矫直机液压系统优化

王志强  ,侯瑛 ,席志博

摘要：液压传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用液压完成传递能量的过程。因为液压传动控制方式的灵活性和便捷性，液压控制在工业上受到广泛的重视。液压传动是研究以有压流体为能源介质，来实现各种机械和自动控制的学科。液压传动利用这种元件来组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组合成为完成一定控制功能的传动系统来完成能量的传递、转换和控制。

关键词：液压系统；液压控制

前言

矫直作为一种精整技术，始终是工业发展不可或缺的一个分支，尤其近年来，随着社会的发展，人们对产品质量和精度的要求更加严格，矫直技术也随之发展迅猛，应用也越来越广泛。如今工业发展的方向是高、精、尖，对各种材料的质量提出了更高的要求。因此矫直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视，矫直设备已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。

1、矫直机的工作原理及现状

1.1矫直机的工作原理

辊式矫直机是一种常见的金属加工设备，主要用于对金属材料进行矫直处理。其工作原理是通过一组辊子的旋转和压制，将金属材料的弯曲和扭曲等缺陷逐步矫正，使其达到平整的状态。

辊式矫直机通常由上下两组辊子组成，上辊子和下辊子之间的距离可以根据需要进行调整。当金属材料通过辊子时，上下辊子会对其进行压制，使其产生弹性变形。通过不断调整辊子的位置和压力，可以逐步矫正金属材料的弯曲和扭曲等缺陷。

1.2钢管公司矫直机工作现状

矫直机由3台φ820/320-20快开液压缸驱动上辊机构执行压下抬起动作，矫直机液压系统原设计动力源是由4台A7VSO107柱塞泵组成，3用1备，电机功率75kw，公称流量465L/min(155L/min×3台)。现由于系统各液压元件长时间使用造成泄漏量增大以及增产提速等原因，导致矫直机瞬时流量不足压力波动大，同时由于原设计不合理，液压泵吸油管路太细（DN100×4米），3台泵同时工作吸油流量不足发生液压泵吸空，润滑冷却不好烧损泵轴承，造成A7VSO107泵损坏频繁。为避免液压泵损坏，现场生产时，只能启动2台液压泵，目前泵组流量无法满足生产节奏，影响矫直机生产效率。

2、改进过程及说明

2.1改进思路及相关计算

矫直机目前液压站吸油管为DN100mm，液压站吸油管流量一般不超过1.2m/s（以下计算取1m/s）：

当油管直径为100mm时，d=   v=1m/s   Q=0.00785m³/s

当油管直径为150mm时，d=   v=1m/s   Q=0.01766m³/s

油管直径为150mm时，油管内流量是油管直径为100mm管内流量的2.25倍。原4台A7VSO107泵，三用一备。当三台液压泵同时工作，电机转速n=1500r/min,管内流量Q=107x1500x3/60x1000x1000=0.00802m³/s；

经计算可见，矫直机3台液压泵同时启动时，管径内所供流量无法满足液压泵的工作条件。

后厂家将原有A7VSO107液压泵改为A7VSO117液压泵，3台泵工作转速为1500r/min时，管内所需流量Q=117x1500x3/60x1000x1000=0.00877m³/s。更加无法满足设计需求，造成液压泵吸空，轴承润滑不到位，泵体温度高，甚至频繁出现高温壳体冒烟现象，造成泵损坏。        

2.2改进措施及相关计算

根据上述现象决定从三方面对矫直机液压系统进行改进：

1、采用2台A4VSO180DR泵替代2台A7VO107柱塞泵。留2套作为备用，用以消耗现有的备件。即能满足生产需求，实现2用2备。

①方案1：将液压泵更换为A4VSO180DR液压泵后，矫直机生产时2台液压泵同时启动，所需流量Q=180x1500x2/60x1000x1000=0.009m³/s=540L/min。

②方案2：将液压泵更换为A4VSO180液压泵后，矫直机生产时1台A4VSO180DR液压泵和1台A7VSO117液压泵同时启动，

所需流量Q=（117+180）x1500x1/60x1000x1000=0.007m³/s=420L/min。

2、将原有管路更换为φ168X7，增大管路横截面积，保证工作流量。

更换液压管后，流量d=  v=1m/s  Q=0.0203m³/s=1218L/min。可满足上述两种方案的工作流量要求。

3、在系统中增加2台63L蓄能器，用以吸收液压系统的压力脉动，延长液压泵使用寿命。工作压力15Mpa时，压力降到14Mpa，充气压力12Mpa时，查表可知，每个蓄能器可提供瞬时流量3L，实现8台63L蓄能器保证工作时的瞬时流量Q=8x3L=24L，矫直机φ820/320-20快开液压缸执行动作时需流量26.85L，所以可保证减小压降。

蓄能器压力曲线图

2.3改进后效果

改进实施后，在以下两方面有显著的效果：

设备方面：2台A4VSO180DR泵同时工作可输出540L/min流量，能够彻底解决压力波动大的问题，保证矫直精度。同时A4VSO系列比A7VSO系列液压泵使用寿命更长，工作运行能力更加可靠。

节约费用：原75KW电机3用1备，改造后可实现2用1备。每年可节约电能消耗（75KW电机×24h×300天=54万KW/h）节约电费近15万元。

2.4蓄能器在液压系统中的的作用

（1）作辅助动力源

在间歇工作或实现周期性动作循环的液压系统中，蓄能器可以把液压泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时，由蓄能器释放出来。

（2）系统保压或作紧急动力源

对于执行元件长时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒定。

（3）吸收系统脉动，缓和液压冲击

蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击，如液压泵突然启动或停止，液压阀突然关闭或开启；也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的压力脉动。

通过增加蓄能器实现稳定系统压力、缓和液压冲击并充当辅助动力源，是用最简洁成本最低的方法，保证现场生产节奏的平稳有序进行。

参考文献：雷天觉.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社 1998.

          黎启柏.液压元件手册.北京：冶金工业出版社，机械工业出版社，2000