摘要:本文主要对RH顶升液压系统的设计要求、设计参考选择进行了分析,并通过设计实例进行了探讨，以供同仁参考。
关键词:RH；液压系统；设计要求；设计参考选择；实践应用
1前言
近年来，随着国际市场对纯净钢、超纯净钢的需求不断扩大，汽车厂家对钢板的抗锈性能提出了更高的要求，再加上热处理工艺的变革，使得纯净钢开发技术成为一个全球性的热点，也成为衡量一个国家钢铁生产水平的标准，纯净钢的生产面临着一系列的问题，与脱硫相比，碳和氧的去除要困难的多，传统的精炼工艺已经很难满足要求。而RH（即真空循环脱气）系统是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺设备，而钢包升降系统是RH设备中最重要的系统之一。钢包升降系统主要由顶升框架、液压系统等组成。柱塞缸通过顶升框架将钢包及钢包车顶起，将钢包送至处理高度。液压顶升系统作为RH系统中复杂的核心设备，在可靠性、安全性和自动化程度上都有较高的要求，各大型钢厂非常重视，因此如何设计出经济合理的液压系统，为以后项目改造、技术评审、设计指导等提供理论基础，是本文讨论的重点。本文主要对RH顶升液压系统的设计要求、设计参考选择进行了分析,并通过设计实例进行了探讨，以供同仁参考。
2钢包顶升液压系统设计要求
钢包顶升液压系统是RH系统中非常关键的设备之一，需要考虑系统设计的合理性、经济性、安全性等。基于各大项目的设计经验，对顶升液压系统的要求归纳如下:一是满足负载生产要求。正确计算总负载是设计的前提和依据；二是
具有较好的自锁性能。为了在钢水真空处理期间保持钢包的位置高度不变，在钢包顶到生产位置吹炼时，系统必须有较好的保压性能和自锁性能。根据目前钢厂提出的保压要求，24h内柱塞缸最大允许下降量为10mm；三是2个处理位互不影响。一套液压系统控制2个处理位，即便是控制1个处理位的油路出现问题，也要确保另1个处理位能正常生产。钢厂一般都是24h不间断生产，故在设计液压系统时，尽量保证2个处理位液压控制互相独立，这样不仅能保证生产的连续性，同时在液压系统出现故障时能比较方便的排除故障原因；四是有应急操作功能。在停电或其他紧急事故状态下，能用于RH控制室附近平台上的手动降落液压阀台操作，使钢包安全下降。
3 液压系统设计参数的选择
对于液压系统而言，关键的设计参数有2个:力(压力)和速度(流量)。压力由负载决定，而速度是系统需要控制的变量。
（1）系统压力的选择
1）杆径计算
柱塞缸杆径大小计算公式为:A=F/P；（1）
式中，F为总负载力，N；p为系统的工作压力，Pa；A为柱塞缸的作用面积,m2。其中总负载F主要包括钢包加钢水质量、顶升框架加耐材质量、油缸质量、钢包车质量、导向轮阻力以及备用质量这6项，故总负载是固定的。
而系统的工作压力P是根据经验选择的。一般液压系统的工作压力主要有16MPa和21MPa。同等负载条件下，不同的工作压力计算出来的油缸大小区别也较大。
2）压力参数的选用原则
从上面的分析可知，压力越高柱塞缸杆径越小，柱塞缸越小价格越经济。但是，压力高也可能使电机功率高一档，由于电机功率档次固定，大部分情况高压并没有改变电机功率。假如2种压力下电机功率不变，但是柱塞缸大小不一样导致价格相差巨大。根据工程经验，2套柱塞缸价格基本上与液压站一样，因此从成本角度考虑，柱塞缸影响因素比液压站中任何一个部件都要大。毫无疑问，选用高压可以极大程度降低整体成本。
（2）速度的选择
1）泵站计算
液压泵是液压系统中最核心的部件，泵的选择依据主要是液压系统的工作流量，RH中柱塞缸的流量计算公式为:Q=Av；（2）
式中，Q为柱塞缸的流量，L/min；v为速度，m/s。由于A在式(1)可计算出来，依此Q可以选择泵的规格和电机功率。电机功率计算公式为: w=PQ (3)
式中，W为电机功率，kW。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由式（2）和（3）可知，油缸的速度对选择泵和电机有直接的影响，速度过高必然导致需要更大功率的电机和更大排量的泵，一般最大速度为2-3m/min，目前3m/min速度设计基本淘汰，大部分集中在2.5 m/min，经过工程实践，2.5m/min完全满足工艺生产要求。
2）泵的规格对比
从工程实践可知，吨位在100t以下系统中，泵选用180mL/r，在100t以上基本选用250mL/r的泵。RH系统负载跨度从120-300t，但是泵都选用250 mL/r，这是因为除了泵本身规格约束外，系统的最大运行速度是选择泵规格大小重要
的参数。
3）速度参数的设定分析
从上述分析可以看出，油缸速度对泵和电机大小的选择都有影响，如果把最大速度统一成2m/min，通过计算，吨位在200t以下的WISDRI泵控系统泵的规格都可以用180mL/:而不是250mL/r，这样可以极大节省系统的成本。
1)虽然顶升速度快慢与钢厂年生产量有关，但是在整个工序时间中影响并不大。通过计算，2700mm行程在2m/min和2.5m/min的时间差别为16s。如果某些情况需要高速运动时，由于主泵是二用一备的模式，启用备用泵来完成是没有任何问题的。
2)根据油缸最大速度2m/min算出来的流量为实际流量，但是最后选泵的公称流量时一般都高于实际流量，也就是说实际上按照泵的公称流量折算到油缸上的速度比2m/min还要大。这从另一个角度说明即使按照2m/min选择的话，最后允许最高速度还是会大于2m/min的。
四、设计实例分析
某钢厂钢包(含钢水、钢包和钢渣):370t；钢包拖盘(或钢包台车):80t；液压缸与滚轮阻力:30t；合计总重:480t。该钢厂采用柱塞缸顶升钢包拖盘和承有钢水的钢包。根据经验假定液压缸直径为D=650mm；液压系统的主要参数是压力和流量,它们是设计液压系统、选择液压元件的主要依据。
（1）液压系统的工作压力:P=4F/πD2 =4×480×106/3.14×650×650≈15MPa
式中p——液压系统工作压力,MPaF——液压缸承受载荷,tD——液压缸最大内径,mm由于考虑液压系统的压力损失,因此确定系统工作压力为18MPa。选用<650的柱塞式液压缸,在系统压力18MPa时完全可以满足系统的功能要求,因此确定液压缸为<650;液压缸的行程由设备工作行程确定为2500mm。
（2）根据液压缸尺寸与升降速度来确定液压缸工作流量,选用合适的液压泵型号和数量。液压缸最高设计速度为2.9m/s,则:
Q=(π/4)D2V=3.14/4×6502×2900×60×106=962L/min
式中Q——液压缸工作时的最大流量,L/minD——液压缸最大内径,mmV——液压缸工作时的最大速度,m/s一般情况下,我们采用某公司A4VSH250或LZ260的轴向柱塞泵,在1000r/min的电机驱动下,最高工作流量为250L/min。由此确定采用4台主泵。在常规的RH液压系统设计中我们不设置备用泵,如有1台或2台主泵出现问题无法正常工作时,整个液压系统依然能正常工作,只是升降速度降低到原来的3/4或1/2。
（3）主泵电机功率的选择:由于选用4台主泵,每台主泵流量为250L/min根据公式计算每台电机的功率为:N=ΡQ/η=180×250/0.8×612=92KW
式中N——液压系统总功率,kWp——液压泵的最大流量,L/minV——液压泵的效率,柱塞泵的效率一般选0.8～0.85于是选用功率为110kW的电机。然后根据液压系统流量及发热设计相应的控制系统和循环过滤冷却系统,这两个系统泵组采用的是一用一备的配置,在这里不做详细介绍。
（4）RH液压系统的控制要求：RH液压系统的控制采用自动连锁控制,由主控室由PLC控制。在主操作台上操作。由于RH液压系统相对一般的液压系统比较复杂。因此液压系统的启动必须严格按照一定的顺序。设备开启时,首先打开循环冷却过滤系统对油箱的油液进行过滤冷却,然后开启控制泵,随后再顺序开启各主泵,待系统压力达到正常工作压力后,才允许进行钢包顶升。在钢包下降过程中,有关电磁阀的带电也必须按照一定的顺序,否则由于不能打开液控单向阀而导致钢包无法下降。
五、结论
综上所述，对于RH钢包顶升液压系统压力的选择，通过大量的工程设计数据和生产经验，压力应优先选择高压≥21MPa，可以减小柱塞缸杆径，满足功能的同时极大降低了系统成本；对于RH钢包顶升液压系统最大速度的选择，在满足工艺操作生产的前提下，推荐选用2m /min，可以减小泵的规格和电机容量，利于节省投资。实践证明,应用RH钢包顶升液压缸及液压系统,工作平稳,运行可靠,完全符合RH真空脱气工艺对钢包顶升设备的要求。
参考文献
[1]李岚萍，裘嗣明.RH钢包顶升液压系统的设计与应用[J].液压与气动，2009 (7) :57-58.
[2]张龙江.RH钢包顶升液压系统[J].液压气动与密封，2013 (10) :40-42.
论文作者:施木林
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/5
标签：钢包论文; 液压系统论文; 液压缸论文; 系统论文; 速度论文; 电机论文; 流量论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;