度地降低了系统流量，起到了节能的效果，通过上述的改造设计，经过1年多的使用，已满足了使用要求，达到了预期的设计目的。

[1]唐宗军.机械制造基础[M].沈阳：沈阳工业出版社，2002：37-65.

[2]成大先.机械设计手册[M].3版.北京:化学工业出版社，1993：44-69.

[3]关肇勋，黄奕振.实用液压回路[M].上海：上海科学技术文献出版社，1982：30.

[4]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，1998：46-78.

Speed Increasing Revamp of Pusher Hydraulic System of Plate Mill

LIU Wen-yong1and LIN Jian-zhu2
1)Plate Mill,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited, Tianjin 300301;2)Tianjin Tiangang Special Steel Joint Company Limited,Tianjin 301500,China

The rolling process was restricted and specific production affected by pusher speed not meeting the requirement of working conditions with rolling process speed-up and incorrect time matching of roll gap preset by screw down device with plate turning by pusher since roll gap preset was much faster than plate turning.Process calculation showed the rolling process could be fulfilled if pusher speed was raised from 100 mm/s to 350 mm/s.Modification was made at pusher hydraulic system to increase pusher speed to more than 350 mm/s through adding pump units and accumulators,enlarging pipe diameter and adjusting system pressure.Specific production was increased by 30 t/h,thus,annual production,195 000 t.

rolling mill;hydraulic system;speed;revamp

刘文勇（1969—），男，天津人，高级工程师，主要从事设备维护管理工作，E-mail：jixiulwy@163.com。

（收稿 2012－05－23 编辑 潘娜）