蓄能器在棒材矫直机液压系统中的应用

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Application of Accumulator in the Hydraulic System of Steel Bar LevelerW ang Gang W u W ei(1.Steel Bar Plant 2.China Heavy Machinery Research Institute Co.，Ltd.)Abstract：Based on technological requirements of steel bar leveler，the article introduces the function of the accumulatorin the hydraulic system and verifies its reliability。

Key words：accumulator；hydraulic system；steel bar leveler1 概述棒材厂中型线使用了 3台七辊棒材矫直机，这3台棒材矫直机均是中国重型机械研究院开发的，规格范围涵盖了从 dp50～dp220 mm的棒材 ，满足了棒材厂中型线产品的矫直需求。

从 2003年开始投用的 50～dPlO0 miD七辊矫直机，2008年投用 的 O～qbl80 m/El七辊矫直机，到 2010年的 100～ 220 mm七辊矫直机，这些矫直机均采用了预应力框架结构和缓冲液压缸等专利技术，并设置 了专 门的液压保护回路。得益于这些技术的应用，与老式矫直机相比，提高了生产效率和矫直精度，减少了设备的维护工作量 ，降低了生产成本∶直精度达到 1%o。

2 液压系统中的蓄能器图1是dPl80型矫直机主机简图，其上矫直辊分别受三个液压缸控制，矫直时压下，矫直过程中液压缸会因棒材精度 的原因抬起，此时缸 内压力会瞬时升高。若这个力直接作用在设备本体上，会对设备有伤害。这也是老式矫直机矫直精度不佳 ，需要频繁维修和更换零部件的原因。如果能在液压 回路中削减瞬时的压力波动，维持液压缸 内压力基本恒定 ，就能达到限制横梁受力的 目的。

1-上横梁；2-上矫直辊；3-下矫直辊；4-下横梁图 1 矫 直机 主机 简 图36 南钢科技与管理 2013年第3期图2 矫 直机 液压 原理 简图图2是 b180矫直机主机液压原理简图，采用蓄能器和安全阀组相配合，保证了缸内压力恒定，即变刚性机架为柔性机架，降低了对棒材原始尺寸公差和对辊距调整精度的要求 ，实现了良好的矫直效果。

由于工艺要求矫直压力长时间基本保持不动，蓄能器在此起到保压作用；油缸被精度差的棒料强行抬起后必须及时压下 ，否则棒料必定无法受力矫直 ，蓄能器起快速补油(辅助动力源)作用；油缸抬起后液压油被压缩压力骤升，蓄能器起削除峰值压力(缓冲)作用；换向阀换向时会产生冲击，蓄能器起吸收换向冲击的作用。其中最重要的是削除峰值压力(缓冲)功能。

3 计算验证图 1和图 2所示 qbl80型矫直机主液压缸连接有两个 l6 l皮囊式蓄能器，其 中-个 蓄能器同时连接两个液压缸；此外液压站上还有-个 25 l蓄能器。

已知：液压缸有效面积 S19.32 dm液压缸行程 H 20 mm最低工作压力 P，12 MPa最高工作压力 P，18 MPa确定蓄能器充气压力：Pon Pl0.85×1210.2(MPa)3.1 保压时的验证计算根据波义耳定律：P。 P P： C，推导出：VoAV/[( /P ) -(P。/P：) ]-- ①式中：Pn- 充气压力- 蓄能器总容积P - 最低工作压力- 最高工作压力时的气体容积P - 最高工作压力- 最低工作压力时的气体容积△ 蓄能器的有效容积n- 指数，绝热过程(t<1 rnin时 n1.4；等温过程 n1)AV可看作液压缸抬起的流量 ，取最恶劣工况三个液压缸同时完全抬起时：△V 3HS 11.592 1：保压状态可看作等温过程，取 n：1；将所有参数代人 ①式：VoAV/[(Po/P ) -(P。/P：) ] 11.592/[(10.2/12)-(10.2/18)]- 40.9(1)总容积 57 l>40.9 l，所以蓄能器配置满足保压需要。

有种工艺要求液压泵采用间歇工作制：即主泵开启-定时间后液压缸内压力达到高压值时，泵 自动停止工作；当液压缸内压力降至低压值时，泵 自行启动 ，蓄能器是此过程中维持压力的唯-来源。实践中发现液压泵的起停间隔大约近四五十分钟，由此不光无形 中延长了液压件 的寿命 ，更节省 了大量能源。

3.2 补油时的验证计算将 AV11.592 l同样看作液压缸抬起的流量 ；补油时保压状态可看作绝热过程，取 n1.4；2013年第3期 南钢科技与管理 37将参数代人 ①式：Vo△ [(Po/P。) -(Po/P ) ]11.592/[(10.2/12)1/1.4-(10.2/18) ]- 51.74(1)所以液压回路中蓄能器 57 l满足补油需要。

3.3 缓冲时的验证计算此处计算应注意以下条件：① 缓冲时与液压缸相连的2个 16 l蓄能器起作用 ，并且其中-个蓄能器连接两个液压缸；② 安全阀组中的直动式溢流阀未投入使用；③ 按照工艺要求，对矫直力影响最大的棒材精度误差不大于2 mm，以下计算中将设计冗余放至最大 ，即液压缸瞬时抬起 Hi2 mm。

根据波义耳定律：尸0WoP P2 C，推导出最高工作压力下气体容积 ： Vo(Po/P2) 16×(10.2/18)1/1.410.6598(1)3.3.1计算连接两个液压缸的蓄能器压力求出吸收两个液压缸排出的液压油 △ .后蓄能器的气体容积是 ：V v2-△ v2-2 H。S9.887(1)那吸收 △ .后蓄能器的压力是：P Pz /l/n18×(10.6598/9.887)20(MPa)3.3.2计算连接-个液压缸的蓄能器压力求出吸收-个液压缸排出的液压油 △ 后蓄能器的气体容积是：V -△ v2- 。S10.2734(1)那吸收 △ 后蓄能器的压力是：P P2 / 18×(10.6598/10.2734)18.95(MPa)由上述计算知道蓄能器内压力 (等同于液压缸内压力)分别增大了2 MPa和0.95 MPa，这在实际中相当机架的受力瞬时增加量不到-百 吨，增加后 的压力无论对于液压系统还是预应力达到几千吨的上横梁来说都在其设计范围之 内。而且安全阀组 中的直动式溢流阀响应速度快，作为削除压力峰值的另- 手段，投入使用后可以保证系统安全工作。所以蓄能器完全满足缓冲需要。

3.4 吸收换向时液压冲击的验证计算根据公式 ：Vo0.2p Q /A P。[(P2/Po) -1] --②式中：- 蓄能器总容积，l；p- 介质密度，850 kg/m ；- 产生冲击的管长 ，20 m；Q- 换向前管内流量，125 1/min；4- 管道截面积，5.31 cm ；P。- 蓄能器充气压力 ，l0.2×10。Pa；P - 蓄能器最高工作压力，18 X 10。Pa；把参数代人②式，得出 -0.28 l所以蓄能器配置满足吸收换向冲击的需要。

4 用AMESim进行仿真AMESim是法国 Imagine公司推出的液压/机械系统建模、仿真及动态性能分析软件，拥有强大的仿真和分析能力 ，利用 AMESim软件建立矫直机液压系统模型并对两个 16 l蓄能器在削除峰值压力时(缓冲)时的状况分别进行仿真。

从图3观察到系统在第 40 S达到稳定时压力值为 178.593 bar(17.859 MPa)，在第 42 s加上-个瞬间扰动后压力增加到 194.421 bar(19.442 MPa)并稳定下来；从 图4观察到系统在第 40 S达到稳定时压力值为 178.593 bar(17.859 MPa)，在第 45 s加上-个瞬间扰动后压力增加到 203.928 bar(20.393 MPa)并稳定下来。再对比计算的结果发现，计算值和仿真值之间相差很小，证明蓄能器选型是合适的。