高炉炉顶液压系统冲击故障分析

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大型还原反应炉是-种用焦炭作为还原剂，从铁矿石原料中还原出铁的，从高炉炉顶将原料均匀装入炉内，同时引出还原反应产生的高炉煤气。目前炉顶广泛采用液压传动技术驱动料钟、均压阀、放散阀，完成高炉的装料、排放煤气等工作。

1 炉顶设备液压系统简介图 1所示为 450 m。高炉炉顶 的液压 系统原理 图。

该高炉采用双钟式炉顶设备。大钟用十字头铰接吊挂在扁担梁中间，扁担梁两端通过销轴、拉杆和横梁，由两个大钟液压缸(图中只画-个液压缸)顶起。

液压缸承受着大钟 自重及料重，并压紧大钟漏斗以保证装料设备的完好密封。大、小料钟及各个放散阀、均压阀的开闭均采用单杆活塞缸驱动。

(1)大钟启闭 当右侧电磁铁通电时，压力油经过三位四通电磁换向阀、液压锁、单向节流阀进入单杆活塞缸无杆腔，同时蓄能器参与工作，使液压缸快速接近终点时，蓄能器停止供油，液压缸继续移动至终点，大钟打开；当换向阀左侧电磁铁通电时换向阀换向、液压缸退回，大钟关闭。该控制系统有两套，-套使用，- 套备用。

(2)小钟启闭 当三位四通电磁换向阀右侧电磁铁通电时，压力油经过三位四通电磁换向阀、液压锁、单向节流阀进入小钟液压缸的无杆腔，活塞移动，实现小钟打开；当换向阀左侧电磁铁通电时换向阀换向，活塞退回，小钟关闭。该控制系统也有两套，-套使用，- 套备用。

(3)均压阀、均压放散阀启闭 高炉炉顶在孝大钟间设有两个均压阀以便在大钟开启前由此引入压力煤气，便于大钟开启。均压阀的开启由压力油经过三位四通电磁换向阀、液压锁、单向节流阀向液压缸供油，活塞移动，使均压阀开启；换向阀换向均压阀关闭。

在孝大钟间还设有两个均压放散阀以便在小钟开启前由此放出煤气，使此腔处于无压状态，便于小钟开启。均压放散阀的启闭控制同均压阀。

(4)煤气放散阀启闭 压力油经过三位四通电磁换向阀、液压锁、单向节流阀向液压缸供油，控制活塞往返移动，实现煤气放散阀的启闭。

高炉炉顶采用液压传动技术较传统的电气-机械驱动，即卷扬系统具有操纵控制简便、自动化程度高、功率大、体积孝易于实现过载保护等优点，因此在实际中得到了越来越广泛的应用。

2 高炉炉顶大钟液压系统冲击的原因及解决方法如图2所示为高炉炉顶大钟液压缸控制系统图。

高炉在工作过程中发现大钟在启闭时常常产生大的冲击振动，造成大钟运动不平稳，通过用压力表开关实测P 、p ，发现在冲击振动发生时产生很高的压力峰收稿 日期 ：2013-03-04作者简介 ：胡春宝(1962-)，男 ，河北秦皇岛人，高级实验师，本科，主要从事液压技术方面教学、实验等工作。

2013年第 9期 液压与气动 97均压放散阀1 均压放散阀2 煤气放散阀1 煤气放散阀2以及换向时间t、冲击波周期 T有关，其压力升值为：匝△p1 惫 (1)图 2 大钟液压缸 控制系统图值。经对液压系统原理仔细分析和实际检查调试可以看出造成液压系统冲击振动的主要原因有以下几个方面；1)使用三位四通电磁换向阀引起液压冲击大钟的启闭采用了三位四通电磁换向阀9控制，由于电磁换向阀换向迅速、换向时间短往往造成以下两个部位产生液压冲击。其-是在蓄能器 7与电磁换向阀9之问产生液压冲击，此冲击主要是 由于液压油惯性引起的，其冲击大小与液压油的密度P、液压油的弹性系数 、管路材料的弹性模量 E、管材的厚度 6、管道的内径 d、换向时液压油在管道中流速的变化量 AU其二是由于电磁换向阀9由工作位(右位)换向到中位液压锁 10突然关闭，在油缸 12与液压锁 10之间引起液压冲击，此冲击主要是因为大钟的吊挂系统重量大，突然停止运行而产生的惯性冲击振动，其冲击大小与大钟的吊挂系统总质量 、油缸 12活塞移动速度变化量 △ 、油缸 12排油腔面积 A，、液压锁 10关闭时间△有关。其压力升值为：ap (2)由式(1)、(2)两式可以看出降低液压冲击的最有效方法就是延长换向阀换向时间t，即可使完全冲击转化为非完全冲击，同时也可延长液压锁 10的关闭时间，减少大钟 吊挂系统的惯性引起的液压冲击。因此可将电磁换向阀9更换为三位四通电液换向阀，如图3所示。

调节电液换向阀中的单向节流阀的开口面积来改变主换向阀阀芯左右移动的时间，即换向时间。

98 液压与气动 2013年第9期图3 改进后的液压系统图2)背压不足造成液压冲击. 高炉炉顶的大钟启闭控制油缸垂直安装，大钟吊挂系统质量(自重及料重)大，移动时油缸 12上腔进油，下腔排油，活塞向下运动，由于自重下落往往会引起速度失控，同时油缸上腔易产生真空，使液压锁迅速关闭，液压油无法排出，所以液压缸活塞便停止运动。

而此时油泵仍然继续向油缸无杆腔供油，使油缸无杆腔油路继续升压，直到油路压力升至液压锁开启压力后，再次打开液压锁，油缸有杆腔排油，活塞继续下行。

这样-来，油缸有杆腔的液控单向阀时开时闭，造成活塞的运动时断时续，因此产生巨大的冲击振动。

解决这-问题的关键是控制回油的速度和背压力，其措施有：(1)调节油缸回油路上单向节流阀l3的开口面积，控制流速(如图2)。

(2)在回油路中加装平衡阀，如图4所示。平衡阀即图中单向顺序阀，这种方式构成了平衡回路。单图4 加装平衡阀后的液压系统向顺序阀的调整压力设定为Xmg/A：，使活塞不会因自重快速下滑，这样活塞在下降过程中液压锁的阀芯开口能始终处于最大开口状态，系统就不会产生冲击振动。

3 油质对液压冲击振动的影响高炉处在环境恶劣条件下长期运行，-是油液中容易进入灰尘、水分；二是油液因高温发生性质变化，造成油液品质老化产生杂质形成积炭。这些杂质颗粒将会造成液压元件卡死、过滤器堵塞，从而影响大钟驱动油缸的运动状况而产生运动不稳。因油质不良造成大钟驱动油缸运动不稳的常见原因如图5所示。

油质不良I Il l I l f 阿 或不能开锁I l 旱油缸运行不稳图5 运动不稳分析图解决这-问题的方法是定期清洗过滤器和更换高质量的液压油；另外，保证冷却系统正常工作，防止油温过高造成液压油氧化。

4 结论虽然冶炼高炉炉顶液压系统并不复杂，但是其工作由于环境差、温度高、料钟质量大，运动时惯性大，易造成运动不平稳而产生冲击振动。通过采取上述措施，能够提高料钟液压系统的运动平稳性，确保系统长期可靠运行。