点此下载——KD75型液压泥炮集成油路块系统设计改造

KD75型液压泥炮集成油路块系统设计改造

康毅

(太钢集团新临钢公司炼铁厂)

摘 要:介绍KD75型液压泥炮的液压系统设计、改造经过，分析了传统液压系统生产厂家的设计缺陷，着重介绍了如何选择液压系统控制元件与执行机构配合。

关 键 词：KD75型液压泥炮；液压控制元件；集成油路块设计；液压系统改造

1  前言

在新的技术和经济条件下，炼铁高炉具有的灵活性和适应性比过去好。在未来相当长的时期内，高炉仍是炼铁生产的主要设备。高炉炼铁液压系统的可靠性问题已经被重视起来。提高其液压系统及设备的可靠性是当务之急，可靠性工程必将有一个飞跃的发展。

KD75型液压泥炮是太钢集团新临钢公司炼铁厂高炉堵铁口的专用设备，是高炉设备的重要组成部分。由于其结构紧凑、体积小等特点，在我厂得到了广泛的应用。但因其结构紧凑等因素就要求液压系统在设计上必须严谨。炉前液压系统及泥炮操作阀台集成块的设计缺陷，使KD75液压泥炮无法满足正常使用要求。因此，对原液压系统进行改造就显得十分必要。

2  对原液压系统的分析

正确分析和排除液压泥炮及该液压站元、部件的常见故障，是高炉稳定运行的重要条件。

临钢炼铁厂6号高炉炉前液压系统及泥炮操作阀台集成块因设计缺陷无法满足KD75液压泥炮的正常使用要求，表现为在堵口过程中经常发生泥炮猛烈的前后窜动，会造成液压泥炮结构性损坏并因堵口不力给炉前操作人员的正常工作带来安全隐患(堵口时常跑泥，铁口浅易出现铁口自开发生人员烧伤事故)。在加装全液压开口机后液压站系统的能力更加无法满足炉前的正常使用，经常造成该液压系统无法正常工作，全液压开口机凿岩机振打活塞烧死，无法开口等事故的发生，对炉前的正常生产带来极其恶劣的影响。由于原系统的设计缺乏人性化，给检修人员带来了很大的难度，维护很繁锁、工作效率极低，现场不易进行及时地抢修。

泥炮液压系统的是由溢流阀(BG—06—H)、液控单向阀(CPDG—06—A2)、单向阀(CRG—06—A1)、节流阀(SRG—06)、手动换向阀(4WMM16E50／)、柱塞泵(63SCY14—1B)、回油过滤器(FAX—160X20L)、0．4m³油箱、液压缸等组成。

该液压泥炮系统具有4种工作状态，一是旋转油缸转动炮身提升状态；二是旋转油缸转动炮身下降状态；三是打泥机构打泥状态；四是旋转油缸锁定状态。

泥炮油缸旋转状态主要是用于泥炮堵铁口过程，当高炉出铁完毕后油泵电机起动，柱塞泵向系统供油，手动换向阀换向，液控单向阀打开，此时压力油经液控单向阀A、节流阀A进入油缸的无杆腔(A腔)，而有杆腔(B腔)的油经过节流阀B、液控单向阀B手动换向阀、回油管路过滤器流回油箱。泥炮完成堵口压炮工作。

打泥机构的打泥状态主要用于向铁口内灌入一定深度的炮泥堵住铁口，柱塞泵继续向系统供油，手动换向阀换向，液控单向阀打开，此时压力油经液控单向阀A、节流阀A进入油缸的无杆腔(A腔)，而有杆腔(B腔)的油经过液控单向阀B手动换向阀、回油管路过滤器流回油箱。此时完成全部堵口动作。

(1)原液压泥炮系统集成油路块的设计过于繁锁、陈腐，板式的液压阀布满了整个油路集成块，集成度很低。更重要的是该设计在处于打泥状态和炮身旋转油缸转动提升状态下工作时还能够正常工作，但是在操纵换向阀使旋转油缸转动炮身处于下降状态下工作时，发现整个炮身有前后猛烈窜动的现象，而液压系统其余动作正常。

由于该现象的存在使得高炉液压泥炮无法正常工作，经常造成泥炮的旋转机构和打泥机构损坏，使得设备的寿命大大缩短，必须提前更换。再由于泥炮在堵口的最后时刻发生炮身前后猛烈窜动造成堵口失利、跑泥、铁口过浅等等生产、安全隐患。给整个高炉生产带来了非常不利的因素。

(2)该液压系统的整体能力、容量过小。在加装全液压开口机后该液压站系统的能力更加无法满足铁前的正常使用，经常造成该液压系统无法正常工作。

(3)没有进油压力管路过滤设备。原系统回路中只有回油管路过滤设备，没有进油压力管路过滤设备，使得进入系统的液压油混有大量杂质，经常造成开、堵铁口过程时液压系统无压力、阀芯堵塞、全液压开口机振打机构的损坏等问题的发生。

(4)液压泥炮站系统未有冷却装置。原系统的设计缺乏合理化、人性化，油箱容积过小，从油缸中流回的高温液压油无法得到及时的冷却(原液压泥炮站系统未设计冷却装置)，油品在短时间内就会变质、乳化，对整个液压系统进行腐蚀、损坏。

(5)在该液压系统增加了全液压开口机后在原有的机房内又增加了一套30kW油泵机组使得原本就不大的机房显的更加拥挤不堪。液压站系统原本就不好的散热环境显得更为恶劣，更加快了液压油的变质周期。

以上所有的问题都给检修人员带来了很大的检修难度，维护工作很繁锁、工作效率极低，在出现故障后不能很快地完成抢修工作，对高炉铁前的正常生产都带来极其恶劣的负面影响。

3  改造方案设计

3．1  对原液压系统中存在问题的分析

(1)液控单向阀和节流阀的回路配合存在问题

原以为液压缸中存有气体，但多次排气后发现窜动现象仍然没有消除。后经现象仔细分析将问题的重点放在了液控单向阀和节流阀的回路配合上。

液控单向阀和节流阀配合的工作原理，在液压泥炮堵口时操作手动换向阀，液压油通过调节好的节流阀向液控单向阀的A口进油，压力油打开单向阀从A1口进入旋转油缸的无杆腔，同时把液控单向阀的控制活塞向右推，打开右边的单向阀使液压缸有杆腔的压力油通过该单向阀和换向阀回油箱，当旋转油缸进行退炮操作时，反向操作手动换向阀，使液控单向阀B口进油，压力油打开单向阀从B1口进入旋转油缸的有杆腔，同时反控制活塞向左推，打开单向阀，从而接通旋转油缸的回油路；当手动换向阀处于中间位置时，旋转油缸有杆腔的压力油把液控单向阀的锥型阀芯紧压在阀座上，旋转油缸有杆的油压越高压的就越紧，可以使有杆腔的压力油一点都不会泄漏回油箱的，从而避免了液压泥炮旋转油缸活塞杆自动缩回的现象，真正起到锁死的作用(如图1)。

由于液压系统生产厂家没有详细了解KD75液压泥炮的全部工况环境，在系统中设计使用液控单向阀时，没有考虑使用工况(如KD75液压泥炮在堵口的后半程有炮身旋转油缸转动下降状态及炮身整体的重量等)及泵的流量、液压管路的通径等因素，在系统中使用了节流阀(因为节流阀在保证旋转油缸初期的运行速度，就不能控制旋转油缸在堵口最后下降时的运行速度)，将油缸无杆腔的进油流量定的太小，致使炮身旋转油缸转动连同负载向下运动时，旋转油缸受进入无杆腔压力油流量过慢的影响，该腔的压力迅速降低，以致使进油路的压力油不能打开回油路中的液控单向阀，因失压液控单向阀的阀芯立即关闭，使正在向下运动的负载被迫停止运动，就产生了剧烈的振动和冲击；由于系统的动力部分并没有停止工作，继续向系统供油，使进油管路油压回升，当油路压力再次达到液控单向阀阀芯的开启压力后，液控单向阀B口中的单向阀芯打开接通油路，使负载继续向下运动，又继续重复上述过程，这种过程使旋转油缸活塞断续下降动力，使液压泥炮在堵口的瞬时动作出现猛烈的前后窜动，造成液压泥炮炮身的强烈的振动与冲击。

以上的问题都是因该液压系统的设计缺陷、液压元件的不合理选择(液控单向阀CPDG—06—A2与管路节流阀SRG—06等配置)以及过于繁锁、陈腐的设计直接导致的。

(2)该液压系统原先只是作为液压泥炮单独存在和使用的，在后来的改造中又增加了全液压开口机系统。当时就液压泥炮而言系统的能力、容量基本上就已达到满负荷运行，后为了满足全液压开口机的使用又增加了一套30kW油泵机组，虽然在当时看是满足了一时的使用需要，但在日后的使用中存在的问题越来越明显地暴露出来：原液压泥炮系统为两套15kW油泵机组，油泵的排量只能达到全部排量的60％—65％，再大就会出现电机电流过大跳闸的问题；再加上原系统的油箱过小(0．4m³油箱)，使用全液压开口机系统时需三台油泵同时启动，造成油箱内的油液产生蜗流(因油箱过小，三台油泵的吸油口分布很近)，使油箱底部沉积的杂质被全部搅起吸入系统，造成系统污染、阀芯堵、卡、系统无压力或系统超压、全液压开口机凿岩机振打活塞烧死报废等问题的出现。

(3)由于原液压站的设计存在有严重的缺陷：无油冷却系统、无进油压力管路过滤器、回油管路过滤器过滤面积太小、油箱容积过小、吸油口分布过近、油箱内无隔板、15kW油泵机组能力过低等等问题。该液压站长时间高油温(70℃—80℃)运行，油液的变质、乳化也使得液压系统中的液压元件磨损加快，寿命大大降低。再有机房内零乱的布置、空气流通差也使大量的热量无法及时散出。虽然我们在后来的系统中加装了旁路冷却系统，但也因油箱容积过小也无法对液压系统进行很好的冷却；根据“液压系统中75％的故障都是因油液污染引起”的这条定律判断，因回油管路过滤器的面积过小(公程流量160L/min)，三套油泵机组的流量大约是200L／min左右，油泵排出的流量大于了管路回油过滤器的设计能力，所以经常会出现回油滤芯被损坏的现象，使已过滤出的杂质重新流回油箱，造成油箱的二次污染。后来也对两套15kW油泵机组合装了一套压力管路过滤器，但由于后加的压力管路过滤器匹配性差、现场没有合理的安装位置等等问题都造成了日后的使用和检修不易开展和维护问题(经常出现过滤器喷泄故障，机房内油液污染)。

3．2  液压系统的改造

(1)通过对该液压站系统的仔细观查和人员操作、维护的特点，重新对该液压站及集成块系统进行了整体规化设计。新设计的系统在回油路上新增了叠加式双单向节流与叠加式液压锁的配合设计，并且加装了系统进油球阀和回油背压单向阀等。这种系统设计构成了回油节流调整回路，使旋转油缸在炮身处于转动下降状态时能够平稳运行，彻底消除了液控单向阀因失压过快而关闭，造成系统产生故障隐患。同时也可利用叠加式双单向节流阀对旋转油缸退炮到位时的缓冲进行调节。在系统的回路中增加了背压用单向阀，消除了因无背压单向阀造成的集成油路块中的油全部流回油箱，使液压系统混入了空气，造成油缸运行出现爬行等现象的发生，并且还造成了液压元件的气蚀。经过对新的液压泥炮油路集成块阀台的安装、调试后液压泥炮旋转油缸在任何的状态下都可以实现平稳运行，满足主机的设计要求，故障得以彻底地解决(如图2)。

(2)通过对液压泥炮和全液压开口机两套液压系统的整体机组容量的计算并对现有机房进行测量，重新设计了该液压站系统。通过增大油箱容积(1．

5m³)、增加两套压力管路过滤器(ZU—H160X20DLP公程流量160L／min)、增大回油管路过滤器的过滤面积(RFA—630X10F—C公程流量630L／min)、增加冷却器面积(HT2212)、增加主、旁路冷却过滤系统、新增一套30kW油泵机组，同时拆除原两套15kW油泵机组等，彻底地消除了原液压站系统油液老化快、液压元件损耗大、执行机构正常寿命短的问题，并大大地降低了液压系统的故障率，并且通过整体设计、合理布置，整个液压站系统的匹配性更强，人员在现场开展检修、维护工作更加便捷。

改造设计图见图3、4、5、6。

4  主要技术创新点

主要技术创新点在于它的先进性、可靠性和知识产权的自主性。

对炼铁高炉铁前液压系统进行可靠性分析、设计，按照液压可靠性工程要求进行研究，根据可靠性工程实用化特点，具体问题具体分析，使可靠性技术更加实用、有效。使其更加与高炉铁前液压设备相匹配，提高了设备运行稳定性，降低了高炉慢、休风率，对于促进企业设备现代化、自动化，保证长周期连续生产，减少事故，增加产量，创造经济效益，又可以借助生产现场为实验基地，对系统故障诊断方法进行深入的研究，保证可靠性生产，实现文明维修，具有良好的社会效益。

本项目具有自主知识产权。该项目采用冗余设计、降额设计、容错设计及节能设计等现代设计方法，归纳了液压阀块及液压站设计、制造和调试过程中的一些要点，完成了液压站及集成油路块系统的自主研发、设计，简化了系统的安装，有利于提高液压系统的精度和可靠性。更新了炼铁高炉铁前液压系统的控制，提高了系统工作可靠性，最大限度降低系统故障率，提供良好操作环境，延长设备的使用寿命，降低使用成本，提高液压系统的经济效益和实用价值。加入了人性化原素，使人员操作更简易，维护、检修工作量大幅降低。

研制出了适合炼铁高炉铁前液压系统使用功能的液压控制系统，实现了长周期、无故障连续运行。

5  经济效益分析

(1)该液压站是自主设计并委托液压系统制造企业加工的，整体成本大幅降低。同等规模液压站系统直接购买约需30万元左右，而该液压站的制造费用仅为6万元左右，直接节省24万元。

(2)该液压系统设用后，设备故障损坏程度大大降低，每年可少消耗KD75液压泥炮1套(28万元/套)、YLD1000开口机1套(30万元)、凿岩机5套(5．4万元/套)、N46号液压油5100kg(12元/kg)。

(3)该液压系统设用后，全年可减少故障休风200min，直接影响生铁产量190t。(380×3．6÷24×3．3≈190t)；减少故障慢风1000min左右，慢风按休风50％折算为500min，影响生铁产量475t。(380×3．6÷24×8．3≈475t)，如再考虑炉况恢复等原因实际产生效益10万元。

(4)该液压系统设用后，消除了因堵口不利跑泥带给炉前操作人员的工作安全隐患(铁口浅易出现铁口自开发生人员烧伤事故)。

6  结语

新临钢通过上述改造后，从根本上解决了困扰高炉炉前操作的难题，目前该液压系统运行状况很好，大大降低了高炉慢、休风率和铁前设备的损坏，方便了操作、维护和检修工作的开展，为我厂高炉稳产、高产提供了有力的保障，预计年可创效益100多万元，很大程度上推动了临钢自主研发新型、合理、配套的液压自动控制系统技术的发展。