翻钢机

翻转轧件的设备

翻钢机是指翻转轧件的设备。翻钢机翻坯过程中,翻转臂与受料臂在88°到92°之间夹持板坯，保证板坯无倾倒及对设备冲击。翻钢机主要机械设备：2 套固定台架、2 套翻转臂、2 套受料臂、4 台液压缸(2 台翻转活塞液压缸、2 台受料活塞液压缸)。翻钢机设备参数：设备运行环境温度为－30~500 ℃；翻坯周期为80 s，不大于90 s；液压缸最大速度为50 mm/s；最大翻坯质量为45 t；液压缸型号为ϕ 220/160～1 400 mm。

简介

随着板坯品种的开发，产品逐步向高端化、多样化发展，对板坯表面质量的要求越来越高，对板坯的检查及清理的要求也越来越高。为适应品种开发质量检查的需要，提高板卷质量合格率，提高上料速度，需对前3 个试验浇次的部分板坯及工况不稳定的板坯进行翻转检查及清理，因此，需要配置离线板坯翻钢机。由于翻钢机是板坯品种生产的重要设备，液压系统又是翻钢机的重要组成部分，如果液压系统运行不稳定，会影响翻钢机运行及品种的开发、生产。因此对翻钢机液压系统原设计中的一些问题进行分析，提出优化方案，使设备平稳运行，延长设备使用寿命。

翻钢机的相关设计

翻钢机的工艺流程设计

要求翻钢机将板坯翻转180°，方便对板坯内外弧面的检查和清理。工艺流程如图1所示。

翻钢机机械设备设计

翻钢机翻坯过程中,翻转臂与受料臂在88°到92°之间夹持板坯，保证板坯无倾倒及对设备冲击。

翻钢机设备参数：设备运行环境温度为－30~500 ℃；翻坯周期为80 s，不大于90 s；液压缸最大速度为50 mm/s；最大翻坯质量为45 t；液压缸型号为ϕ 220/160～1 400 mm。

翻钢机液压系统设计参数

根据翻钢机工艺流程及机械设备设计要求，配套液压系统设计参数：工作介质为46 号抗磨液压油；系统工作压力为20 MPa；循环泵为1 台螺杆泵；系统主泵2 台（1 用1 备）；主泵电机转速为1 480 r/min；系统清洁度16/14(ISO4406)。

翻钢机液压系统的设计分析

液压系统主泵的设计分析

其他同型号翻钢机液压系统设计参数：工作压力20 MPa，流量230 L/min,主泵电机转速1 480 r/min，主泵电机功率90 kW。

2 台液压缸以最大速度运动时所需流量为最大流量，建议选用Parker 的PV180R1K1T1NFWS 或Rexroth 的A4VSO180DR/22R-PPB13N00 型恒压变量泵。

建议主泵电机功率选取110 kW。其他同型号翻钢机设计系统流量只考虑液压缸以最大速度运动所需流量，未考虑系统泄漏流量，不能满足液压缸的运行速度，因此不能满足翻坯周期。由于流量小，电机功率也选小了。重新设计后能够满足系统所需流量和电机不过电流。

液压系统油温度控制的设计分析

其他同型号翻钢机液压系统油温度控制设计：大于20 ℃时启泵，温度控制在（45±5）℃。

液压系统油温度高、低都会影响系统的正常运行，尤其是系统主泵运行时间最长，以它运行对油黏度的要求来控制系统温度比较合理，系统主泵100%运行时间下黏度范围16～100 mm2/s。

系统主泵吸油口压力不小于80 kPa（绝对压力），；矿物油50 ℃时（空气质量分数为10%），空气分离压约40 kPa；20 ℃时，空气分离压约1.3~6.7 kPa。

油温度低，虽然空气分离压低，但是油黏度大，主泵吸油管阻力大，容易造成气蚀；油温度高，空气分离压高，也容易造成主泵气蚀。因此，油温度控制：大于25 ℃时启泵，温度控制在(40±5) ℃；低于25 ℃加热时，先启循环泵再启加热器，防止局部加热造成油变质。

液压系统污染控制的设计分析

其他同型号翻钢机液压系统油箱容积1 500 L，循环泵流量112 L/min，回油滤芯精度20 μm，主泵出口滤芯精度10 μm，循环系统滤芯精度3 μm。

液压系统油箱容积小、循环泵流量小、滤芯精度低，都不利于系统污染控制。冶金液压系统油箱容积一般选择为系统流量的7~10 倍，建议油箱容积2 500 L，有利于散热、分离空气、沉淀杂质；选择循环泵流量和滤芯精度。

每分钟通过旁路过滤器的油液体积为系统油液体积的10%。系统清洁度等级不低于16/14，回油滤芯精度10 μm，主泵出口滤芯精度10 μm，循环系统滤芯精度3 μm，循环泵选用HSNH210-54-N-Z（1 450 r/min，269 L/min）。

液压系统动作控制的设计分析

其他同型号翻钢机液压系统同步设计：电液换向阀+平衡阀+整流板、调速阀（液压缸无杆腔）+同步马达（液压缸无杆腔）+液压缸两油口液控单向阀。使用电液换向阀，液压缸始终运动速度相同，液压缸启、停冲击大；由于液压马达本身误差造成液压缸有累计误差出现不同步问题。

为了减小翻转臂（受料臂）两台缸的启、停冲击，消除累计误差和保证同步精度，重新设计同步回路：P口压力补偿器（集成梭阀）+比例阀+平衡阀+同步马达（液压缸无杆腔）+带位移传感器液压缸（无杆腔装液控单向阀）+极限位置接近开关。

用比例阀调整液压缸不同阶段的运动速度，有效地减小启、停冲击。液压缸运动过程中负载不断变化，比例阀只起到节流调速的作用，造成液压缸运动不稳定，比例阀前配置P 口压力补偿器（集成梭阀），保证比例阀节流口压差不随负载变化，改善了比例阀的调速特性，使液压缸运动速度稳定。液压缸每次达到水平极限位置，通过接近开关和位移传感器消除由于同步马达的精度带来液压缸同步误差。选用柱塞式同步马达提高两台液压缸同步精度。

总结

（1）按照同时运动的液压缸最大速度计算系统所需流量，同时考虑系统泄漏，得出系统所需最大流量。用系统最大流量、运行压力、泵总效率计算电机功率。液压泵运行平稳，液压缸能达到设计速度，电机无过电流。

（2）按照主泵运行对油液粘度要求控制油温度；大于25 ℃时启泵，温度控制在(40±5) ℃，有利于主泵稳定运行。

（3）根据系统工况选定滤芯精度等级和循环系统的流量。

（4）P 口压力补偿器（集成梭阀）+比例阀使执行元件运动速度稳定；选用高精度同步马达提高液压缸同步精度；用接近开关和位移传感器能够有效消除液压缸同步误差。

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