步进式加热炉液压控制系统的制作方法

1.本发明涉及冶金设备技术领域，具体涉及一种步进式加热炉液压控制系统。


背景技术：

2.常见的步进式加热炉一般由多个液压缸驱动与控制，这些液压缸主要是用于提升与运送钢坯等重物，实现步进式加热炉的工艺控制要求，其中有炉底机械的升降液压缸与平移液压缸、装钢机液压缸、出钢机液压缸、装料炉门液压缸、出料炉门液压缸等。这些液压缸要周而复始的提升与放下几十吨甚至上千吨的重量，被提升后的物体在下降过程中具有很大的重力势能。此外这些液压缸的控制都是基于阀控节流调试的控制原理，具有较大的节流损失。目前市面没有相关技术能对炉底机械、装出钢机、炉门升降等多个对象进行节能控制，只有很少量的技术对炉底机械升降液压缸的重力势能进行回收再利用，且不能综合考虑整个炉区的液压系统，造成多个系统并行，增加了成本与故障率；还有已有的节能技术采用蓄能器进行能量回收时都是采用单腔控制的技术，还需要考虑有杆腔的补油等问题，造成了蓄能器容积过大、成本与故障率增高；此外装钢机、出钢机及装出料炉门升降等液压缸都分别有两套，而且这两套在工作时是需要同步控制的，目前这类同步控制都是采用阀控节流调速控制，无法实现两套液压缸工作的同步控制。
3.因此，为解决以上问题，需要一种步进式加热炉液压控制系统，所有液压缸均采用泵控容积调速控制与蓄能器能量回收相结合的节能原理，解决步进式加热炉液压系统整体效率较低、能量浪费严重等问题，此外在液压系统整体节能的基础上，采用特殊的容积调速泵组单元还兼顾多个液压缸的同步控制需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供步进式加热炉液压控制系统，所有液压缸均采用泵控容积调速控制与蓄能器能量回收相结合的节能原理，解决了步进式加热炉液压系统整体效率较低、能量浪费严重等问题，此外在液压系统整体节能的基础上，采用特殊的容积调速泵组单元还兼顾了多个液压缸的同步控制需求。该发明具有节能效果好、投入与运行成本低、控制与结构简单等特点，是一项步进式加热炉液压系统整体最优的节能技术，非常适合应用于对包括步进式加热炉升降机构、步进式冷床等设备在内的控制。
5.本发明的步进式加热炉液压控制系统，包括液压油箱、至少一组执行组件、储能器组及补油泵组，所述执行组件包括泵组单元、阀控单元及液压缸组，所述液压油箱依次与泵组单元、阀控单元、液压缸组及储能器组连通形成液压油箱的主流通路，所述补油泵组连通于所述液压油箱与阀控单元之间作为泵组单元的备用。
6.进一步，当执行组件为多组时，多组执行组件之间为并联关系，使得各组执行组件之间互不干涉。
7.进一步，所述泵组单元包括电机和至少两个串联的液压泵用于对步进式加热炉液
压控制系统进行泵控调试控制，所述阀控单元包括多个分别与泵组单元连通的液压阀，所述液压阀相互之间形成并联关系，所述液压缸组包括多个并联的液压缸，多个所述液压缸与多个所述液压阀一一对应进行串联；所述液压缸至少一腔间接或者直接与蓄能器组连通。
8.进一步，所述液压阀为插装式液压锁。
9.进一步，所述液压缸为炉底机械升降液压缸或炉底机械平移液压缸或装料炉门升降液压缸或装钢机升降液压缸或出料炉门升降液压缸或出钢机升降液压缸。
10.进一步，所述泵组单元中的液压泵具有两个压力口，一个压力口与液压缸组连通，另一个压力口与储能器组连通。
11.进一步，所述泵控调试控制的主要控制方式通过电机转速控制、液压泵的排量大小控制、电机转向及液压泵排量换向控制实现。
12.本发明/实用新型在投入工作时，首先根据需要连接好整个液压控制系统，包括各液压缸、泵组单元、蓄能器组、管路、控制线路以及相关的辅助装置，在确保单个液压升降机构都安装无误并处于受控状态的前提下，再通过电机驱动液压泵与液压阀选择对应的液压缸实现需要的动作。首先，保证蓄能器组中有合适的氮气并有合适体积的液压油，此外做好系统中的排气等工作，在此基础上开始加热炉液压系统的控制。假设当前的工艺动作顺序是：装料炉门升
①‑
装钢机升
②‑
装钢机降
③‑
装料炉门降
④‑
炉底机械升
⑤‑
炉底机械前进
⑥‑
炉底机械降
⑦‑
炉底机械退
⑧‑
出料炉门升
⑨‑
出钢机升
⑩‑
出钢机降-出料炉门降这样一个工艺动作，当然这个典型的工艺动作可以根据实际工况进行顺序的调整。装料炉门提升
①
的动作是通过对应的容积调试动力单元与液压阀的选择选择方向及速度控制，动力单元根据速度要求调整转速、液压泵的排量，让蓄能器组的液压油通过容积调速动力单元后进入装料炉门液压缸有杆腔，液压缸回缩从而实现炉门的提升动作，此时装料炉门液压缸无杆腔只需要保证小的正压就可以；当装钢机需要上升动作时
②
，对应的容积调速动力单元及阀台会动作，让蓄能器组中的液压油经过容积调速动力单元进入装钢机液压缸无杆腔实现装钢机的提升工作，此时装钢机液压缸有杆腔是连通的蓄能器组，液压油在上升时作为补充进入了蓄能器组内；同样，装钢机在下降时
③
，装钢机液压缸有杆腔在蓄能器组液压油以及重物的双重作用下，使得装钢机液压缸无杆腔会产生一个背压力，这个背压力又通过容积调速动力单元的控制回收到蓄能器组中；装料炉门下降过程
④
，主要是靠容积调速动力单元从装料炉门液压缸有杆腔中吸取液压油并回收至蓄能器组中，使得炉门在重力作用下液压油通过容积调速动力单元实现能量回收，回收的能量用于下一步动作，这个过程中装料炉门液压缸无杆腔只需要保证一个正压就可以，以上动作实现了装料炉门与装钢机的控制。装钢机及装料炉门一般由两个液压缸分别控制，由于一个容积调速单元的驱动电机串联了两台或者以上的液压泵，在同样的电机转速下，通过电机与液压泵组成的容积调速控制保持这两个液压泵的位置同步，特殊情况下需要单个炉门升降时，可以改变对应液压泵的排量，实现一个液压泵的运动控制。当炉底机械提升时
⑤
，由于炉底机械升降液压缸需求液压油流量较大，且这个时候装出钢机及炉门升降等都无动作要求，所以需要把1个或者多个容积调速单元的泵组进行并联控制，此时液压泵从蓄能器组中吸取液压油，再输送至炉底机械升降液压缸无杆腔内，炉底机械升降液压缸有杆腔的液压油被排入蓄能器管道中补充给泵组单元，实现对炉底机械的提升累差动的控制，当然通过泵组单元的容积
调速控制可以实现不同的运动速度，如低速接坯的控制要求等。炉底机械前进时
⑥
，由于炉底机械平移液压缸对液压油的流量需求不大，同样通过泵组单元中的一个液压泵来控制，这时其他液压泵处于零排量输出，既可以减少能量的输出也保证了液压控制的便捷，在这一个液压泵的容积调速控制下，实现炉底机械平移液压缸的运动控制。炉底机械下降时
⑦
，在炉底机械升降液压缸有杆腔与负载的共同作用下，炉底机械升降液压缸无杆腔的液压油在容积调速泵组的控制下进入蓄能器组以及炉底机械升降液压缸有杆腔内，实现能量回收与运动控制的相关要求的同时，还降低了蓄能器组的容积配置要求。炉底机械后退时
⑧
其动作及控制原理与炉底机械前进时一样。出料炉门升
⑨‑
出钢机升
⑩‑
出钢机降-出料炉门降这四个动作与装钢机、装量炉门的控制要求与原理相同。
13.本发明的有益效果是：本发明公开的一种步进式加热炉液压控制系统，所有液压缸均采用泵控容积调速控制与蓄能器能量回收相结合的节能原理，解决了步进式加热炉液压系统整体效率较低、能量浪费严重等问题，此外在液压系统整体节能的基础上，采用特殊的容积调速泵组单元还兼顾了多个液压缸的同步控制需求。该发明具有节能效果好、投入与运行成本低、控制与结构简单等特点，是一项步进式加热炉液压系统整体最优的节能技术，非常适合应用于对包括步进式加热炉升降机构、步进式冷床等设备在内的控制。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
15.图1为本发明的结构示意图。
16.图中：1.1—第一电机，1.2—第二电机，2.1—第一联液压泵，3.1—第二液压泵，2.2—第三液压泵，3.2—第四液压泵，4.1—第一插装式液压锁，4.2—第二插装式液压锁，4.3—第三插装式液压锁，4.4—第四插装式液压锁，4.5—第五插装式液压锁，4.6—第六插装式液压锁，4.7—第七插装式液压锁，4.8—第八插装式液压锁，4.9—第九插装式液压锁，4.10—第十插装式液压锁，4.11—第十一插装式液压锁，4.12—第十二插装式液压锁，4.13—第十三插装式液压锁，4.14—第十四插装式液压锁，5.1—第一压力传感器，5.2—第二压力传感器，5.3—第三压力传感器，5.4—第四压力传感器，5.5—第五压力传感器，6—第一补油泵组，7—第一单向阀，8—换向阀，9—安全阀，10—第二补油泵组，11—第二单向阀，12—高背压单向阀，13—蓄能器组，14.1—第一炉底机械升降液压缸，14.2—第二炉底机械升降液压缸，15—炉底机械平移液压缸，16.1—第一装料炉门升降液压缸，16.2—第二装料炉门升降液压缸，17.1—第一装钢机升降液压缸，17.2—第二装钢机升降液压缸，18.1—第一出料炉门升降液压缸，18.2—第二出料炉门升降液压缸，19.1—第一出钢机升降液压缸，19.2—第二出钢机升降液压缸，20—液压油箱，21—补油单向阀。
具体实施方式
17.图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例中的步进式加热炉液压控制系统包括液压油箱、至少一组执行组件、储能器组及补油泵组，所述执行组件包括泵组单元、阀控单元及液压缸组，所述液压油箱依次与泵组单元、阀控单元、液压缸组及储能器组连通形成液压油箱的主流通路，所述补油泵组连通于所述液压油箱与阀控单元之间作为泵组单元的备用。
18.本实施例中，当执行组件为多组时，多组执行组件之间为并联关系，使得各组执行组件之间互不干涉。
19.本实施例中，所述泵组单元包括电机和至少两个串联的液压泵用于对步进式加热炉液压控制系统进行泵控调试控制，所述阀控单元包括多个分别与泵组单元连通的液压阀，所述液压阀相互之间形成并联关系，所述液压缸组包括多个并联的液压缸，多个所述液压缸与多个所述液压阀一一对应进行串联；所述液压缸至少一腔间接或者直接与蓄能器组连通。
20.本实施例中，所述液压阀为插装式液压锁。
21.本实施例中，所述液压缸为炉底机械升降液压缸或炉底机械平移液压缸或装料炉门升降液压缸或装钢机升降液压缸或出料炉门升降液压缸或出钢机升降液压缸。
22.本实施例中，所述泵组单元中的液压泵具有两个压力口，一个压力口与液压缸组连通，另一个压力口与储能器组连通。
23.本实施例中，所述泵控调试控制的主要控制方式通过电机转速控制、液压泵的排量大小控制、电机转向及液压泵排量换向控制实现。
24.本系统正常工作动作时，需要保证蓄能器组中充满了要求的液压油，并确保液压油箱20中充满合适量的液压油，各泵组单元、动力控制系统、液压缸、液压阀等设备都安装无误并处于受控状态的前提下，才可以进行控制动作。初始启动动作为首先启动补油泵组6，驱动补油动力单元通过第一单向阀7、换向阀8开始向系统管路提供液压油，直到蓄能器组13及管道中达到设定的目标最大压力，实际压力由压力传感器5.5读取，安全阀9可以保证蓄能器组端及泵组的b口都保证在安全压力以下，此外不管任何时候下，泵组单元的a口都有一个补油压力，这个补油压力由外部供油通过单向阀21提供，从而保证a口不吸空；当蓄能器组及与蓄能器组相连通的管道中达到设定压力后，开始启动第一电机1.1、第二电机1.2，并在电机转向分别与第一液压泵2.1、第二液压泵2.2、第三液压泵3.1、第四液压泵3.2的配合下，驱动蓄能器组中的液压油由b口进入a口，或者由a口进入b口。之后根据工艺要求各液压缸完成对应的动作，这里以标准的步进动作为例进行详细说明，标准动作流程为：装料炉门提升
①‑
装钢机提升
②‑
装钢机下降
③‑
装料炉门下降
④‑
炉底机械提升
⑤‑
炉底机械前进
⑥‑
炉底机械下降
⑦‑
炉底机械后退
⑧‑
出料炉门提升
⑨‑
出钢机提升
⑩‑
出钢机下降-出料炉门下降
25.首先以动作
①
做说明，在第一电机1.1的转向与第一液压泵2.1的配合下，驱动蓄能器组中的液压油由b口进入a口，液压油通过第三插装式液压锁4.3的控制进入第一装料炉门升降液压缸16.1的有杆腔，使得液压缸回缩实现炉门提升，液压缸运动的速度与位置控制，是通过电机与液压泵的排量组合控制，此时该液压缸无杆腔液压油进入管道中，由于压力增加会超过高背压单向阀12的设计压力，该第一单向阀7开启，液压油排回油箱中。第一装料炉门升降液压缸16.1回缩到位以后，通过第三插装式液压锁4.3的切断，保持住第一装料炉门升降液压缸16.1的位置，同时控制第一液压泵2.1的排量与第一电机1.1的转速，使得液压泵无流量输出。此时第三液压泵3.1处于零排量，该泵口无液压油排出，保证了一个液压缸的控制。如果需要第一装料炉门升降液压缸16.1与第二装料炉门升降液压缸16.2的同步动作，以上动作也可以同时发生在第二装料炉门升降液压缸16.2上，在第一装料炉门升降液压缸16.1动作的同时，液压油在第三液压泵3.1的驱动，从b至a，通过第七插装式
液压锁4.7进入第二装料炉门升降液压缸16.2的有杆腔，使得液压缸回缩从而实现2#装料炉门的提升动作，到位后同样利用第七插装式液压锁4.7切断回路，并保证第三液压泵3.1零排量输出实现停位保持；而1#、2#装料炉门的同步控制则通过液压泵的排量作调整实现容积同步控制。
26.动作
②
第一装钢机升降液压缸17.1、第二装钢机升降液压缸17.2的提升，同样，这两个液压缸可以单独动作，也可以同步控制，当单独动作时，通过对应的泵及控制阀组合进行容积调试控制，另外不动作的液压缸对应的液压泵处于零排量，从而实现单独动作。第一装钢机升降液压缸17.1在第一液压泵2.1及第四插装式液压锁4.4的控制下，压力由从b至a口再到液压缸的无杆腔，实现液压缸的提升动作；第二装钢机升降液压缸17.2在第三液压泵3.1及第八插装式液压锁4.8的控制下，压力由从b至a口再到液压缸的无杆腔，实现液压缸的提升动作。第一装钢机升降液压缸17.1、第二装钢机升降液压缸17.2的有杆腔与蓄能器组13连通，同时还与第一液压泵2.1、第三液压泵3.1的b口连通，上升过程中有杆腔排出的液压油从液压泵的b口进入最终进入了液压缸的无杆腔，从而降低蓄能器的容积需求。到位之后，通过对应的液压锁切断回路，保持液压缸的位置。
27.动作
③
第一装钢机升降液压缸17.1、第二装钢机升降液压缸17.2的下降，同样，这两个液压缸可以单独动作，也可以同步控制，当单独动作时，通过对应的泵及控制阀组合进行容积调试控制，另外不动作的液压缸对应的液压泵处于零排量，从而实现单独动作。第一装钢机升降液压缸17.1在第一液压泵2.1及第四插装式液压锁4.4的控制下，液压油从液压缸的无杆腔流入泵组a口，再在泵的作用下从a口流向b口，液压缸的回缩实现装钢机的下降，液压油进入b口后，一部分进入液压缸的有杆腔，一部分反向流入蓄能器组13中；第二装钢机升降液压缸17.2的控制时同样的原理，还可以通过容积调试保证两个装钢机的同步控制。
28.动作
④
第一装料炉门液压缸14.1、第二装料炉门液压缸14.2的下降，该动作与动作
①
是反向，基本原理相同，只需要在第一电机1.1转向第一液压泵2.1、第二液压泵2.2排量的配合下，改变液压油的流动方向，液压油从a口排向b口，使得液压缸伸出实现炉门下降的动作，液压缸有杆腔内的所有液压油全部进入蓄能器组13中，而液压缸无杆腔只需要从第二补油泵组10、第二单向阀11、高背压单向阀12组成的低压补油系统补充较低的液压油避免吸空就可以。
29.动作
⑤
第一炉底机械升降液压缸14.1、第二炉底机械升降液压缸14.2的提升：在电机转向与第一液压泵2.1、第二液压泵2.2、第三液压泵3.1、第四液压泵3.2的配合下，驱动蓄能器组中的液压油由b口进入a口，使得a口压力升高，液压油在第一插装式液压锁4.1、第五插装式液压锁4.5，第九插装式液压锁4.9、第十二插装式液压锁4.12的控制下进入第一炉底机械升降液压缸14.1、第二炉底机械升降液压缸14.2，当液压缸在接料过程中需要减速时，可以降低第一电机1.1、第二电机1.2的转速或者是减少第一液压泵2.1、第二液压泵2.2、第三液压泵3.1、第四液压泵3.2的排量来实现速度的控制，让整个炉底机械实现想要的提升位置与速度控制。当升降液压缸提升到位之后，通过第一插装式液压锁4.1、第五插装式液压锁4.5，第九插装式液压锁4.9、第十二插装式液压锁4.12切断液压回路，把升降液压缸锁定在高位等待。
30.动作
⑥
炉底机械平移液压缸15前进：在第一电机1.1与第一液压泵2.1的驱动下，
驱动蓄能器组中的液压油由b口进入a口，使得a口压力升高，液压油经第二插装式液压锁4.2进入平移液压缸，使得炉底机械液压缸完成前进动作，由于油缸是对称的，此时另外一腔的液压油从管道进入了泵组的b口。
31.动作
⑦
第一炉底机械升降液压缸14.1、第二炉底机械升降液压缸14.2的下降：这一动作是动作
⑤
的反向，液压缸在有杆腔背压及重物负载的作用下，无杆腔液压油经过第一插装式液压锁4.1、第五插装式液压锁4.5，第九插装式液压锁4.9、第十二插装式液压锁4.12流至第一液压泵2.1、第二液压泵2.2、第三液压泵3.1、第四液压泵3.2的a口，在泵组及第一电机1.1、第二电机2.1的作用下进入b口，之后其中的一部分进入了液压缸的有杆腔，另外一部分进入了蓄能器组13，完成速度与位置控制之后，液压缸通过第一插装式液压锁4.1、第五插装式液压锁4.5，第九插装式液压锁4.9、第十二插装式液压锁4.12切断油路锁定。
32.动作
⑧
炉底机械平移液压缸15后退：在蓄能器组13高背压的驱动下，炉底机械平移液压缸15另外一腔的液压油经过第二插装式液压锁4.2进入第一液压泵2.1的a口，在第一电机1.1与第一液压泵2.1驱动下液压油由a口进入b口，使得b口压力升高，使得炉底机械液压缸完成后退动作。
33.动作
⑨
第一出料炉门液压缸18.1、第二出料炉门液压缸18.2的提升动作：在第二电机1.2的转向与第二液压泵2.2的配合下，驱动蓄能器组中的液压油由b口进入a口，液压油通过第十插装式液压锁4.10的控制进入第一出料炉门液压缸18.1的有杆腔，使得液压缸回缩实现炉门提升，液压缸运动的速度与位置控制，是通过电机与液压泵的排量组合控制，此时该液压缸无杆腔液压油进入管道中，由于压力增加会超过高背压单向阀12的设计压力，该单向阀开启，液压油排回油箱中。油缸回缩到位以后，通过第十插装式液压锁4.10的切断，保持住液压缸的位置，同时控制第二液压泵2.2的排量与第二电机1.2的转速，使得液压泵无流量输出。此时第四液压泵3.2处于零排量，该泵口无液压油排出，保证了一个液压缸的控制。如果需要第一出料炉门液压缸18.1与第二出料炉门液压缸18.2的同步动作，以上动作也可以同时发生在第二出料炉门液压缸18.2上，在第一出料炉门液压缸18.1动作的同时，液压油在第二液压泵2.2的驱动，保持从b至a，同时保证第四液压泵3.2零排量输出，通过第十三插装式液压锁4.13进入第二出料炉门液压缸18.2的有杆腔，使得液压缸回缩从而实现2#出料炉门的提升动作，到位后同样利用第十三插装式液压锁4.13切断回路，；而1#、2#出料炉门的同步控制则通过液压泵的排量作调整实现容积同步控制。
34.动作
⑩
第一出钢机液压缸19.1、第二出钢机液压缸19.2的提升动作：同样，这两个液压缸可以单独动作，也可以同步控制，当单独动作时，通过对应的泵及控制阀组合进行容积调试控制，另外不动作的液压缸对应的液压泵处于零排量，从而实现单独动作。第一出钢机液压缸19.1在第二液压泵2.2及第十一插装式液压锁4.11的控制下，压力由从b至a口再到液压缸的无杆腔，实现液压缸的提升动作；第二出钢机液压缸19.2在第四液压泵3.2及第十四插装式液压锁4.14的控制下，压力由从b至a口再到液压缸的无杆腔，实现液压缸的提升动作。第一出钢机液压缸19.1、第二出钢机液压缸19.2的有杆腔与蓄能器组13连通，同时还与第二液压泵2.2、第四液压泵3.2的b口连通，上升过程中有杆腔排出的液压油从液压泵的b口进入最终进入了液压缸的无杆腔，从而降低蓄能器的容积需求。到位之后，通过对应的液压锁切断回路，保持液压缸的位置。
35.动作第一出钢机液压缸19.1、第二出钢机液压缸19.2的下降动作：同样，这两个液压缸可以单独动作，也可以同步控制，当单独动作时，通过对应的泵及控制阀组合进行容积调试控制，另外不动作的液压缸对应的液压泵处于零排量，从而实现单独动作。第一出钢机液压缸19.1在第二液压泵2.2及第十一插装式液压锁4.11的控制下，液压油从液压缸的无杆腔流入泵组a口，再在泵的作用下从a口流向b口，液压缸的回缩实现出钢机的下降，液压油进入b口后，一部分进入液压缸的有杆腔，一部分反向流入蓄能器组13中；第二出钢机液压缸19.2的控制时同样的原理，还可以通过容积调试保证两个出钢机的同步控制。
36.动作第一出料炉门液压缸18.1、第二出料炉门液压缸18.2的下降动作：该动作与动作
⑨
是反向，基本原理相同，只需要在第二电机1.2转向第二液压泵2.2、第四液压泵3.2排量的配合下，改变液压油的流动方向，液压油从a口排向b口，使得液压缸伸出实现炉门下降的动作，液压缸有杆腔内的所有液压油经过泵组全部进入蓄能器组13中，而液压缸无杆腔只需要从第二补油泵组10、第二单向阀11、高背压单向阀12组成的低压补油系统补充较低的液压油避免吸空就可以。
37.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。