本实用新型涉及一种已生产的步进加热炉液压平衡节能改造装置，采用气缶加活塞蓄能器，实现将步进加热炉升降台架和钢坯的下降势能全部利用蓄能器贮能，再用于提升升降台架和钢坯的提升，达到完全平衡这两个负载，从而只须克服液气、阀门和缸体在传输和运动中的一些很小的阻力，从而达到最大限度的节能，因某些阻力原系统也是存在的，这样也可近似认为步进加热炉其重载的升降运动是在无耗运行。
本实用新型用于气动、液压、机械等传动中，属于气动、液压、机械，气、液压平衡、节能领域。
背景技术：
目前各生产领域，有大量升降载荷运动的场合，工程中大量采用液压传动控制。之前，为了控制大惯量物体运动状态的快速平稳以及精确定位，工程技术人员在液压控制方面想了很多办法，也取得了较满意的效果。但是由于各行业和各设备中使用中因载荷的特点、工艺要求和控制不同，目前在包含有物件升降或摆动运动的液压系统中，每次运动下降或摆动时的势能没被广泛充分利用起来，大多都被转化为热能，这不仅是能源的浪费，还需要用户不得不增加液压系统介质的冷却功率消耗，以控制系统油温，尤其在步进加热炉液压传动中，是一种频繁升降运动的重载场合。现今这些系统虽有用变频液压泵电机系统，液压恒压变量泵的使用或是物体下降时采用差动回路等方面做了一些工作，但是物体下降势能的回收始终没有全部利用。
如采用气液联动蓄能器液压平衡，一方面，节能降耗，还增加一定的收益，可以提高企业的竞争力；另一方面，随着世界能源紧张，环境污染严重，生态失去平衡，如采用液压平衡，达到节能减排减少雾霾产生也将有利于人类的健康和生存。
对目前钢铁企业轧钢厂在型、线、棒、板材生产中大量（全国约有1000多台套）使用步进加热炉液压传动，它是该类厂辅机传动中能耗首席大户，如釆用本实用新型专利，则能降低该传动总能耗的70～85％以上，如以棒、线材加热炉液压传动为例，每年可节约电能80万多度，可减少运行费用增收约90万元。如用于大方坯或板材生产中，其节能增效更大。
步进加热炉液压平衡由于它渉及液圧、设备、电控等多个专业，是个系统工程，申请人多年前曾有多项专利，近期也有企业在探索，但目前末见高位下降时的势能将其全部贮能好方案。现今国家在千方百计减少污染，降低雾霾对人们健康的影响，钢铁企业目前产能虽过剩，有些企业经营亏损，资金筹措困难，但要生产必须使用步进加热炉液压传动，因此对此设备必须加以创新转型釆用液压平衡。
技术实现要素：
本实用新型的目的是：在包含有物件升降或摆动运动的液压系统中，每次运动下降或摆动时的势能没被广泛充分利用起来，尤其在步进加热炉液压传动中，是一种频繁升降运动的重载场合，采用本实用新型后，能够将物体下降势能回收全部利用。
为了达到上述目的，本实用新型的一个技术方案是提供了一种已生产的步进加热炉液压平衡节能改造装置，其特征在于，包括两个大容量焊接高压气缶，两个大容量焊接高压气缶分别经由各自的高压球阀组一与活塞蓄能器一及活塞蓄能器二相连，活塞蓄能器一及活塞蓄能器二各自与装在其上的安全阀组连接，两个安全阀组的回油口均与回油管线相连，两个安全阀组的高压油口分别与控制阀组一及控制阀组二相连，控制阀组一及控制阀组二再连接至带位置控制的液压缸的活塞腔口，先由活塞蓄能器一经控制阀组一向带位置控制的液压缸供液，推动升降台架上升，当升降台架上升到接触放在固定台架的钢坯时，控制阀组一关闭，同时控制阀组二打开，活塞蓄能器二经控制阀组二向带位置控制的液压缸供液，推动升降台架与钢坯同时上升；当升降台架下降时，由带位置控制的液压缸的压力和升降台架和钢坯的自重，把高压油重新压回活塞蓄能器一及活塞蓄能器二中（单升降台架的自重）。
优选地，与活塞蓄能器一相连的安全阀组的一个高压油口与控制阀组三连接，控制阀组三的高压腔口连接高压管线，高压管线通过高压球阀二与原液压系统的已建高压管线相连，控制阀组三的回油腔口连接回油管线，回油管线通过高压球阀三与原液压系统的已建回油管线相连；
与活塞蓄能器二相连的安全阀组的一个高压油口与控制阀组四连接，控制阀组四的高压腔口连接高压管线，控制阀组四的回油腔口连接回油管线。
优选地，所述活塞蓄能器一及活塞蓄能器二通过所述控制阀组一、控制阀组二分别向带位置控制的液压缸通不同压力的液压油，提升或下降升降台架、升降台架和钢坯；若控制阀组一及控制阀组二在设备升降时压力油输送中向活塞蓄能器一及活塞蓄能器二供排油中产生不同压力流量误差，通过活塞蓄能器一及活塞蓄能器二发出信号并自动启闭所述控制阀组三及所述控制阀组四，从所述高压管线和所述回油管线中向活塞蓄能器一及活塞蓄能器二供排液压油。
优选地，还包括高压小气瓶，在高压小气瓶的两端各设一个常闭高压球阀，各连接所述活塞蓄能器一及所述活塞蓄能器二。
优选地，所述带位置控制液压缸用标准液压缸改装，能提供连续活塞位置变化的信号，既是动力缸，又是控制缸，具有三重功能，所述带位置控制液压缸连接比例阀，比例阀连接原液压系统的已建控制管线、所述高压管线和所述回油管线，比例阀用三位三通比例阀，或用两台二位二通比例阀分别控制活塞杅腔的供排油速度；所述带位置控制液压缸或者使用数字液压缸。
优选地，所述大容量焊接高压气缶包括高压立式焊接气缶，高压立式焊接气缶立式装于公共底座上；所述活塞蓄能器一或所述活塞蓄能器二都采用带活塞位置控制的活塞蓄能器，高压立式焊接气缶与活塞蓄能器通过管线、阀门组和过滤装置相连接，其中，过滤装置又另有阀门与外界相连，便于污染物排出缶外。
优选地，所述活塞蓄能器一或所述活塞蓄能器二都采用带活塞位置控制的活塞蓄能器；所述大容量焊接高压气缶叠加斜置于底座上，两个高压斜装焊接气缶并架设在带斜撑支座上，同时带活塞位置控制的活塞蓄能器也安装在该带斜撑支座上，高压斜装焊接气缶与活塞蓄能器之间通过管线、阀门组和过滤装置相连接，其中过滤装置又另有阀门与外界相连，便于污染物排出缶外。
本实用新型的另一个技术方案是提供了一种已生产的步进加热炉液压平衡节能改造装置，其特征在于，包括两个大容量焊接高压气缶，两个大容量焊接高压气缶分别经由各自的高压球阀组一与活塞蓄能器一及活塞蓄能器二相连，活塞蓄能器一及活塞蓄能器二各自与装在其上的安全阀组连接，两个安全阀组的高压油口分别与各自的控制阀组五相连，两组控制阀组五再连接新装于原液压系统的三通阀，三通阀再接到原液压系统中的原液压缸上，上升时，由活塞蓄能器一提升升降台架，由活塞蓄能器二提升升降台架和钢坯上升；下降时，在带位置控制的液压缸的压力与升降台架和钢坯自重共同作用下，把高压油重新压回活塞蓄能器一及活塞蓄能器二中。
液压平衡系统是一项非常成熟而广泛使用的技术，对步进加热炉生产中其传动负载大、主要是升降载荷、载荷大部分时间反复恒定不变，这是采用液压平衡最理想也是最能发挥其优势的使用场合。本实用新型充分利用现有设备改造或与新设计并存，达到更节能目的，具体而言，本实用新型对已生产的步进加热炉液压传动设备改造提供两种设计方案：一个是利用步进加热炉原有双缸液压平衡节能改造装置；另一个是把动力液压缸和控制液压缸合二为一，它既推动升降台架和钢坯升降又控制其速度和位置，使设备更简单、更省、新旧系统切换更方便，采用设备更少些，压力损失也少。本实用新型提供的两种设计方案的节能控制方法是相同的，效果也是一样的。
采用本实用新型，在原液压系统控制方式不变、控制精度不受影响的前提下，将全部升降载荷自动全部平衡掉，大大降低了原先普通液压系统的主泵流量及主泵电机功率（只要用原来工作功率的20%左右）。新设计还可减小油箱体积、循环泵组流量及电机功率、冷却器及加热器的功率、冷却水的耗量等。而且一些管路系统和控制升降油缸的液压阀组通径也会大大减小，相应部件的投资成本也会相对降低。本实用新型仅对步进炉液压传动中与升降载荷平衡有关部分作出表示，其前后部分都从略。
以某钢铁厂生产棒材产品的步进加热炉液压系统为例作对比，原步进加热炉液压系统用5台75KW电机带动变量柱塞泵，4用1备，如用本专利生产系统只须一台泵运转，其它备用即可。采用本实用新型后，每年可节约电能80多万度，可增收节能等费用90多万元，今后还可能折合减少炭排放量的收入。
具体而言，本实用新型具有如下优点：
1）升降载荷全部平衡了，可节能增效减排。
2）原传动系统不动，仍可维持生产，本实用新型的液压平衡系统只要将接在原系统中压力和回油管线上二个球阀启闭，即能切换两系统分别运转，不用担心影响生产。
3）投资很少，一年左右即能回收。
4）改造简单，许多设备原件都是成熟的，都可予装，在生产大中修中即能完成改造。
5）设计、调试简化方便了，只要负载计算基本准确，动力缸和控制缸留一定余量，其它就是调气缶的压力了，可以调到最理想的状态。
6）只要步进机械能力能承受，加热品种多样，即适应更多载荷的变化。
附图说明
图1为一种结构形式的已生产的步进加热炉单缸液压平衡节能改造装置示意图；
图2为另一种结构形式的已生产的步进加热炉双缸液压平衡节能改造装置示意图；
图3为高压气缶立装与蓄能器组合装置的蓄能器站示意图；
图4为高压气缶斜装与蓄能器组合装置的蓄能器站示意图。
具体实施方式
本实用新型提供的步进加热炉液压平衡节能改造装置，可以将物件下降的势能，运用蓄能器达到全部节能之目的。
在介绍本实用新型的具体实施方式之前，先对步进加热炉液压传动系统加以说明。步进加热炉生产过程简述为：步进加热炉用于各种型、线、棒、和板材生产厂中，各种步进加热炉液压传动系统的设备组成大同小异，仅是负载大小不同，机械设备大小不同而已，但基本功能和控制都是一致的。都是将连铸后的方坯、扁坯或板坯，可以是冷或热坯，用辊道从步进加热炉侧面输送进炉内，由有或无液压传动推钢机定位，或板坯从步进加热炉端面由液压传动托钢机（取名可能不同，也可能液机联动或全由机械传动，由设计决定，液压平衡节能系统中预留相应油缸）输入炉内。当钢坯进入步进炉内后，根据轧钢工艺要求，步进机械就开始动作，步进机械一般设置升降台架和固定台架，钢坯进入炉内会放置在固定台架上，升降台架一般低于固定台架约100mm左右，动作时由油缸推举升降台架到轻接触固定台架上的钢坯后，再与钢坯一齐继续提升约100mm左右，然后再平移，由另一个平移液压缸推升降台架与钢坯一齐移动一定距离后，升降台架再与钢坯一齐下降，下行钢坯轻接触固定台架后，钢坯经前行一步后停在固定台架上不动，升降台架再继续下降，到达底位后，再退回到原位，完成了钢坯一个步进周期。这个周期式动作过程全由液压传动完成，钢坯在步进加热炉内边前进、边加热达到加工温度后，再逐根输出炉外，供轧钢机轧制成各种类型产品。
基于上述工作过程，步进加热炉的运行具有如下特点：它主要为升降负荷，该升降载荷又分两种：一种为升降台架自重及其运行阻力，它的升降动作是全程的，固定不变的；另一种是钢坯重量的负载，它在全升降周期过程中有半个过程起作用（在固定台架上方100毫米范围内升降），而且负载有时有变化的（轧制不同规格产品时，钢坯断面大小有时要改变，因而负载有时是变化的，因通过批量化组织生产，负载相对还是固定的，有时开停炉时，钢坯从单根逐步增加进入炉内或退出炉内，这虽是很少出现的，这也给解決平衡问题复杂化，这给液压平衡带来—定难度）。升降负荷在一个步进周期中约占总负荷的85％（因有台架前进与后退的平移运动中所占少量负载），其中升降负荷特大约有500-2000多吨（视生产各类不同规格产品，而用钢坯规格不同）。动作周期较短，大多不到1分钟动作一次，其升降动作约只占一个步进周期的1/6左右（根据坯长、坯重和生产量不同而不同）。一个周期内各负荷恒定不变，负荷恒定按一定周期不断地重复，动作频率很高。不论方坯或板坯等步进加热炉的液压系统的负荷特点都类似，都适合采用本实用新型提供的液压平衡节能装置，节能效果非常明显，既有经济效益，还可减排有社会效益。
由以上对步进加热炉液压传动系统的说明可知，步进加热炉的特点是升降台架是上、下全程运行的，而钢坯是半程运行的。在本实用新型提供的技术方案中，首先升降台架上升是由一组蓄能器系统供液，将蓄能器推力调到液压缸推力刚能（或微过载）推动到接触固定台架上的钢坯。此时该蓄能器组关闭，同时另一组蓄能器组系统开始供液，推动升降台架和钢坯同时上升，也将该蓄能器推力调到液压缸推力刚能（或微过载）推动升降台架和钢坯同时上升到要求的高度停止。此两处蓄能器组功能和阀件配置是完全相同的，仅是压力高低不同，下面介绍仅以升降台第一组设备连接和作用进行说明，另一组升降台架和钢坯的动作说明从略了。
实施例1
如图1所示，为一种已生产的步进加热炉单缸液压平衡节能改造装置，它是一个完整独立的液压平衡系统。它采用单个大容量焊接高压气缶1（大容量焊接高压气缶1的结构详情见图3），单个大容量焊接高压气缶1连接高压球阀组2，再连接活塞蓄能器一3-1，活塞蓄能器一3-1与装在其上的安全阀组连接，安全阀组一个回油口与回油管线T1相连。安全阀组高压油口与控制阀组一4-1相连，再连接到带位置控制的液压缸5活塞腔口，推动升降台架上升。当升降台架下降时，由带位置控制的液压缸5的压力和升降台架的自重，把高压油重新压回活塞蓄能器一3-1中。
同理当升降台架上升到接触放在固定台架的钢坯时，控制阀组一4-1关闭，同时控制阀组二4-2打开，另一与活塞蓄能器一3-1相同配置的活塞蓄能器二3-2，经另一台已开启的控制阀组二4-2，向带位置控制的液压缸5供液提升，推动升降台架与钢坯同时上升。下降时也在带位置控制液压缸5的压力与升降台架和钢坯自重共同作用下，把高压油重新压回活塞蓄能器二3-2中。
活塞蓄能器一3-1与安全阀组连接，安全阀组一个高压油口与控制阀组三6-1连接，它的高压腔口连接高压管线P1。高压管线P1通过高压球阀一2-1与原液压系统的已建高压管线P相连。控制阀组三6-1的回油腔口连接回油管线T1，回油管线T1通过高压球阀二2-2与原液压系统的已建回油管线T相连。它通过高压球阀一2-1及高压球阀二2-2启闭，可以快速切换两个系统的生产，因此各厂领导不需再等待观察某厂先投产无问题时再采用。
活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2经安全阀与控制阀组三6-1、控制阀组四6-2的A口相连，控制阀组三6-1、控制阀组四6-2的P口、T口与分别与压力管线P和回油管线T相连。活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2分别通过控制阀组一4-1、控制阀组二4-2向带位置控制的液压缸5通不同压力的液压油，提升或下降升降台架、升降台架和钢坯，但控制阀组一4-1及控制阀组二4-2在设备升降时压力油运行中，可能向活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2供排油中产生误差，该时可通过活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2发出信号并自动启闭控制阀组三6-1及控制阀四6-2（三位三通控制阀组），从压力系统中向活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2供排液压油，保证活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2内油量处于正常状态。
为了步进炉液压平衡系统安全可靠生产，适应特殊需要，如在生产开炉及停炉变化时，钢坯负载由零逐步增加到全载，或全载逐步減少为零时，利用小容量气瓶过渡，或可能有泄漏时，也需要及时补气。特配高压小气瓶1-1，在高压小气瓶1-1的两端各设一个常闭高压球阀，各连接活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2。高压小气瓶1-1可以用100升容量，压力为31.5Mpa，以便及时向两蓄能器快速补气。如以后系统运转正常时，也可作为气缶的一部分，这更能缩小压差比，或在新设计中去除该结构。
本实用新型采用带位置控制的液压缸5连接比例阀7，可用标准液压缸将两油腔面积改变适应压下操作即可，它能提供连续活塞位置信号，既是动力缸，又是控制缸，具有三重功能。控制用的比例阀7可用三位三通比例阀，或用两台二位二通比例阀分别控制，还可使用最近开发的数字液压缸，它有许多优良性能和优点，管路简化了，油的精度要求降低了，控制精度提高后钢坯轻抬轻放更有利于延长步进加热炉使用寿命等，这是将来发展的趋势。带位置控制的液压缸5必须在步进加热炉中心线适当位置加建基础和与横梁相连。动力缸放在步进加热炉中心线上有许多优点，避免了机械和液压双同步的干扰，也简化了复杂的液压同步装置和增加压力损失。目前坯料都由连铸坯供给，定尺长度准确固定，因此偏载不大，靠简单的机械同步完全满足生产要求。
本实用新型自成一个独立系统，有压力油管P1及回油管系统T2，可不没控制油管L1，它直接接在原液压系统的已建控制管线L上。
活塞蓄能器一3-1、活塞蓄能器二3-2及两个大容量焊接高压气缶1可以采用如图3所示的组成结构。两个大容量焊接高压气缶1与活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2，都采用带活塞位置控制的活塞蓄能器，它们之间用管线、阀门组和过滤装置13连接，（这也是图1、图2中所标的高压球阀组2），组合形成蓄能器站。立装高压焊接气缶1及活塞蓄能器3立于公共底座12上，该处过滤装置13另设有高压阀门启闭控制污染物排出口。
活塞蓄能器一3-1、活塞蓄能器二3-2及两个大容量焊接高压气缶1也可以采用如图4所示的结构，它包括两个同容量小管径的斜装高压焊接气缶1与带活塞位置控制的蓄能器3组合为蓄能器站，大容量焊接高压气缶1采用叠立斜置于底座14上，两个斜装高压焊接气缶1-2并架设在带斜撑支座15上。同时带活塞位置控制的活塞蓄能器3也安装在该带斜撑支座15上，斜装高压焊接气缶1-2与活塞蓄能器3之间通过管线、阀门组和过滤装置13相连接。它由两个斜装高压焊接气缶1装在底座14上，另一端置于斜撑支座15上，其中该处过滤装置13另有阀门控制污染物排出口。
图3及图4的蓄能器站，功能和容量相同，仅是缶经粗细长短、费用的差别，由设计和用户选择，都是用于高度受限制的地方，都控制在高度在4米以内，如高度有一定限制可用图4高压焊接气缶斜置一定夹角，如高度不受限制如6.5米，则可用如图3所示的全立式方案，这样气缶内径可选用小点，投资也略省点，当然还可用目前广泛使用的多个旋压制成的小气瓶，缺点连接复杂，易漏气，建议用图3结抅。
实施例2
如图2所示，为另一种已生产的步进加热炉双缸液压平衡节能改造装置，它包括它利用原有系统的两个液压缸，不过把原活塞缸改作柱塞缸用，将原接在有活塞杆的进油管卸下，并用阀门堵死，以便恢复原系统时再装上。原进油口装空气滤清器，或接高位油箱，以保持缸腔内始终有油，延长密封件寿命。它通过三通阀与原液压缸相连，使两系统可随时通断转换，其它所有设备、连接方式，和功能都与图1的方案一样。它虽是设立一个小流量的液压控制缸，控制原系统两液压缸的位置和速度，但两系切换时要麻烦得多，实施例1就不用原系统两动力缸，另设一个兼提供动力、活塞位置信号和方向速度控制大液压缸，两系统切换就方便简单得多了。
本实施例公开的系统包括两个大容量焊接高压气缶1，两个大容量焊接高压气缶1分别经由各自的高压球阀组一2与活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2相连，活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2各自与装在其上的安全阀组连接，两个安全阀组的高压油口分别与各自的控制阀组五4相连，两组控制阀组五4再连接原液压系统的新装的三通阀8，三通阀8再接到原液压系统中的原液压缸9上，上升时，由活塞蓄能器一3-1提升升降台架，由活塞蓄能器二3-2提升升降台架和钢坯上升；下降时，在带位置控制的液压缸10的压力与升降台架和钢坯自重共同作用下，把高压油重新压回活塞蓄能器一3-1及活塞蓄能器二3-2中。
本实用新型除采用传统的比例阀控制系统，还推荐采用数字液压缸控制装置，使系统更简化可靠，更实现轻抬轻放，延长步进加热炉使用寿命。本实用新型可以采用欠平衡，也可以采用过平衡，但设计时要选好，对后步控制系统和液压缸等结抅有关。本实用新型建议采用过平衡方案，即让平衡负载略使微力即能动作为好，有利于控制操作，也更节能。对采用过平衡控制来说可采用柱塞液压缸，结构简单，造价便宜，但安装接管复杂。本实用新型建议采用兼有动力、位置和速度三合一的活塞液压缸，放置于步进加热炉前行方向的中心线上，另打基础和升降台架相联。