撼神（Haenchen）液壓缸在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用

1 前言
要求一個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，按可控的運動規(guī)律振動。撼神(Haenchen)液壓滿足了這個要求。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，就像恐怖電影腳本那樣在眼前進行：這種振蕩式驅(qū)動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。因為只有用液壓傳動才能對結(jié)晶的運動過程加予精確的控制。此外，直接的安裝，可實現(xiàn)特別的剛性傳動。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，當時結(jié)晶器只可能按預(yù)先給定的行程值以正弦曲線形式運動.

2 承受橫向力的難關(guān)
受委托德國多特蒙德的Eugen Boss公司，進行了液壓系統(tǒng)的集成。Bosch工業(yè)代理商(Bosch公司)開發(fā)了全部的驅(qū)動裝置：各種控制閥，控制組合塊和工作缸，即整個液壓控制回路所需要的器件，在精確性和質(zhì)量上達到上述先決條件，并滿足三班倒運行的要求。·個特殊的任務(wù)是尋找液壓缸，能同時承受橫向力是對液壓缸技術(shù)上的挑戰(zhàn)。此外，還應(yīng)達到合理的功率價格比。經(jīng)過長時間的找尋與比較，帶浮動環(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)動缸。

3 帶浮動環(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)，是其能對側(cè)向力進行補償。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，它具有明顯的價廉物美的優(yōu)勢。

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)晶器這個彈簧一質(zhì)量一系統(tǒng)，則通過液壓傳動在其固有頻率區(qū)起振，這就使其驅(qū)動功率降低。這個支架的特殊優(yōu)點在于：按這個設(shè)計原理，可以省去通常的升降臺，對于具有運動質(zhì)量的升降臺，將使驅(qū)動功率降低到原值的1／3。

通過諧振和降低質(zhì)量，與傳統(tǒng)的升降臺相比，即使也降低到1／3，還可使所需的驅(qū)動功率降低。在電網(wǎng)失電結(jié)晶器產(chǎn)生瞬變振蕩時，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，因為在這個工序結(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，精確控制結(jié)晶器運動的重要性；為了達到高的表面質(zhì)量，應(yīng)該在盡可能長的時間間隔中在結(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)晶器相對于連鑄坯的運動，保護渣將進入結(jié)晶器與凝固的連鑄坯薄外殼之間的間隙中。保護渣溶化，明顯地降低了連鑄坯與結(jié)晶器之間的摩擦。在結(jié)晶器靜止狀態(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。這個過程人們稱之為擊穿流出。由于保護渣多數(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)這樣進行控制，即先是快速向下，然后是慢速向上的運動規(guī)律。這樣就是鋸齒形移位的正弦曲線，即非正弦的振動。結(jié)晶器相對于連鑄坯向上方向運動的時間，在連鑄專業(yè)術(shù)語上稱為“負脫錠時間”。在上述和非正弦運動情況下，此時間較長，鋼錠表面質(zhì)量可以獲得明顯的改善。

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

5 功率的確定

驅(qū)動的設(shè)計依賴于考慮了驅(qū)動系統(tǒng)在所給定的外部負載，如結(jié)晶器的重量、彈簧力和摩控力條件下的固有動力特性的模擬程序。近似的穩(wěn)態(tài)液壓缸設(shè)計，是根據(jù)受力平衡得出液壓缸的尺寸。根據(jù)運動條件，可確定各種控制閥的型式與規(guī)格。經(jīng)過計算機的模擬，可將所選用的元件在極端的使用條件下進行檢驗，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，與行程為55m 相關(guān)聯(lián)，產(chǎn)生例如4Hz的振動。如果降低行程，也可以得到較高的頻率，此時，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。