专利名称：一种步进式加热炉液压平衡节能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型步进式加热炉液压平衡节能装置，用于液压传动，属于加热炉液压平衡、节能装置技术领域。
背景技术：
钢铁企业是个能耗大户，步进式加热炉的能耗主要是加热钢坯的燃料消耗，其余水、电等与之相比，是小头，不被重视。步进式加热炉液压系统传动电机的能耗，虽不能与加热炉燃料能耗相比，但在轧钢车间内，在辅机容量中它排位当属老大，如以棒、线材加热炉为例，采用液压平衡节能装置，每年单节省电能消耗约33万千瓦时，不能不重视对它节能改造。但是由于原步进式加热炉传统结构生产可靠，国内外目前在步进式加热炉中都没有使用液压平衡系统来节能，当时也因没合适的设备，因而老传统的生产方式未能突破。随着世界能源紧张，环境污染严重，自然灾害频发，再不注意节能减排将威胁人类生存，节能又是我国的国策，形势需要在大量液压系统中多用活塞蓄能器节能技术，尤其对大容量的活塞蓄能器使其在原有基础上再完善和提高一步，以促进活塞蓄能器节能技术推广使用。步进式加热炉的负荷特点它主要为升降负荷，在一个步进周期中约占总负荷的 90%，其中升降负荷特大，而且作用时间很短，约为一个步进周期的1/6。一个周期内各负荷恒定不变，负荷恒定按一定周期不变地重复，反复周期性动作频率很高，每小时约有50次。 不论方坯或板坯等步进式加热炉结构的液压系统的负荷特点都类似。是最适宜采用液压平衡节能装置的，将重载的高位势能利用起来，再提升重载，达到既节能又护经济效益双丰收。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够起到节能效果的液压平衡节能装置。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种步进式加热炉液压平衡节能装置，包括由定量柱塞泵装置及变量柱塞泵装置共同组成的泵站，其特征在于泵站连接油箱，泵站从油箱吸油后经溢流阀汇流至高压精过滤器，高压精过滤器与安全阀连接后分为三路，一路连接到蓄能器站，一路经高压管线接至各个液压缸，一路接到回油管线，推钢机液压缸通过电磁换向阀连接压力管线和回油管线，平移液压缸通过第一电磁换向阀与第六比例阀相连，第六比例阀连接压力管线、回油管线和泄油管线，大速比带位移传感器的活塞液压缸的有杆腔管线连接第三电磁换向阀，第三电磁换向阀具有两根管线，一根管线依次连接第二电磁换向阀及第六比例阀，另根一管线连接第四电磁换向阀，大速比带位移传感器的活塞液压缸的活塞腔的管线连接第四电磁换向阀，第四电磁换向阀的一端连接压力管线，另一端连接高位油箱，高位油箱设有溢流管，在高位油箱的底部设有旁通卸油管和补油管，在高位油箱的上部设有空气滤清器，柱塞液压缸的腔口管线连接第五电磁换向阀，第五电磁换向阀的一个接口分别连接第一单向阀及第二单向阀，第一单向阀及第二单向阀中的任意一个接于高压精过滤器后，另一个接于高压精过滤器前。优选地，所述油箱包括第一不锈钢箱体，叶片泵或齿轮泵依次连接加热器及冷却器，在冷却器的进水侧设有二位二通电磁阀，在二位二通电磁阀前设有水过滤器，冷却器连接过滤器后又与第一不锈钢箱体连接。优选地，所述油箱包括第二不锈钢油箱，在第二不锈钢油箱内设有旋曲的回油管， 在回油管的底部设有永久磁铁，在回油管的上部设除泡网，在第二不锈钢油箱中部设有类似隔板状的大面积过滤网，过滤网下方设有蒸发器和冷凝器，在第二不锈钢油箱的吸油口设有过滤网。优选地，所述泵站全由变量泵组成，或由定量柱塞泵和变量柱塞泵共同组成。优选地，所述柱塞液压缸布置在步进式加热炉两侧，所述活塞液压缸布置在步进式加热炉中部。 优选地，所述柱塞液压缸与所述活塞液压缸连在一个底座上，布置在步进式加热炉的中间。优选地，所述蓄能器站由至少一个旋压气瓶和活塞蓄能器通过共用支架组装。优选地，所述蓄能器站包括至少一个大容量焊接气缶，在大容量焊接气缶上设有底座，底座用地脚螺栓固定于地基上，大容量焊接气缶的下部及顶部分别设有有排污设施及电磁过滤装置，过滤后的磁性污染物从排污管中排出，从焊接气缶出来的氮气经电磁过滤装置，输送到一种气、油非隔混合型活塞蓄能器内。优选地，所述大速比带位移传感器的活塞液压缸包括活塞缸体，在活塞缸体的前后端部都设有缓冲垫块，第一园螺母及第二园螺母分别设于活塞缸体的前后端部上，在活塞缸体尾部拧有尾部端盖，尾部端盖通过园螺母拧紧防松，在尾部端盖上设有磁致伸缩位移传感器及偏置摆轴孔，前部缸座以松配合套在活塞缸体的头部，密封座盖、前部缸座和第一园螺母通过螺栓、螺母及垫圈连接为一体，活塞缸体内设有活塞杆及活塞组件，在活塞缸体的尾部固定有位置磁铁，并有磁致伸缩位移传感器的感应杆从中通过。本发明的优点是1.能平衡掉全部(约占总负荷的90% )的升降负荷；2.节能显著，单电耗每年可节电约33万度；3使用定、变量组合泵站装置，节省投资和节能，减少维修量；4.采用不锈钢多功能油箱，将过滤、冷却集于一体，节省投资和节能，节省场地；5.采用柱塞液压缸和大速比带位移传感器的活塞液压缸结构紧凑，管路系统简单，甚之可采用叠加阀装在缸体上；6.柱塞液压缸，其进出油时通过单向阀控制保证了油的洁净度；7.平移液压缸和柱塞液压缸和大速比带位移传感器的活塞液压缸的升降液压缸共用一个比例阀， 节省投资。
图1为本发明提供的一种步进式加热炉液压平衡节能装置示意图； 图2为一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站示意图； 图3为一种大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸示意图4为液压系统一个步进周期各液压缸作用的负荷与时间示意图； 图5为油箱结构示意图。
具体实施例方式为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。如图1所示，为本发明提供的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，包括泵站1， 它可为目前广泛使用的全变量泵供液装置。但为了节省投资和节能，本实施例采用定、变量泵组合供液装置，由定量柱塞泵装置1-1及变量柱塞泵装置1-2共组。定量柱塞泵装置1-1 长期供给液压系统和蓄能器液压油，变量柱塞泵装置1-2按设定需要变量供给液压油。定量柱塞泵装置1-1及变量柱塞泵装置1-2从油箱吸油后，经溢流阀3汇流到高压精过滤器 14，然后一路经安全阀12后分为三路，一路到蓄能器站11，另一路经高压管线P再接各个液压缸，最后一路接至回油管线T。推钢机液压缸6通过电磁换向阀5连接压力管线P和回油管线T。平移液压缸7通过第一电磁换向阀5-1再与第六比例阀5-6相连，第六比例阀5-6 连接压力管线P、回油管线T和泄油管线S。油箱可以如图1所示，包括第二不锈钢油箱4，在第二不锈钢油箱4内设有旋曲的回油管4-5，在回油管4-5的底部设有永久磁铁4-4，在回油管4-5的上部设除泡网，在第二不锈钢油箱4中部设有类似隔板状的大面积过滤网4-6，过滤网4-6下方设有蒸发器4-3和冷凝器，在第二不锈钢油箱4的吸油口设有过滤网4-1。其结构也可以如图5所示，包括第一不锈钢箱体3，叶片泵3-5或齿轮泵依次连接加热器3-7及冷却器3-6，在冷却器3-6的进水侧设有二位二通电磁阀3-4，在二位二通电磁阀3-4前设有水过滤器3-2，冷却器3-6连接过滤器3-3后又与第一不锈钢箱体3连接。至少一个柱塞液压缸9 (因无标准柱塞液压缸可选，也可选用标准活塞液压缸使用，柱塞液压缸虽加工简单，造价低，但单件非标设计和加工，反而不及选用批量生产的标准活塞液压缸更合标。在活塞杆处的进出油口，不接压力管线，而代之装设空气过滤器)和大速比带位移传感器的活塞液压缸8，可按以往设计设两柱塞液压缸9布置在加热炉的两侧，专负责驱动台架的升降，再在加热炉的中间设置大速比带位移传感器的活塞液压缸8 专负责驱动钢坯升降、自动控制速度和驱动两液压缸复位，如用两个柱塞缸9，这就须考虑两缸同步问题，而且必须设置同步阀，步进式加热炉都设有机械同步机构，这样一个传动机构设有两套同步定位装置，总会引起一定的附加阻力，这会既多耗动力又增加投资。本实施例将单个柱塞液压缸9和大速比带位移传感器的活塞液压缸8连成一体，布置在加热炉的中心处，令柱塞液压缸9专负责驱动台架的升降，大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸8专负责驱动钢坯升降、自动控制速度和驱动两液压缸复位。今将柱塞液压缸9和大速比带位移传感器的活塞液压缸8布置在加热炉中心位置，就可省掉两缸的同步阀，尔今绝大部分使用连铸坯生产，定尺长度较准，坯料在炉内偏载较小，且滚轮定位导向距很大， 导向精度较高，将柱塞液压缸9和大速比带位移传感器的活塞液压缸8置于炉中心上，这样既节能又节省投资有利无敝。大速比带位移传感器的活塞液压缸8的有杆腔管线连接第三电磁换向阀5-3，该阀具有两根管线，一根管线连接第二电磁换向阀5-2，再连接第六比例阀5-6，第三电磁换向阀5-3的另一根管线连接第四电磁换向阀5-4。大速比带位移传感器的活塞液压缸，其活塞腔的管线连接第四电磁换向阀5-4，第四电磁换向阀5-4的一端连接压力管线P，另一端连接高位油箱10，该箱设有溢流管10-1，当高位油箱10内油面超过某一设定的油面时，自动溢流回多功能不锈钢油箱4，在该箱底还设有旁通卸油管，该箱还设有补油管，当油箱油位低于一定值时，液位计发出声、光信号，以便人工补油，该箱上部还设有空气滤清器，箱内气体容积也发生变化，空气会不断进出高位油箱，因而必须过滤进入油箱的空气，保证油的洁净度，必要时也可采用闭式油箱。柱塞液压缸9其腔口管线连接第五电磁换向阀5-5，第五电磁换向阀5-5的一个接口分别连接第一单向阀13及第二单向阀13-1，第一单向阀13 及第二单向阀13-1的其中一个接于高压精过滤器14后，另一个接于高压精过滤器14前， 当提升台架时，供给的是经高压精过滤器14过滤后的洁净的液压油，当柱塞液压缸9复位排出的油，回到高压精过滤器14前处，以便经高压精过滤器14过滤后，再输入液压系统，以便保证液压系统油的洁净度。本发明采用定、变量泵装置，使一个周期需用的平均60%油量由定量泵供给，使泵和电机处于最佳效率下运转，其它所需油的大、小流量变化时，可通过另一台变量泵和蓄能器去调节，这样既节省投资，又节能。液压传动与其它传动相比效率要低很多，它大部分都转化为热，转化为油温提高中去了，因而为了发挥系统的传动效率和运动性能。使油温保持恒定最佳温度状态是非常重要的，因而主要矛盾是尽量诚少各个环节使油温升高，采取高效的降温措施，目前专设一套自动循环过滤、冷却或加热系统，主要目的为了降温、过滤，但经泵、管路及一些设备的流阻，又生成不少热量，这些都通过水冷却器来冷却，水温又受季节和昼夜温度的影响，尤其夏季冷却水温过高，水冷系统又无调节水量的装置，不能保持最佳油温，影响液压系统传动性能，本发明采用在油箱内设多重过滤，又采用类似空调原理， 直接在油中采用变频调温，使液压油不受环境影响恒定保持在最佳温度值供油，同时油箱容积适当选大点，再在油箱适当部位增设散热翅片，这样既省投资又节能。如图2所示，蓄能器站11包括高压焊接气缶11-1，它由一根较大直径厚壁无缝钢管，两端用球形封头焊接而成，结构简单，制作方便，容量调节配置容易。该缶下部设有排污管11-2，在该缶上部通过管线根据需要连接多个气缶，并设有气体安全阀，该缶上部通过管线连接磁性过滤器11-3，该磁性过滤器11-3的右侧连接排污管11-4，磁性过滤器11-3 过滤氮气中的磁性杂质，经一段时间后可通过高压气体吹刷杂质，从该磁性过滤器11-3右侧的排污管11-4排出缶外，磁性过滤器11-3另一端接非隔离活塞蓄能器11-5，非隔离活塞蓄能器11-5装在焊接气缶底座上，并围靠在焊接气缶上，而焊接气缶有底座安装在基砖上，非隔离活塞蓄能器11-5下部为高压油进出口，接压力管线P，高压焊接气缶11-1和非隔离活塞蓄能器11-5设有共用控制阀件和表盘。本发明所要使用的蓄能器站，也可选目前较广泛使用的国内外已是很成熟的活塞蓄能器和气缶，国内外也有多种结构的产品，可随供设计、使用单位选用，但步进式加热炉的传动负荷较大，相配套的液压平衡泵站也较大，为了节能和便于控制，不要使蓄能器压力波动太大，尽量选用泵站压差小于0. 1，这样按国内普遍常用的气瓶就需20多个，如步进式加热炉载荷更大时，如板坯步进式加热炉，则需更多小气瓶，佔地面积大，系统速度反应慢， 影响使用性能。本发明所使用的一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站，它使用大容量焊接气缶，单个气缶容量从200升-450升，用调节气缶的长度来实现，200升气缶， 无缝钢管短些，450升气缶长些，也还是这么多焊缝，大气缶的性价比就高了，气缶容量可用无缝钢管长度来调节，设计、制造、选型方便并尽可能选一定长度的无缝钢管。因而只需3个气缶即可即满足以上所说的要求，油缶在防气漏入油中，密封可靠性及活塞位置检测等方面，都具有性价比高等特点，详见申请号为201110167433. 2，201110152276，及 201110152276. 8 的专利。如图3所示，为大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸8的结构示意图，包括活塞缸体8-5，在活塞缸体8-5前后端部，都车有细牙螺纹，并都拧有第一园螺母8-4和第二园螺母8-8，在活塞缸体8-5尾部，设有缓冲块8-9，并拧着尾部端盖8-10，再用园螺母8-8拧紧防松，在尾部端盖8-10上安装有磁致伸缩位移传感器8-6，在活塞缸体8-5头部，为便于拆装和防止密封件扭曲，前部缸座8-3以松配合套在活塞缸体8-5上，然后将密封座盖8-2、 前部缸座8-3和第一园螺母8-4用螺栓、螺母及垫圈组件连接为一体，活塞缸体8-5内有活塞杆及活塞组件8-1，它集活塞杆、活塞、缓冲导杆于一体的多功能混合焊接构件，其尾部固定有位置磁铁8-7，并有磁致伸缩位移传感器8-6的感应杆从中通过，以控制台架和钢坯升降速度，当活塞缸体8-5内有活塞杆与活塞8-1移动到各个位置，都同步发出位置信号，并根据预设定的程序，自动控制液压缸的动作。大速比带位移传感器的活塞液压缸8基本上与普通活塞式液压缸结构类似，其内部结构也有终端可调缓冲装置、防尘圈、定密封、动密封、导套、排气阀等，安装型式也和普通液压缸一样有多种样式，不一一列举说明。大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸与常规活塞液压缸主要差别是专用于有升降负荷的气、油非隔离混合型塞蓄能器站的平衡系统中，它既是一个推动钢坯升起的传动液压缸，又是一个控制升降运动速度的控制液压缸， 还推动台架和钢坯复位。大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸有它的特点大速比即面积比为4-5 :1，它主要负责推动钢坯上升，下降时靠钢坯和台架自重，和施以较小的推力，克服柱塞液压缸和活塞液压缸密封件等的阻力，蓄能器因氮气受压所引起的压差变化等的阻力，设有磁致伸缩位移传感器自动控制液压缸活塞升降速度，达到钢坯轻抬轻放，为了便于磁致伸缩位移传感器安装，将活塞缸尾部摆轴孔偏置，为了便于密封件、导套等的维护拆装，将前部缸座采用螺栓连接。如图4所示，为液压系统一个步进周期各液压缸的负荷与时间示意图，它是以年产60万吨棒、线材车间为例作出的，其横轴代表时间，纵轴代表负荷，升降用柱塞液压缸10 提升升降台架时的负荷7-1，大速比兼控制传动速度的液压缸8和柱塞液压缸9共同提升升降台架和钢坯时的负荷7-2，平移油缸装置7推移平移台架时的负荷7-3，大速比带位移传感器的液压缸8推动钢坯和台架下降时的负荷7-4，平移油缸装置7复位平移台架时的负荷 7-5，推钢机油缸装置6推坯时的负荷7-6。从示意图中可见，这些推动运动的负荷特点是；主要为升降负荷，在一个步进周期中约占总负荷的90% ；其中升降负荷特大；而且作用时间很短，约为一个步进周期的1/6 ； 一个周期内各负荷恒定不变；负荷恒定按一定周期不变地重复；工作频率很高，每小时约有50次；液压传动又是连续运转的；在一个周期内还有一段时间处于无负荷状态；其它步进式加热炉结构的液压系统的负荷与时间关系图也类似。过去根据这种大而短的集中负荷设计液压站，必然选用较大设备容量，增加基建投资，浪费能源，这不单在大负荷下全部设备投入运转，即使在小负荷或无负荷时泵和电机也都在运转。虽然，目前这种液压系统大都使用变量泵，以适应负荷大小的变化，但对电动机和变量泵来说，不管是在小负荷或无负荷下不停地运转，其效率曲线都是较差的，还是要消耗不少电能，所谓电动机大部分时间处在大马拉小车的状态下运转，白耗许多电能。
权利要求
1.一种步进式加热炉液压平衡节能装置，包括泵站(1)，其特征在于泵站(1)连接多功能不锈钢油箱(4)，泵站从油箱吸油后经溢流阀(3)汇流至高压精过滤器(14)，高压精过滤器(14)与安全阀(12)连接后分为三路，一路连接到蓄能器站(11 )，一路经高压管线(P) 接至各个液压缸，一路接到回油管线(T)，推钢机液压缸(6)通过电磁换向阀(5)连接压力管线(P)和回油管线(T)，平移液压缸(7)通过第一电磁换向阀(5-1)与第六比例阀(5-6) 相连，第六比例阀(5-6)连接压力管线(P)、回油管线(T)和泄油管线(S)，大速比带位移传感器的活塞液压缸(8 )的有杆腔管线连接第三电磁换向阀(5-3 )，第三电磁换向阀(5-3 )具有两根管线，一根管线依次连接第二电磁换向阀(5-2)及第六比例阀(5-6)，另根一管线连接第四电磁换向阀(5-4)，大速比带位移传感器的活塞液压缸(8)的活塞腔的管线连接第四电磁换向阀(5-4)，第四电磁换向阀(5-4)的一端连接压力管线(P)，另一端连接高位油箱(10)，高位油箱(10)设有溢流管，在高位油箱(10)的底部设有旁通卸油管和补油管， 在高位油箱(10)的上部设有空气滤清器，柱塞液压缸(9)的腔口管线连接第五电磁换向阀 (5-5)，第五电磁换向阀(5-5)的一个接口分别连接第一单向阀(13)及第二单向阀(13-1)， 第一单向阀(13)及第二单向阀(13-1)中的任意一个接于高压精过滤器(14)后，另一个接于高压精过滤器(14)前。
2.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述油箱包括第一不锈钢箱体(3)，叶片泵(3-5)或齿轮泵依次连接加热器(3-7)及冷却器(3-6)，在冷却器(3-6)的进水侧设有二位二通电磁阀(3-4)，在二位二通电磁阀(3-4)前设有水过滤器(3-2)，冷却器(3-6)连接过滤器(3-3)后又与第一不锈钢箱体(3)连接。
3.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述油箱包括第二不锈钢油箱(4)，在第二不锈钢油箱(4)内设有旋曲的回油管(4-5)，在回油管 (4-5)的底部设有永久磁铁(4-4)，在回油管(4-5)的上部设除泡网，在第二不锈钢油箱(4) 中部设有类似隔板状的大面积过滤网(4-6)，过滤网(4-6)下方设有蒸发器(4-3)和冷凝器，在第二不锈钢油箱(4)的吸油口设有过滤网(4-1)。
4.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述泵站全由变量泵(1-2)组成，或由定量柱塞泵(1-1)和变量柱塞泵(1-2)共同组成。
5.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述柱塞液压缸(9)布置在步进式加热炉两侧，所述活塞液压缸(8)布置在步进式加热炉中部。
6.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述柱塞液压缸(9 )与所述活塞液压缸(8 )连在一个底座上，布置在步进式加热炉的中间。
7.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述蓄能器站(11)由至少一个旋压气瓶和活塞蓄能器通过共用支架组装。
8.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于所述蓄能器站(11)包括至少一个大容量焊接气缶(11-1)，在大容量焊接气缶(11-1)上设有底座， 底座用地脚螺栓固定于地基上，大容量焊接气缶(11-1)的下部及顶部分别设有有排污设施(11-2)及电磁过滤装置(11-3)，过滤后的磁性污染物从排污管(11-4)中排出，从焊接气缶(11-1)出来的氮气经电磁过滤装置(11-3)，输送到一种气、油非隔混合型活塞蓄能器 (11-5)内。
9.如权利要求1所述的一种步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于，所述大速比带位移传感器的活塞液压缸(8 )包括活塞缸体(8-5 )，在活塞缸体(8-5 )的前后端部都设有缓冲垫块(8-9)，第一园螺母(8-4)及第二园螺母(8-8)分别设于活塞缸体(8-5)的前后端部上，在活塞缸体(8-5)尾部拧有尾部端盖(8-10)，尾部端盖(8-10)通过园螺母(8-8)拧紧防松，在尾部端盖(8-10)上设有磁致伸缩位移传感器(8-6)及偏置摆轴孔(8-11)，前部缸座(8-3)以松配合套在活塞缸体(8-5)的头部，密封座盖(8-2)、前部缸座(8-3)和第一园螺母(8-4)通过螺栓、螺母及垫圈连接为一体，活塞缸体(8-5)内设有活塞杆及活塞组件 (8-1)，在活塞缸体(8-5)的尾部固定有位置磁铁(8-7)，并有磁致伸缩位移传感器(8-6)的感应杆从中通过。
全文摘要
本发明提供了一种步进式加热炉液压平衡节能装置，包括液压泵站，液压泵站从油箱吸油，经溢流阀、高压精过滤器连接到压力管线，再连接到各种阀件，再连到推钢机缸、平移缸、升降缸。蓄能器站油供柱塞缸平衡台架升降负荷，供活塞缸平衡钢坯升降负荷。本发明采用多功能不锈钢油箱；采用定、变量组合泵站；多个液压缸共用一个比例阀；完善可靠的高位油箱组合而成的结构紧凑的柱塞液压缸和大速比带位移传感器的活塞液压缸；性价比较高的一种由焊接气缶和混合蓄能器组成的蓄能器站。本发明的优点是能平衡约90％.的总负荷，节能；基建投资省；经济效益好；控制水平高；设备布置紧凑，占地少；活塞蓄能器站性价比高。
文档编号F15B21/04GK102322452SQ20111026939
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者何学才 申请人:何学才