撼神（Haenchen）液壓缸在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用

1 前言
要求一個(gè)液壓缸在這樣的使用工況下，能幾乎不出現(xiàn)可怕的故障：裝入約1400度鋼液、重至13噸的結(jié)晶器，能精確地以高至7Hz頻率66m幅度，按可控的運(yùn)動(dòng)規(guī)律振動(dòng)。撼神(Haenchen)液壓滿足了這個(gè)要求。在異乎尋常的工作日，SMS Demag公司的度諧振結(jié)晶器的極端試驗(yàn)，就像恐怖電影腳本那樣在眼前進(jìn)行：這種振蕩式驅(qū)動(dòng)中最重要的器件是液壓缸，它以其精確性和可靠性，決定了產(chǎn)品的質(zhì)量和裝置的安全可靠。因?yàn)橹挥杏靡簤簜鲃?dòng)才能對(duì)結(jié)晶的運(yùn)動(dòng)過程加予精確的控制。此外，直接的安裝，可實(shí)現(xiàn)特別的剛性傳動(dòng)。據(jù)此特性，現(xiàn)今就用液壓系統(tǒng)替代先前的帶偏心輪的電傳動(dòng)，當(dāng)時(shí)結(jié)晶器只可能按預(yù)先給定的行程值以正弦曲線形式運(yùn)動(dòng).

2 承受橫向力的難關(guān)
受委托德國(guó)多特蒙德的Eugen Boss公司，進(jìn)行了液壓系統(tǒng)的集成。Bosch工業(yè)代理商(Bosch公司)開發(fā)了全部的驅(qū)動(dòng)裝置：各種控制閥，控制組合塊和工作缸，即整個(gè)液壓控制回路所需要的器件，在精確性和質(zhì)量上達(dá)到上述先決條件，并滿足三班倒運(yùn)行的要求。·個(gè)特殊的任務(wù)是尋找液壓缸，能同時(shí)承受橫向力是對(duì)液壓缸技術(shù)上的挑戰(zhàn)。此外，還應(yīng)達(dá)到合理的功率價(jià)格比。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的找尋與比較，帶浮動(dòng)環(huán)形間隙密封的撼神(Haenchen)液壓缸，被選定為諧振結(jié)晶器的驅(qū)動(dòng)缸。

3 帶浮動(dòng)環(huán)形間隙密封的PZR液壓缸
“原本我們考慮采用以靜壓軸承支撐活塞桿的液壓缸”，Bosch公司液壓部責(zé)任工程師UlrichPrzybyla這樣說。采用環(huán)形間隙密封的決定性論據(jù)，是其能對(duì)側(cè)向力進(jìn)行補(bǔ)償。撼神(Haenchen)的產(chǎn)品允許承受側(cè)向力。此外，與采用活塞桿用靜壓支承的液壓缸相比，它具有明顯的價(jià)廉物美的優(yōu)勢(shì)。

4諧振結(jié)晶器
為減小側(cè)向力，結(jié)晶器與液壓缸用彎曲桿幾乎是剛性連接在一起，在這種情況下，由于液壓缸是安裝在一個(gè)固定框架里，所以，諧振結(jié)晶器中側(cè)向力是不能完全排除的。由于熱膨脹和加工公差，產(chǎn)生了半徑方向的偏差，從而在液壓缸中產(chǎn)生側(cè)向力。水冷卻呂是由板簧承載的，結(jié)晶器這個(gè)彈簧一質(zhì)量一系統(tǒng)，則通過液壓傳動(dòng)在其固有頻率區(qū)起振，這就使其驅(qū)動(dòng)功率降低。這個(gè)支架的特殊優(yōu)點(diǎn)在于：按這個(gè)設(shè)計(jì)原理，可以省去通常的升降臺(tái)，對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的升降臺(tái)，將使驅(qū)動(dòng)功率降低到原值的1／3。

通過諧振和降低質(zhì)量，與傳統(tǒng)的升降臺(tái)相比，即使也降低到1／3，還可使所需的驅(qū)動(dòng)功率降低。在電網(wǎng)失電結(jié)晶器產(chǎn)生瞬變振蕩時(shí)，即在結(jié)晶器停車狀態(tài)，也可以避免鋼水的擊穿流出。這樣一種擊穿流出在連鑄中屬最壞的情況，因?yàn)樵谶@個(gè)工序結(jié)晶器面上僅僅是一層很蒲的硬皮，而其內(nèi)部是充滿鋼液，從外表層的裂縫中噴流出鋼液是無法控制的，這可能釀成重大的經(jīng)濟(jì)損失。
不僅是這一典型的事故情況表明由鋼水‘澆鑄’成板坯和棒坯時(shí)，精確控制結(jié)晶器運(yùn)動(dòng)的重要性；為了達(dá)到高的表面質(zhì)量，應(yīng)該在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間間隔中在結(jié)晶器冷壁面與薄的鋼錠表層之間存在明顯的速度差。通過結(jié)晶器相對(duì)于連鑄坯的運(yùn)動(dòng)，保護(hù)渣將進(jìn)入結(jié)晶器與凝固的連鑄坯薄外殼之間的間隙中。保護(hù)渣溶化，明顯地降低了連鑄坯與結(jié)晶器之間的摩擦。在結(jié)晶器靜止?fàn)顟B(tài)，剛剛凝固的連鑄外殼和結(jié)晶器壁面之間的摩擦力，大到可將薄的連鑄坯外殼撕裂，鋼滾可以從坯心流出。這個(gè)過程人們稱之為擊穿流出。由于保護(hù)渣多數(shù)是含氯的，因而液壓缸周圍的大氣就是含有弱酸的、潮濕的熱空氣。

為了改善連鑄坯的表面質(zhì)量，結(jié)晶器應(yīng)這樣進(jìn)行控制，即先是快速向下，然后是慢速向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這樣就是鋸齒形移位的正弦曲線，即非正弦的振動(dòng)。結(jié)晶器相對(duì)于連鑄坯向上方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，在連鑄專業(yè)術(shù)語(yǔ)上稱為“負(fù)脫錠時(shí)間”。在上述和非正弦運(yùn)動(dòng)情況下，此時(shí)間較長(zhǎng)，鋼錠表面質(zhì)量可以獲得明顯的改善。

像帶偏心的電傳動(dòng)那樣所能實(shí)現(xiàn)的正弦振動(dòng)，是不能滿足這個(gè)要求的。因而以前優(yōu)化的特征，就是與接近鋸齒形振動(dòng)相適應(yīng)。此外，與偏心傳動(dòng)相比，液壓驅(qū)動(dòng)還有一個(gè)重要和優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)時(shí)行程的大小可任意改變，以便與驅(qū)動(dòng)條件相適應(yīng)。

5 功率的確定

驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)依賴于考慮了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在所給定的外部負(fù)載，如結(jié)晶器的重量、彈簧力和摩控力條件下的固有動(dòng)力特性的模擬程序。近似的穩(wěn)態(tài)液壓缸設(shè)計(jì)，是根據(jù)受力平衡得出液壓缸的尺寸。根據(jù)運(yùn)動(dòng)條件，可確定各種控制閥的型式與規(guī)格。經(jīng)過計(jì)算機(jī)的模擬，可將所選用的元件在極端的使用條件下進(jìn)行檢驗(yàn)，并與所給定的情況相配。
在所選擇的使用情況，即大約2．5t的振動(dòng)結(jié)晶器質(zhì)量懸掛在彈簧剛度為4．4kN／mm 的板簧組合上，在速度為2．5m／min時(shí)，與行程為55m 相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生例如4Hz的振動(dòng)。如果降低行程，也可以得到較高的頻率，此時(shí)，功率保持不變。

6 液壓控制要求的結(jié)構(gòu)

在這種情況下，Boss構(gòu)思了液壓控制的優(yōu)化方案：Bosch公司的伺服比例閥(高頻響比例閥)，中位零開口，6通徑撼神(Haenchen)公司的PzR液壓缸和一個(gè)專門開發(fā)的控制塊；集成于液壓缸的位移傳感器，以及閉環(huán)系統(tǒng)的處理器與控制塊相連。