钢坯称重系统的改进设计

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                  钢坯称重系统的改进设计
                         薛峰
               (马鞍山钢铁股份有限公司车轮公司,安徽马鞍山 243O11)
摘要:本文介绍了物料称重系统的改进方案,阐述了新称重系统的油路系统的设计及相关设备的参数的设计。
关键词: 称重; 液压系统;液压泵
  1、引言
    物料的称重系统在生产中具有重要的作用,在原料进入以及成品出厂等场合会经常使用,称重系统的准确与否直接关系生产的质量及经济效益。但是由于生产现场环境的复杂性,称重设备在现场的耗损是十分巨大的,一方面会影响生产中计量的准确性,间接地带来巨大的经济效益损失,另一方面称重设备使用寿命的降低,也会增加在称重设备上维修和更新上的投人。
    马钢车轮公司在钢坯切割工序使用了奥地利的硬质合金圆盘冷锯设备。在该套设备中使用称重系统对切下的钢坯进行重量检测,以判定钢坯重量是否符合工艺规定的投料重量。由于设计原因,该系统的结构不稳定,难以长期可靠运行。针对称重设备的具体情况,我们对马钢车轮公司的称重设备进行了相应的改进,通过一段时间的使用,证明改造取得了非常好的效果。
  2、改造前后系统情况
  2.1 改造前的称重系统
   在旧的称重系统中,测量元件与称重台采用刚性连接方式,切完的钢坯直接在称重台表面拖动。采用这种结构,导致了两个问题:一是测量元件直接承受拖动时的摩擦力,造成元件寿命低。另外,由于摩擦力不能传递到底酝长期使用后,称重台坍塌,不能工作。由于以上两个问题的存在给生产带来了很大影响,经常更换称重设备及其零部件增加了生产费用。
  2.2 改造方案及改造后的系统
    为解决旧系统存在的问题。我们制定了改进方案:
  (1)在称重系统的两端增设两个液压缸,过料时,液压缸动作,抬起称重平台。使得称重测量元件不承受拖动时的摩擦力。称重时,称重平台下降。
  (2)在称重系统中心的底部增高两个液压缸。过料时,液压缸动作,使称重平台承受拖动时的摩擦力传递到底座,而不是由称重系统两端增设的两个液压缸活塞杆来承受,有效保护液压活塞。

                       图1: 称重系统结构图
          l--两个主顶升液压缸  2、3--边顶升液压缸  4、5--重量感应器

    在图1中,1所指的是两个在中央位置相距有一定距离的油缸,之所以采用两个而不是一个液压缸,主要是考虑到平衡问题。中间的两个主顶升液压缸主要的作用是将液压缸上部的滑块顶起。曲于滑块和称重主体结构采用过盈配合,顶起后相当于一个整体,这样横向的摩擦力就被传递到主体结构上，不会损伤感应器件和液压缸。图中2和3所指示的是边顶升液压缸,
它们的作用是在不称重时升起。不让感应器件4和5承受压力。当需要称重时才降下来。让感应器件承受重量,感应重量的数值。这样只让感应器件在称重的瞬间承受力,有效地保护了感应器件,延长了使用寿命,节省了开支。
     3、液压系统的设计
    3.1 油路的设计
   油路的设计也是改造的关键。由于称重装置是在整个的生产系统中,所以称重系统作为生产系统的一部分而设计,与其它的工艺系统共同享用一个液压系统。设计中主要是要满足动作的要求。保证适当的压力,还要满足工艺上称量范围的需求。由于该称重系统是生产系统的一个部分。在油路上，油泵供油，蓄能器储能,过滤器过滤油等都采用整个生产系统的油路。称重部分通过P、O两个油管按入系统。其中P负责供油.而O管道负责回油。
    3.1.l 主顶升部分液压系统
  在图2中，带弹簧的液压缸1、2的弹簧力设定在195N,液压继电器3当液压力超过10MPa时,继电器动作。继电器的信号送入PLC。由PLC来控制相应的电磁阀。单向节流阀4当油从P管向上面的液压缸中流动时，起到单向阀的作用，油不会产生回流,这样即使由于弹射的作用，也不会引起顶升时机械性能变软。当需要回油时，起到节流阀的作用，通过调节调节杆的位置，从而改变节流口的开度来调节流量。电磁换向阀5当过料时，换向阀右边的位置处于工作位置,油从P管向上流入液压缸克服弹簧的阻力,向上顶升。过料结束后，电磁阀5的1YA线圈得电,5的左位处于工作位置,液压缸中的油通过O管进行回油,液压缸的顶杆放下。

                  图2：主顶升机构液压图
           1、2--液压缸  3--压力继电器  4--单向节流阀  5--二位三通电磁换向阀

      3.1.2 边顶升部分液压系统
  边顶升部分主要任务是保护称重的测量元件,延长其使用寿命。它在过料时顶起平台,是传感器免受重量,称重时降下,感受物体重量。
  边顶升部分液压系统图,如图3所示。

                    图3：测量元件边的液压缸液压图
           1--液压缸  2--二位二通换向阀  3--减压阀  4、5--单向节流阀  6--三位四通电磁换向阀

   在上图中,单杆液压缸1主要负责向上托起称量平台。二位二通阀2主要可以在双向通行和单向通行之间切换,当切到单向时,起到一个单向阀的作用,起到保压的作用。先导式减压阀3主要作用是将经管道P流入的压力经3后保持设定的恒定压力,保证执行机构的稳定运行。节流阀4、5当液体向上流动的时候,可以通过调节杆调整液体的流量;如果液体向下流动的
时候,4、5就成了单向阀,液体能够顺利通过节流阀。三位四通电磁换向阀6的6YA得电吸合时,左位处于工作位置,油从P管流入,通过5、2进人液压缸的上油腔,而下油腔中的油从0回油,油杆迅速下降,这主要完成测量时迅速放下称重平台的作用;当6YA和7YA同时不得电的时候,换向阀处于中间的位置,P管被封闭,上下油腔的油可以通过A、B两个口流入O管中,这时执
行元件浮动,可以在外力的作用下移动,如果此时有称重物体存在,称重平台会回落,可以由称量元件称重;如果7YA得电吸合时,右位处于工作位置,A、B和P口相通,O口封闭,由P口向上下两个油腔供油,组成差动油路,由于差动作用,油杆迅速上升,差动油路的设计主要是提高动作的速度。右位工作在过料时使用,让平台迅速升起,防止感应器承重,保护感应器。
      4、液压系统主要设备参数的确定
     4.1 液压缸的主要尺寸
  (1)工作压力
   称重系统称量物体的通常在1O00kg左右,最高可以达2OOOkg,根据这样的情况,将液压缸的正常工作压力确定在11MPa。
  (2)液压缸的内径和活塞的直径
   根据称量机构的结构尺寸,主顶升液压缸的内径300mm,活塞杆直径为100mm。
     4.2 泵的流量和泵的规格
     4.2.l 泵的流量
  泵的最大工作流量公式是:

其中

是执行部件的最大工作流量,KL系统泄漏系数,本系统中取1.3,本生产系统中执行部件的最大工作流量是57L/min,所以

4.2.2 泵的工作压力
泵的工作压力的公式：

,其中

是液压缸的最大工作压力,

是油管中的压力损失。整个生产系统中,最大的液压缸工作压力是12.5MPa,由于是复杂系统,

取1.5MPa,

=12.5+1.5=14MPa。
    4.3 电动机的选择
  根据有关泵的情况,查询电动机的产品手册,最终选择电动机的功率为22kW,额定转速为1450r/min。
      5、结束语
   通过对称重系统的技术改造,有效地解决了称重测量不准及称量感应器件需要经常更换的问题。目前该系统使用良好，取得了很好的经济效益。
     参考文献
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