KR脱硫液压系统

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2013年第1O期 液压与气动 31DOI：10．1 1832／j．issn．1000-4858．2013．10．008KR脱硫液压系统张龙江Hydraulic System of KR DesulfurationZHANG Long-jiang(北京无极液压工程有限公司 工程设计部，北京 102308)摘 要：介绍了KR脱硫液压系统工作原理，对比例变量泵工作原理及其组成的变量泵-定量马达容积调速回路在KR脱硫搅拌速度控制上的特点进行了分析，提出了比例变量泵调试中应注意的事项。比例变量泵由比例阀控制，提高了自动化水平，达到了节能降耗 目的，符合绿色环保的要求。

关键词：KR脱硫 ；液压系统；比例变量泵；容积调速中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)10-0031-04引言武钢某炼钢厂 KR脱硫液压系统设备是 20世纪7O年代从 日本引进的，由于长期使用，设备老化，故障率高，且受当时技术条件限制，已不能满足实际生产需收稿 日期 ：2013-04-01作者简介：张龙江(1967一)，男，安徽含山人，高级工程师，硕士，主要从事液压系统设计工作。

t／ms图6 正弦载荷谱曲线载荷谱的控制要求。图6中，对正弦载荷谱的195 ms到205 ms的控制信息进行了放大，从放大的图形系统对于正弦载荷谱控制，误差控制在0．5％以内，完全符合系统对于正弦载荷谱的控制要求。

4 结论GSA算法优化后的伺服系统对于不同的载荷谱信号展现出了良好的控制性能。

(1)GSA算法在优化伺服系统时经过 10次迭代即可得到最优解，具有更好的收敛速度和寻优精度；(2)GSA算法优化后的系统其阶跃响应展现出更好的响应性能，超调量从 16．05％减小到 1．9％，调整时间从 15 ms减少到 6 ms；(3)GSA算法优化后伺服系统其控制性能满足航空器轴承性能评价试验机对于力载荷谱的控制要求。

同时，本研究也为整定 PID控制参数的研究提供了一种全新、有效、高性能的优化方法。

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32 液压与气动 2013年第 10期要。为适用现代化生产的需要，武钢在 2010年决定对KR脱硫液压系统设备进行异地改造，以提高 自动化控制水平和控制精度.

KR脱硫就是通过机械搅拌的方式使铁水产生旋涡，然后向旋涡区投人定量脱硫剂，脱硫剂和铁水中的硫在不断搅拌中充分混合并产生化学反应，从而达到脱硫的目的。KR脱硫的核心设备就是用来搅拌铁水的搅拌器，搅拌器的旋转速度是影响脱硫效果的最主要因素，因此脱硫搅拌旋转速度控制系统是本次改造的重点。

1 KR脱硫液压系统工作原理闭式系统结构紧凑、占地面积小、压力损失小、传动效率高，正好解决了改造现场场地小的矛盾。因此本次 KR脱硫液压系统改造采用闭式系统，通过比例变量泵一定量马达容积调速回路实现对脱硫搅拌速度无级调控。根据现场环境条件、综合精度、响应速度、可靠性等诸方面的要求，本系统采用 A4VSG355HS4P? 比例变量泵。该泵通过比例阀调节泵的排量，使其和液压马达的实际需求保持一致，通过位置传感器的反馈，检测泵的排量，通过压力传感器检测并反馈泵的出口压力，实现闭环控制，提高了液压系统的控制精度和响应速度，是 KR脱硫液压系统中最重要 的液压元件。

图1是 KR脱硫液压系统原理图。液压系统主要由闭式泵装置、循环过滤冷却装置、控制及补油装置、液压阀台、油箱及附件组成。

主电机 11功率为 160 kW，转速为 1480 r／min，采用软 起 动 方 式 起 动，避 免 对 电 网 产 生 冲 击。

A4VSG355HS4P比例变量泵 12采用转角(即排量)方式控制，根据液压马达 l9实际转速需要提供所需流量，当所需流量和压力(压力由负载决定，压力传感器检测)的乘积(即功率)大于主电机 11的功率 160 kW时，自动转为功率方式控制，防止主电机 11超载。系统最高压力为21 MPa，由溢流阀 17设定。比例变量泵采用一用一备，互为备用的形式。当工作泵无法正常工作时，备用泵自动开启，工作泵停止工作并报警显示。图 1中省略了另一个比例变量泵部分。

循环泵 1、冷却器 2和循环过滤器 4共同组成油箱循环系统，对液压油进行过滤和温度控制。针对液压马达 l9周围环境温度高的特点，通过节流阀5对液压马达 19进行冲洗，保证其能够长期安全可靠运行。

冲洗压力由节流阀3设定，冲洗流量由节流阀5调节。

1．循环泵 2．冷却器 3、5．节流阀 4．循环过滤器 6．双联泵电机7．双联柱塞泵 8、9、17．溢流阀 1O．过滤器 11．主电机12．比例变量泵 13．高压过滤器 14、l5．单向阀 16．网油过滤器18．电液换向阀 19．液压马达图1 KR脱硫液压系统原理图双联泵电机 6功率为 18．5 kW，转速为 1470 r／min，双联柱塞泵 7选用 A10VS0100? +A10VS028?
，其中小泵为比例变量泵 12提供控制油，T作压力为14 MPa，在此压力下，具有恒压变量功能，降低了系统的能耗。最高压力由溢流阀9设定为 15 MPa，对小泵起到安全保护作用；大泵为闭式系统的补油泵。补油压力由溢流阀8．1设定为 1．5 MPa，冲洗压力由溢流阀8．2设定为 1．0 MPa，补油泵排量设定为系统流量的25％，即 80 mlMr，由于补油泵的_丁作压力低于2 MPa，不具有恒压变量功能，此处作为定量泵使用，但排量可调。因为补油泵的工作压力和排量以及冲洗压力均可调，所以在使用过程中，可根据现场实际T作情况进行适当调整，使得补油泵在以下 4个方面的作用能够得到最佳的发挥：① 补偿液压泵和液压马达的泄漏油液；② 维持主系统回路压力，增加主泵进油f1处压力，防止大流量时产生气蚀；③ 将冷油补进系统，2013年第1O期 液压与气动 33排出热油，降低油温；④在排出热油的同时，也将管路中含有的污染物颗粒排出系统，起到了冲洗的作用。

针对闭式系统抗污染和散热能力差的缺点，系统设计时，采取了以下措施予以解决：① 在比例变量泵12的补油口和控制油入 口，安装了过滤器 10和高压过滤器 13，对进入闭式系统的液压油进行过滤；② 由于液压马达 19只需要一个方向旋转，在 比例变量泵12的B油口安装了回油过滤器16，对运行中的液压油进行过滤；③ 在液压马达 19不工作时，电液换向阀 18失电，换向到弹簧位，液压油在低压大流量情况下，在闭式系统中循环，通过回油过滤器 16进行过滤，部分过滤后的热油通过溢流阀8．2回到油箱。通过以上措施 ，液压油得到了充分的过滤，保证了液压油的清洁，解决了系统抗污染能力差的问题；补油泵不停地将冷油打人系统。部分热油通过溢流阀8．2源源不断地回到油箱，解决了系统散热能力差的问题。

油箱采用矩形结构，不锈钢材质，有效容积为2000 L。油箱附件主要包括液位控制器、温度控制器、空气过滤器和棒式磁滤器。液位、温度、压力(安装在比例变量泵 l2出口处)采用模拟量控制，在主控室的电视画面上就能显示出液压系统的各种运行参数，可对液压系统实行自动控制和实时监控，提高了自动化水平。

2 比例变量泵工作原理图2是 A4VsG355Hs4P闭式系统用比例变量柱塞泵原理图。变量泵转角大小(即排量)是 由变量控制缸2的位移量来控制的，而位移量的多少受比例换向阀4输入信号大小控制。当比例换向阀4的 a电磁铁得电时，比例换向阀4换向到右位，比例换向阀4的开口度由输入信号大小控制。来 自控制泵的压力油从sp口经比例换向阀进入变量控制缸2左腔，变量控制缸2右腔液压油经比例换向阀由Rkv口回油箱，变量控制缸2右移，变量泵转角由小变大，直至和变量控制缸2中的弹簧力平衡，转角保持不动，输出系统所需要的流量，变量泵输出的压力油从 A口进入执行机构，带动负载进入工作状态，从 B口回到变量泵，与此同时来 自补油泵的压力油从 E口经单向阀5．2也流人 B口，构成闭式系统。同理，当比例换向阀4的b电磁铁得电时，比例换向阀4换向到左位，比例换向阀4的开口度由输入信号大小控制。来自控制泵的压力油从Sp口经比例换向阀进入变量控制缸 2右腔，变量控制缸 2左腔液压油经比例换向阀由 Rkv口回油箱，变量控制缸 2左移，变量泵转角由小变大，直至和变量控制缸 2中的弹簧力平衡，转角保持不动，输出系统所需要的流量，变量泵输出的压力油从 B口进入执行机构，带动负载进入工作状态，从 A口回到变量泵，与此同时来自补油泵的压力油从 E口经单向阀5．1也流入 A口，构成闭式系统。

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- M Sp— — SpMA 一一一一 一一一一一一一 MB] ／ 尸= ( 2 T T1 一 ! llI I— r _r1．ACVSG泵体 2．变量控制缸 3．感应式位置传感器4．比例换向阀 5．单向阀图2 A4VSG355HS4P变量泵原理图从上分析可知比例换向阀4不但控制变量泵转角的大小， 且还控制变量泵的两种工作状态。比例换向阀4输入信号大，变量泵转角就大，比例换向阀4输入信号小，变量泵转角就小，两者成正比例关系。

比例换向阀4为带电位置传感器的比例换向阀，能够自动检测阀芯位移并反馈到上位机，如果阀芯实际位置和所要求的位置不一致，可以修正输入信号，以达到要求值。变量泵的转角大小由感应式位置传感器3检测，并反馈到上位机，如果泵转角实际位置和所要求的位置不一致，可以修正输入信号，以达到要求值。

泵的转角对应的是变量泵的排量，也就是变量泵输出的流量，提高了系统对流量控制的精确度。

3 比例变量泵一定量马达容积调速回路比例变量泵一定量马达容积调速回路如图3所示。

在变量泵 1输入转速 n。和定量液压马达3排量D 一定的情况下，通过改变变量泵的转角(即排量)D 达到调节液压马达输出转速／7, 的目的。由流量连续性方程知(不计泄漏)：一 式中：凡 —— 定量液压马达转速n —— 变量泵输入转速D —— 变量泵的排量D —— 定量液压马达的排量因为变量泵输入转速 ／7,。和液压马达的排量D 为定值，所以液压马达的转速 ／7, 和变量泵的排量 D。成液压与气动 2013年第 10期Kl kz l K【L)1．变量泵 2．比例换向阀 3．定量液压马达图3 比例变量泵一定量马达容积调速回路图正比。当液压马达需要小转速时，输入一个小的控制信号到比例换向阀2，使变量泵转角变小，即排量减小，满足液压马达的低转速需求。当液压马达需要大转速时，输入一个大的控制信号到比例换向阀2，使变量泵转角变大，即排量增大，满足液压马达的高转速需求。

从以上分析可知：比例变量泵根据液压马达转速高低的实际需要，通过调节比例换向阀2的输入信号大小，来改变转角满足其要求。这种容积调速方式，无溢流和节流损失，减少了系统的发热量，降低了系统能耗，提高了系统的效率。

4 比例变量泵调试中应注意的事项比例变量泵是本系统中最重要且价格最贵的元件，在比例变量泵调试过程中(参看图 1)，一定要做好以下几个方面工作，确保比例变量泵能长期安全可靠运行，以降低生产成本：① 在油箱液位满足工作条件的情况下，起动循环泵对油箱中的液压油进行过滤和温度控制；② 当温度达到工作要求时，起动双联泵并调试到正常工作状态，同时将溢流阀8．2压力调到 1MPa；③ 调试比例变量泵前，从泵泄漏油口加满同牌号液压油；④ 打开过滤器 l0和 l3前后球阀，使液压油进入到比例变量泵的补油口和压力油控制口；⑤ 打开比例变量泵进出口和过滤器 16前后球阀，使泵进口和出口液压油能够循环起来；⑥ 关闭 F处和 H处球阀，防止液压油进入液压马达；⑦ 完全松开溢流阀 17的弹簧，使其处与无压状态；⑧ 给比例换向阀的 a电磁铁输人一个小信号，使比例变量泵转角转变到从 A口出油，从 B口吸油，否则就会造成吸空，产生气蚀，对比例变量泵造成损害，这是本系统与其他系统的区别之处；⑨ 点动主电机 11，确认电机旋转方向正确；⑩ 起动主电机，系统在低压小流量下连续运转，如无异常，可通过比例换向阀加大变量泵摆角，逐步加大至最大流量；⑨正常连续运转一段时间后，电液换向阀18得电，电液换向阀换向到电磁铁位，切断液压油通路，液压油经溢流阀 l7回到吸油口B；⑩每隔 10 rain左右，通过溢流阀17给系统逐步升压，注意有无异常，如有异常情况出现，立即停机检查；如无异常情况出现，继续升压至 16 MPa，注意观察转角位移传感器，看其有无变化，如升压至 17 MPa，转角位移传感器的检测值还没有减小的话，停机检查 PLC程序中，电源控制值(即功率控制)部分的设置是否正确，如不正确，继续检查并修改，直至功率设置部分正确为止。在功率设置正确的情况下，逐步升至最高压力 21 MPa，此时转角位移传感器的检测值小于比例换向阀输入值所要求达到的转角位移值，表明此时系统受功率模式控制，在压力值和流量值乘积大于主电机功率时，流量值不再受比例换向阀控制，而是自动减小去适应主电机功率的要求，即功率优先。

5 结论比例变量泵．定量马达容积调速回路能够根据马达转速实际需要，通过比例换向阀输人信号大小调节比例变量泵的转角，输出液压马达实际T作所需要的流量，无节流和溢流损失，减少了系统发热，降低了系统能耗，且具有超功率保护功能。改造后 KR脱硫液压系统自动化水平显著提高，自投产以来，系统运行稳定，节能降耗效果明显，受到用户的好评。

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