切边剪钢板调整装置液压回路的优化设计

张海山

（济钢集团国际工程技术有限公司，济南 山东250101）

1 前言

切边剪主要用来剪切钢板的纵向边部。在切边之前，切边剪需要用调整装置对钢板进行对中调整，以得到不同宽度规格的成品钢板和确保剪切的质量。钢板调整装置由抬升设备和磁力移钢设备组成，由液压系统作为动力源，通过自动控制系统控制液压缸的动作，实现对钢板的对中调整。在钢板调整过程中，为提高工作效率，需要液压缸在不同的阶段运行速度不同，要实现速度可调，并且在行程范围内的任何位置上都能可靠停止，所以在液压回路设计时，要包含速度调节功能、安全卸荷功能和位置锁定功能。结合某轧钢厂切边剪钢板调整装置在生产过程中表现出的效率低、设备故障率高的问题，对系统液压回路进行了技术分析，并提出了优化方案。

2 钢板调整装置

2.1 机械设备

钢板抬升装置共有7套，每套主要由带滚轮的升降托梁、横梁、轴、曲柄、抬升液压缸等组成。磁力移钢装置共有8套，每套主要由钢轨、横移车、横移液压缸、顶升液压缸、磁力装置及其附属部件。在生产过程中，使用抬升装置和磁力移钢装置时，一般情况下是根据钢板长度和工人的实际操作经验，优先选择靠近剪机的几组设备参与工作，极限状况下每组设备都参与工作。

2.2 液压设备

液压设备包括：8 m3油箱1个，用来存储液压油；流量为260 L/min柱塞泵5台；90 kW电机5台；流量为580 L/min的螺杆泵2台；钢板对中调整控制阀组1个；蓄能器等其他附件。

2.3 钢板对中调整装置工作过程

首先，由布置在剪切机入口运输辊道之间的升降托梁将钢板托起，并高于运输辊辊面；其次，安装在横移小车上的顶升液压缸将磁力装置升起并吸住钢板；然后磁力移钢机横移液压缸工作，推动横移车移动钢板，通过位置控制系统精确地将钢板移动到目标位置，实现钢板的对中操作。

在对中过程中，为确保表面质量，在升降托梁上装有若干滚轮，钢板在滚轮上横向移动，避免滑动摩擦造成钢板表面划伤。完成钢板的对中操作后，磁力移钢装置和抬升装置分别复位，辊道输送钢板向剪切机内运动，剪切机开始进行切边工作。

3 液压回路的设计优化

3.1 对阀组原有液压回路的分析

图1所示为钢板调整装置液压阀组中的部分回路，此阀组共有磁力移钢液压回路8套，抬升装置液压回路7套。根据对中调整装置工作的过程，对两套回路分析如下。

图1 原系统液压回路

抬升装置液压回路：抬升装置主要作用是将待剪切钢板抬高至辊道上表面以上，抬升时换向阀07的b位电磁铁得电，压力油经液压阀供至抬升液压缸无杆腔，液压缸动作将钢板抬升至目标位置后，换向阀07的b位电磁铁失电，由单向阀08锁定钢板位置。节流阀09控制液压缸伸出和缩回时的运行速度。在抬升钢板的这一过程中，液压缸的无杆腔为工作腔，受力主要为待剪切钢板和设备的重力，所承担负载较大。另外，因钢板规格不同，以及所选抬升装置工作数量不同，可能出现过载情况，因无杆腔油路上未设置安全阀，压力会超出额定值，导致密封、管路以及液压缸等出现故障，同时也存在造成人员伤害的安全隐患。

磁力移钢液压回路：顶升液压缸主要是实现磁力装置的升降，受力主要为磁力装置的重力，所承担的负载较小，不会出现过载现象，油路中可以不设置安全阀。

横移液压缸移动钢板时，比例阀01的b位得电工作，换向阀02的a位得电工作，压力油经过阀01和阀03供给液压缸无杆腔，实现钢板的横向移动，其中比例阀01可控制液压缸运行速度，单向阀03锁定钢板位置。

根据流量计算公式：

式中：Q为流量，L/min；A为作用面积，㎡；V为油液流速，m/s。

可以计算每组横移缸工作所需最大流量为181 L/min。在极限条件下，若8组横移缸同时工作，所需泵站流量为1 448 L/min，所以此回路要求液压站工作泵组输出流量大，需要液压站设置多台液压泵。

3.2 对阀组液压回路的设计优化

根据以上分析，对钢板对中调整装置阀组液压回路进行了设计优化，优化后的液压回路见图2。

在每一套抬升装置液压回路中增加安全阀11，这样当抬升液压缸所承载的重量超过额定值时，压力油通过阀11回到油箱，确保系统压力不会因过载而急剧增加，导致设备损坏和安全事故。

图2 优化后的液压回路

在每一套磁力移钢液压回路中增加叠加式单向阀10，实现液压缸的差动连接，这样在无杆腔工作移动钢板时，比例阀01的b位得电工作，换向阀02的a位得电工作，压力油经过阀01和03供给液压缸无杆腔，同时有杆腔油液通过阀10汇集到比例阀01的P口，与液压泵输出的油液一起供到液压缸无杆腔，这样每一套回路可节约流量110 L/min，大大减少了液压站的所需输出的流量。

4 结语

通过对液压系统回路的分析，找到系统存在的不稳定环节和不合理地方，并结合现场使用经验，对液压回路进行设计优化，达到了良好的使用效果和可观的经济效益。1）消除了生产过程中存在的危及人员和设备安全的隐患，确保了系统的可靠运行。2）解决了液压系统管路、密封以及液压缸等液压元件频繁故障的瓶颈问题，提高了设备使用率，提高了生产效率。3）减少了液压元件和液压油的消耗量，降低了备件和材料费用。4）减少了液压站的输出流量，这样可以减少工作泵组的使用数量，同时降低了用电费用。