带钢处理线钢卷小车提升缸的优化设计

闫冬冰，李 冰

（1.西马克技术（北京）有限公司上海分公司，上海 200000；2.上海理工大学，上海 200000）

本系统属于冶金设备，主要介绍的就是带钢处理生产线中的钢卷小车。带钢处理线有很多种，其中包括连续酸洗连轧线、连续退火线、镀锌线、重卷线、剪切线，各种生产线入口段和出口段都要用到钢卷运输设备。钢卷小车液压缸独特的设计，可以适应入口开卷机和出口卷取机不同的布置高度要求和高负载的运输要求，具有适应性强、运输稳定、设备及维护简单等优点，因此得到广泛应用。

1 工作描述

在带钢处理线连续机组布置中，钢卷小车在入口和出口钢卷运输中，起了非常关键的作用。有的用户钢卷准备区和存放区离生产线很远，可以选择布置若干个钢卷小车。为了适应入口开卷机和出口卷曲机中心高度，钢卷小车设计结构非常紧凑，外型低矮结实，同时还具备比较大的升降行程。

液压缸的设计就是关键，液压缸有标准和非标设计，钢卷小车一般采用非标准缸设计。液压缸需要提升运输钢卷，钢卷重量高达40多吨。所以需要谨慎选择和校核液压缸的大小。

2 举例如何校核液压缸

一般选用两级缸，结构如示例；见下图1。

图1 两级缸具体结构

根据经验，我们先初步选定两级缸尺寸。 接下来我们需要来校核这两个缸的选型。

钢卷小车前后共布置两个液压缸块（布置见后面图2）。每个液压缸块又由中间的一个大液压缸和两侧布置的两个小液压缸组成。工作顺序是中间的大液压缸先提升，活塞杆完全伸出后，两侧的两个小液压缸才开始提升，提升时都是从无杆腔进油的。

图2 液压缸行程归零时状态图

系统压力：180 bar。

考虑压力损失，计算用压力：P=160 bar=16N/mm²。

重力加速度：g=9.81m/s²。

钢卷重量：mc=40 t=40，000 kg。

液压缸数量：Zc=2。

液压活塞摩擦系数：frc=0.9。

钢卷小车顶部框架加顶部压辊总重：mt=11 t=11，000kg。

先校核校液压缸，小液压缸尺寸是：ø120/ø80，行程675mm。

活塞直径：Ds=120mm。

活塞杆直径：ds=80mm。

活塞有效面积：As=2 x Ds2x/4=22608mm2。

小液压缸推力：Fc=Asx Px Zcx frc=651110N=651KN。

钢卷小车提升机械机构摩擦系数：frsh=0.9。

小液压缸提升最大载荷：mges=Fcx frsh/g=59724 kg。

小液压缸允许提升的最大钢卷重量：mcmax=mges-mt=48724kg=48.7 t。

液压缸安全系数：s=mcmax/mc=1.2。

下面是校核大液压缸，大液压缸尺寸是：ø173/ø120，行程625mm。

活塞直径：Db=173mm。

活塞杆直径：db=120mm。

活塞有效面积：Ab=Db2x/4=23494mm2。

大液压缸推力：Fc=Abx P x Zcx frc=676627N=676KN。

钢卷小车提升机械机构摩擦系数：frsh=0.9。

大液压缸提升最大载荷：mges=Fcx frsh/g=62075 kg。

大液压缸允许提升的最大钢卷重量：mcmax=mges-mt=51075kg=51 t。

液压缸安全系数：s=mcmax/mc=1.275。

3 防爆保护

在钢卷小车液压缸设计中，还要考虑到一种安全问题。由于小车运输的钢卷重量比较大，在提升运输过程中，如果液压管路发生爆裂，进油端压力骤降，液压缸提升失灵，会带着运输的钢卷一起快速回落而损坏设备或者造成更大的损失。为防止这种现象，在液压缸设计回路中要考虑防爆保护。当进油和出油压力差不多时，防爆阀打开。当进油端压力骤降时，流量阀防爆阀会关闭，保持住液压缸内的油压，保证液压缸提升的位置。

防爆保护通过一个流量控制阀来实现。这个阀的计算如下：

提升速度：Vk=80mm/s。

收缩速度也是小车的下降速度：Vr=160mm/s。

小液压缸活塞侧流量：Qks=Asx Vk/ 1003=1.80dm3/s=108.5 dm3/min。

小活塞杆侧有效面积：Asr=2 x(Ds2-ds2)x/4=12560mm2。

小液压缸活塞杆侧流量：Qrs=Asrx Vr/1003=2dm3/s=120.5 dm3/min。

大液压缸活塞侧流量：Qkb=Abx Vk/1003=1.88dm3/s=122.7 dm3/min。

大活塞杆侧有效面积：Abr=(Db2-db2)x/4=12190mm2。

大液压缸活塞杆侧流量：Qrb=Abrx Vr/1003=1.95dm3/s=117 dm3/min。

活塞侧总流量：Qkges=231.2 dm3/min。

活塞杆侧总流量：Qrges=237.5 dm3/min。

所以选用FQIA-XIN-300l/min的防爆阀保护。

安全系数是300/237.5=1.26。

4 钢卷小车液压缸布置图

当液压缸行程为零时。

当液压缸满行程提升时。

图3 液压缸满行程提成时状态图

5 结语

随着我们对安全的重视越来越高，在设备设计过程中会越来越慎重，适时地优化我们的设计。更好的满足生产需要。