對(duì)包液壓系統(tǒng)原理_故障分析及改進(jìn)
(1)對(duì)包液壓系統(tǒng)
某SLD-140型水平連鑄機(jī)組采用全液壓驅(qū)動(dòng),其中間包對(duì)包采用液壓傳動(dòng)。對(duì)包液壓控制系統(tǒng)原理圖如圖Q所示,該系統(tǒng)使用疊加式集成控制方式,具有兩級(jí)壓力控制。對(duì)包時(shí),中間包未接觸結(jié)晶器之前,使用系統(tǒng)額定工作壓力p=7.0MPa進(jìn)行工作;中間包快接觸結(jié)晶器時(shí),馬上進(jìn)行壓力轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)壓力減至p2=1.5~2.0MPa。當(dāng)電磁閥2的電磁鐵1DT通電時(shí),壓力油經(jīng)電磁閥5→疊加式單向閥3→電磁閥2→疊加式單向調(diào)速閥1→分流集流閥8,經(jīng)精密調(diào)速閥6、7旁路調(diào)整后,分別進(jìn)入兩缸的無(wú)桿腔,推動(dòng)液壓缸精確同步前行,從而帶動(dòng)中間包快速前行,開(kāi)始對(duì)包;當(dāng)中間包快接觸結(jié)晶器時(shí),電磁閥5的電磁鐵3DT通電,壓力油經(jīng)電磁閥5→疊加式減壓閥4,工作壓力減至設(shè)定壓力,由于單向閥3的截止作用,壓力油繼續(xù)前行,進(jìn)入液壓缸無(wú)桿腔,又由于減壓閥的液阻作用,使液壓缸慢速前行,從而帶動(dòng)中間包緩慢對(duì)上并貼緊結(jié)晶器,完成中間包對(duì)包過(guò)程;當(dāng)電磁閥2的電磁鐵2DT通電、電磁閥5的電磁鐵3DT斷電時(shí),壓力油經(jīng)電磁閥5→疊加式單向閥→電磁閥2進(jìn)入兩缸的有桿腔。推動(dòng)液壓缸后退,從而帶動(dòng)中間包后退,完成中間包退包過(guò)程。
(2)系統(tǒng)故障分析
該系統(tǒng)投入使用后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作很不正常。當(dāng)減壓閥設(shè)定壓力p2 =1. 5MPa時(shí),中間包對(duì)包前行的(3DT斷電狀態(tài))速度非常緩慢,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;而3DT通電處于減壓狀態(tài)時(shí),中間包前行的速度又比較正常。經(jīng)過(guò)跟蹤分析,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障的根源出在疊加式減壓閥這個(gè)環(huán)節(jié)上。
圖R(a)所示為疊加式減壓閥的結(jié)構(gòu)圖,其工作原理為:壓力油經(jīng)A孔進(jìn)入,經(jīng)節(jié)流口①由通道A′孔流出,A′腔油液壓P經(jīng)通道②和小孔c作用到反饋活塞1上,使活塞1向左移動(dòng)。由于作用力和反作用力的相互性,主閥芯2向右移動(dòng),壓縮調(diào)節(jié)彈簧3,在彈簧力的作用下,主閥芯2處于一個(gè)平衡位置,從而使節(jié)流口①開(kāi)口一定,壓力油經(jīng)節(jié)流口①的節(jié)流作用,工作壓力由P1減至設(shè)定壓力P2。
對(duì)減壓閥主閥芯進(jìn)行受力分析,如圖R(b)所示,忽略摩擦力和液動(dòng)力的影響,主閥芯平衡穩(wěn)定時(shí):
FA =fk (4-5)
式中 FA——負(fù)載壓力反饋?zhàn)饔昧Γ現(xiàn)A =p2A;
fk——設(shè)定彈簧作用力,fk=(ΔX+X)K。
由此得出減壓閥的數(shù)學(xué)模型:
(4-6)
式中 P2——負(fù)載腔壓力,
K——彈簧剛度;
X——彈簧預(yù)緊量;
ΔX——主閥芯位移;
A——反饋活塞截面積。
對(duì)式(4-6)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換:
ΔX=(p2A)/K-X (4-7)
從式(4-7)可以看出:
①隨著p2增高,ΔX增大,主閥芯右移;
②如果K變小,ΔX增大,主閥芯右移。
由此可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。
①當(dāng)p2較高,K較小時(shí),ΔX較大,當(dāng)ΔX1≤ΔX≤ΔX2時(shí)主閥芯2右移,關(guān)閉節(jié)流口①,壓力油從A′→A的通道截止,油流不通。也就是說(shuō),壓力設(shè)定適中,彈簧剛度適合,即減壓閥適合系統(tǒng)要求,并調(diào)整得當(dāng),則減壓閥具有單向性:從A→A′減壓,從A′→A截止。
②當(dāng)X較大,K較大時(shí),致使0≤ΔX<ΔX1時(shí),主閥芯右移,但不足以使節(jié)流口①關(guān)閉,通道A′→A仍然溝通,也就是壓力設(shè)定過(guò)高,而彈簧剛度不合適,使減壓閥的單向作用失去,即從A→A′減壓,從A′→A回流。
③當(dāng)X很小,而P2很高,K也較小,此時(shí)ΔX很大,使得ΔX> ΔX2時(shí),主閥芯右移,關(guān)死節(jié)流口①,而使A′腔與T腔溝通,系統(tǒng)溢流。也就是說(shuō),設(shè)定壓力很低,彈簧剛度也較小,而負(fù)載壓力很高時(shí),減壓閥的單向性能也失去,即從A→A′減壓,而A′→A回流時(shí),A與T溝通溢流,起到壓力沖擊保護(hù)作用。
由以上分析可以看出,減壓閥的單向性是隨工況變化而變化的,不宜在系統(tǒng)中突出使用其單向性。
如系統(tǒng)原理圖Q所示,當(dāng)電磁閥5處于常態(tài)時(shí),壓力油(p=7.0MPa)經(jīng)電磁閥5及單向閥3從A腔倒回減壓閥,由于減壓閥設(shè)定壓力(p=1.5MPa)較低,即設(shè)定彈簧預(yù)緊量較小,而系統(tǒng)壓力較高,致使減壓閥的A腔與T腔溝通,系統(tǒng)處于溢流狀態(tài),壓力油旁通回油箱,因而進(jìn)入液壓缸的壓力油流量不夠,致使液壓缸前行緩慢。
(3)系統(tǒng)改進(jìn)
該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上存在缺陷,必須在減壓閥后面的A通道上加一個(gè)單向閱,彌補(bǔ)減壓閥的單向作用隨工況變化而變化的不足之處。此系統(tǒng)中,中間包運(yùn)動(dòng)的速度不高且平穩(wěn),不存在太大的壓力沖擊,加上單向閥后,即使減壓閥的壓力沖擊保護(hù)性能消失也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
改進(jìn)后的系統(tǒng)用一個(gè)疊加式雙單向閥替換原系統(tǒng)中的疊加式單向閥3。系統(tǒng)經(jīng)改進(jìn)后,一直運(yùn)行正常。
若沒(méi)有疊加式雙單向閥,也可利用雙液控單向閥,撤除其液控功能而改造成一個(gè)雙單向閥,裝在系統(tǒng)上。