问怎么设计步进加热炉平移液压系统？

摘　要：步进式加热炉炉底机械由于负载大，对振动和定位要求高，且液压系统具有较高的功率－质量比，因此采用液压系统驱动。通过编码器控制系统电液比例阀的动作，通过PLC编程设置加减速曲线，既避免了冲击对设备造成的伤害，又提高了系统的定位精度。 关键词：加热炉；步进梁；液压系统；定位精度 中图分类号：TG307　　 文献标识码：B　　 文章编号：1004-4620（2007）05-0072-01 1前 言 　　济钢第一小型轧钢厂加热炉采用侧进侧出的双蓄热步进梁式加热炉，步进机械动梁和钢坯总负荷为300 t，动作周期为32～34 s。由于液压系统具有较大的功率－质量比，并且易于实现预设动作要求，因此采用液压系统驱动。 2 液压系统设计 2.1 机械动作要求　　步进机械动梁结构示意图见图1。步进机械动梁运动轨迹示意图见图2。 1—提升框架；2—升降油缸；3—平移框架；4—横移油缸 图1 步进机械动梁结构示意图 图2 步进机械动梁运动轨迹示意图 　　动作原理如下：升降油缸活塞杆伸出，步进梁由“1”点位开始向“2”点位作上升运动→平移油缸活塞杆缩回驱动平移框架前进，步进梁由“2”点位运动到“3”点位→升降油缸活塞杆缩回，驱动升降框架下落，步进梁由“3”点运动到“4”点位→平移油缸活塞杆伸出，平移框架后退，步进梁由“4”点位运动到“1”点位。此时，步进梁完成一个动作循环。 2.2 技术要求 2.2.1 技术参数 最大载荷300 t；步进周期32～34 s；升降油缸升、降时间各约10 s；平移油缸进、退时间各约7 s；升降油缸升、降距离±100 mm（以固定梁为基准）；平移油缸进、退距离±280 mm。 2.2.2工艺要求 液压系统要求达到3个主要指标：1）实现升降、平移预设速度－位移曲线；2）运行轨迹不受载荷分配的影响；3）液压系统可靠性高，易于维护。 2.2.3 技术难点 由于负载大，定位准确度要求高，系统运行和制动全部由油缸驱动。因此，在制定运行轨迹曲线时，需要合理地设定加速－匀速－减速曲线，既要满足运行周期和定位要求，又要尽可能降低由惯性力引起的冲击，以保护设备的运行稳定。 2.3 系统设计 2.3.1系统分析 步进梁实现3种工艺动作：正循环、逆循环、踏步。对液压系统而言，无论执行哪种动作，该液压系统均可定义为开环速度控制系统，采用比例控制技术。步进梁的动梁在垂直和水平两个方向分别设置编码器，反映动梁垂直和水平方向的位置。升降油缸、水平油缸根据不同位置时的工艺要求，实现加速、减速、匀速，从而实现动梁对热坯的轻托、轻放，以及通过加、减速有效降低动梁因运动惯性引起的机械冲击。要保证在钢坯分布不平衡、载荷变化较大的情况下，系统能够继续按预设的动作曲线动作，保持步进梁和出钢节奏的稳定。因此，确定系统采用阀控形式。泵站为恒压源，调速型比例阀控制步进梁的动作。根据系统最低固有频率： ω0＝（4×E×A/L×M）/2×（1+α1/2）/2， 　　式中 E为液压油弹性模量； A为油缸无杆腔面积； L为油缸行程； M为当量质量； α为油缸有杆腔与无杆腔面积比。 　　通过计算，该套机械装置属于低频系统。因为系统属于开环控制系统，不存在稳定性问题。但加减速时间选择不当，系统依然会产生振动，影响系统位置精度。因此根据开环回路的原则，合理制定加减速度十分必要。 2.3.2 系统设计 由于系统流量大，压力要求稳定，因此液压泵选用恒压变量泵。根据工艺要求，主控制阀选用比例阀，用以实现变速控制。同时为了保证升降油缸运行稳定，在系统中叠加了进口压力补偿器，通过液压缸A、B口的压力比较，及时调整进口压力，从而保证了油缸两侧的压差恒定，使得油缸在负载不同的情况下依然保持运行曲线和加速度曲线不变。 2.3.3 电气控制 当步进梁接到起升指令后启动，通过托钢点时自动记忆当前平移编码器的数值，然后根据步距计算出前位的平移编码器的数值，确保当步进梁下降到放钢点时本次前进的步距为给定的步距。 3实施效果 　　由于该套系统采用比例换向阀对两组油缸进行控制，可以通过PLC程序对预设动作进行修改和完善，通过参数修改达到预期的目的，而不必进行硬件的修改和设备变更。设备投入运行后，步进机械运行稳定，冲击小，步进周期最快为32 s，达到了设计技术要求。在载荷分布不均衡的条件下同样能够保证步进机械按照预设的速度－位移曲线稳定运行。