6000T铝板拉伸机液压设计分析

杨桂芳

摘 要：大连汇程60MN铝板拉伸机液压系统的设计包括高压、大流量泵站的设计、控制阀台和机上控制阀块的设计以及设计中避免的问题。高压大流量泵站的设计主要阐述泵站的参数设计和泵站配套的元件的选择设计。控制阀台设计主要以拉伸机主拉伸液压缸为例阐述按照机械设备的要求和工艺自动化要求设计相应的控制回路以及在设计控制回路时的注意事项，以及断带保护回路的设计，机上阀块的设计主要以拉伸头钳口为例阐述按照拉伸设备特点和受力要求，按照实际工况依据设计相应的控制回路以及机上控制阀块的设计注意事项。并根据现场实际工况考虑一些故障安全保护的控制回路。

关键词： 拉伸机;液压泵站;液压阀台

引言

2011年达涅利公司为大连汇程铝业有限公司提供一套铝板拉伸机，包括机械设备和自动化控制系统。其中液压系统也在供货范围是机械设备的一部分。铝板拉伸机是用来增加铝板的强度、矫直和消除板材的内应力，是铝板生产的精整设备。这台拉伸机用在高质量表面和高性能要求的中厚板的生产，是在热处理后需要拉伸和矫直的板材，这是一个具有挑战性的建设项目，拉伸机采用特殊的断带保护系统，可以保护拉伸头部和固定头部。拉伸板材宽度1000mm～3600mm，板材厚度6mm～200mm，板材长度4000mm～25000mm，最大重量14t。

1.控制阀台的设计

按照此项目拉伸机的设备工艺提供的数据以及机械设计提供的油缸清单看，对液压控制要求高的设备主要是快速移动液压缸和拉伸机主拉伸液压缸，这两个控制回路具有达涅利拉伸机设计方案的特点，不同于国内的设计，具有自动化控制高，液压控制精确，使得产品表面质量和拉伸板材的机械性能得到了很大的提高，还可以增加产品的附加值。其他还有一些辅助液压缸的控制回路，也是一些基本的控制回路，這里就不一一阐述了，这里主要介绍上面提到了快速移动液压缸和主拉伸缸的控制回路，以及断带保护控制回路的设计。

1.1拉伸机快速移动缸控制回路的设计

快速拉伸缸的参数：450/300-4000 Vmax=80mm/s  F30MPa=1400kN

按照工艺描述，快速移动缸共两个，位于拉伸头的两侧，连接主拉伸缸和拉伸头，用于把对中后的板材快速移动到移动头前面的光珊并进入拉伸头。液压缸为双出杆型式的，两侧的截面积相同，两侧所需的流量也相同。

计算快速移动缸在最大的工作压力下所需的流量，计算公式为：

×V×60×1000                                  （1）

式中：Q-油缸运动所需的流量（L/min）

D-油缸的内直径（m）

d-油缸的活塞杆的直径（m）

V-油缸运动的速度（m/s）

按照式（1）里的数据可得所需的最大流量是424L/min.

按照设备自动化控制和工艺要求，在每个快速移动油缸上都装有位移线性开关，使的油缸能停留在任意的所需位置上，由于快速移动油缸还需要两侧的拉伸头能同步运动，运动的精确度直接影响板材的平直度，以及性能保证值里的拉伸率公差和对角线公差，为了达到这些性能保证值，所以确定快速移动油缸的控制回路采用伺服控制回路。

首先给伺服阀Y101输入一个信号（±10mA），驱动液压缸，当达到预设的位置时（在液压缸上装有接近开关S107）伺服阀接收油缸的位移传感器B101信号来做对比修正输入信号对油缸进行快速无极调速，运用伺服阀的响应速度快，高精度来保证快速移动缸将铝板准确运到需要地点。为保证伺服阀的高稳定性，首先必须保证伺服阀的油液清洁度防止卡死，在控制油口设有高压双筒过滤器，还要保证控制油的压力稳定，所以还设有减压阀和蓄能器当压力波动时用蓄能器来吸收压力波动。设计中还考虑了当板带发生断裂时，快速移动缸处于静止，为防止突然断带带来的冲击使的缸体内的压力骤然升高，在旁路中还设有插装锥阀快速回油和安全溢流阀，通过这些元件和自动化控制的配合使的快速移动缸达到设备中需要的各个顺序动作。

1.2主拉伸缸控制回路以及断带保护回路的设计

主拉伸缸的参数：1200/1080-1600 V最大拉伸=8mm/s V最大调整=40mm/s。 F30MPa=34000Kn

按照工艺描述，主拉伸缸数量是2个，轴向布置在拉伸梁和拉伸头之间，对板材施加主拉伸力，配有减振系统用于吸收突然断带情况下所释放的能量。

在最大的工作压力下是设备拉伸板材状态，所以主拉伸缸的速度是8mm/s计算公式为：

×V×60×1000                                      （2）

式中：Q-油缸运动所需的流量（L/min）

D-油缸的内直径（m）

V-油缸运动的速度（m/s）

由于油缸有杆腔的截面积小于无杆腔的截面积，所以无杆腔的流量即是该油缸动作时所需的最大流量，按照公式（2）计算得到主拉伸缸的最大流量是543 L/min。

2.液压泵站的设计

液压泵站是液压系统的动力源，它能提供满足系统压力和流量需要的压力能，液压泵站的设计主要有泵站的组成和泵站的噪音和振动以及泵站的监控和安全保护，这里只阐述适合该拉伸机的液压泵站的组成。

根据前面所述可以确定拉伸机的泵站服务电液伺服阀，泵站的液压油必须达到NAS 5级才能保证控制回路中伺服阀的正常运转，因此泵站除了油箱、泵组以及蓄能器组外，还必须设有旁路的循环过滤冷却装置，也是一般泵站经常配备的设备，这样既保证了整个系统中液压油的清洁度，也保证了系统正常运转所需要的温度。

2.1泵电机组参数的计算

按照工艺描述和技术规格书中描述的，整个拉伸机设备中最大流量的时侯就是主拉伸缸工作时的最大流量，按照式（2）计算出的流量，系统正常工作时的最大流量是543×2=1086 L/min，考虑到系统及泵流量损失等因素，泵站的总流量按1086/0.8=1358按照排量250ml/r的泵，选用1500r/min的电机，每台泵的流量可达350L/min，因此泵站初步按4+1形式的设计，即4台工作泵1台备用泵的形式。

工作压力按照负载和机械设计提供的参数看，只要快速移动缸和主拉伸缸工作压力需要31.5MPa，所以泵站的最高工作压力设定为31.5MPa。

根据确定的最高工作压力和单泵的最大流量可以计算出单泵所需的驱动电机功率，计算公式如下：

N=P.Q60η

式中：N-所需电机的功率（kW）  （3）

P-最大工作压力（MPa）

Q-最大工作流量（L/min）

η-機械效率。（一般柱塞泵取90%）

计算所得驱动单泵的电机功率为250KW.

2.2油箱的设计及容量大小的选择

油箱一般会配有一些电子元件，使得工作时的自动化和安全性能都有所提高，一般会设有温度传感器，加热器，空气滤清器、液位计及液位传感器和液位开关。油箱的容量通常取每分种流量的7～10 倍，这里取8倍，按油箱标准系列取为10000m3

2.3循环过滤冷却装置

循环过滤冷却装置是把系统中液压油的工作温度控制在一定范围。对于高压大流量的伺服系统，尤其控制油液的清洁度，防止伺服阀出现故障。

按照2.2计算出油箱的大小设计循环泵的大小，对于这种高压大流量的液压泵站一般将油箱的油液做一个过滤冷却循环不超过10分钟 ，防止系统过热这里按8分钟计算，同时考虑供应商的泵的流量规格选择，确定为2台螺杆泵，单泵的流量为620L/min， 电机功率为18.5kW， 过滤器按照系统要求需要选择3μ按循环泵的流量和供应商的过滤器的压力降选择过滤器的大小，厂家推荐一般循环过滤器的压力降选0.4～0.6bar.

冷却器的大小的选择是循环过滤冷却装置的关键部分，常规这种高压大流量的液压系统的冷却器选择板式冷却器，一般以不锈钢波纹板为传热面，具有高传热系数。冷却器计算是利用热平衡和温差计算的。经过几年的经验发现，冷却器的计算不是简单的换热面积的计算，国内推荐的计算的换热面积一般适用于固定的国内供应商的冷却器的选择上，近年有好多国际品牌的冷却器供应商进入中国后，发现由于供应商的冷却器的传热系数不同，计算出的换热面积也不同。因此建议计算出散热功率后，在详细制造时根据选择的供应商不同再计算散热面积。由于液压系统处于长期的连续工作状态，一般散热功率就是系统的发热功率。