摘要：莱钢型钢厂将金属打包机由丝杠传动机构改为液压控制机构，选用Y160M-4型电机，主要控制元件为CY型轴向柱塞泵25MCY14-1B，主要执行元件选择主缸Y-HG-E φ320/φ200×400。改造后，打包机结构紧凑、响应速度快、无振动、噪声低、维修方便，打包效率提高了14.29%，年创经济效益37.8万元。
关键词：金属打包机；液压传动；柱塞泵；电机
1 前言
金属打包机主要用于将铁屑、铝屑、铜屑、线材以及轻薄金属板材等余废料挤压成块打包，为钢厂提供回炉熔炼的合格炉料。莱钢型钢厂金属打包机为丝杠传动，占地面积大，耗电量高，动作不平稳。故对打包机进行改造，将丝杠传动改为液压传动。
2 液压传动机构
主机采用卧式多缸连动结构。机身由左右侧架、前架、底架、盖板、支撑架等组成。基本参数：主缸公称压力1 250 kN，行程400 mm；侧缸公称压力900 kN，行程800 mm；盖缸公称压力220 kN，行程880 mm；翻包缸公称压力200 kN，行程380 mm；系统工作压力20 MPa。在机身的压缩室内装有衬板，以便于磨损后的修整和更换。
1）柱塞泵选择。由于该系统主机动作需要的高压、大流量在工作循环中不断变化，因此，动力源根据泵的结构特点及性能，选择柱塞泵25MCY14-1B。柱塞泵具有变量机构惯性小、工作压力高、结构简单、体积小、重量轻、成本较低的特点，可实现无级变量，系统工作噪声低、效率较高。工作压力为25 MPa，公称流量40 L/min，额定压力25 MPa，最大工作压力32 MPa，转速1 500 r/min。
2）电机选择。压块时主压头的工作载荷分为初压和终压两个阶段。初压阶段负载压力缓慢地线性增加，达到最大压紧力10%左右，其行程为s1=300 mm；终压阶段负载力急剧上升至最大压紧力25 MPa，其上升的规律也近似于线性，其行程为s2=100 mm。终压阶段由于压力和流量都在变化，情况比较复杂，压力在最后100 mm行程内由p1增加到p2，根据文献［1］选择Y160M-4型电机，功率11 kW，转速1 460 r/min。
3）液压缸选择。①缸筒内径计算：主缸以无杆腔承受高压，初步确定缸筒内径D。根据公式［2］计算得D=318 mm，圆整后取D为320 mm。对于双作用单边活塞杆缸，其活塞杆直径可根据往复运动速度比，按公式计算确定［2］，计算得d=184 mm，圆整后取活塞杆直径d=200 mm。②缸筒厚度计算：根据公式［2］，计算得壁厚δ0≥20 mm，由主缸内径为320 mm取外径为368 mm，即壁厚δ0=24 mm。③缸底厚度计算：缸筒底部为平面且有油孔，据公式［2］计算得缸底厚度49 mm，圆整取50 mm。④缸头厚度：缸头采用整体法兰结构，据公式［2］计算得δ≥20 mm，法兰与缸体联接采用内六方螺栓，取δ=24 mm。⑤联接螺栓的计算：由于联接螺栓的计算与活塞活塞杆的计算方法基本相同，取螺栓数Z=10，选用M16螺栓。
以上所选参数，经强度校核［1］，均符合生产要求。确定执行元件主缸型号为Y-HG-Eφ320/φ200× 400。其他缸的计算同主缸，选用的型号分别为侧缸Y-HG-Eφ300/φ200×800、盖缸Y-HG-Eφ180/φ 110×880、翻包缸Y-HG-Eφ120/φ60×380。
4）液压控制元件选择。打包机的压块动作循环过程为：加料→合盖→侧缸压头前移压实→主缸压头前移压实→侧缸退回→主缸向后退回→启盖→翻块出料→翻块机构复位。压块过程中应保持稳定状态，不允许受干扰，同时要求各个缸只能单独动作，不能同时动作，所以采用串联油路。主缸、侧缸、盖缸都能在任意位置停止运动，保证系统安全可靠，选用三位换向阀。动作时要求盖缸动作和翻块动作能互锁，选用M型和O型中位机能换向阀，翻块动作采用O型中位机能。翻块动作负荷较小，为了减少功率损失、便于卸荷，在翻块系统中加入减压阀。液压系统如图1所示。
最终选择的主要液压控制元件为CY型轴向柱塞泵（25MCY14-1B），三位四通手动滑阀（34SM-L20H-T、34SO-L10H-T），减压阀（JFL20C），溢流阀（YF-L10H2），压力表（Y-100），过滤器（ZU-A100×20S）。
图1 金属打包机液压系统
6）液压系统的主要特点。控制盖缸、侧缸、主缸的3个三位换向阀都采用M型中位机能，控制翻块缸的三位换向阀采用O型中位机能，具有盖缸动作和翻缸动作互锁、卸荷方便、功率损失少的优点。盖缸、侧缸、主缸采用串联控制油路的形式，具有各缸互不干扰、不会同时动作的优点，而且主缸、侧缸、盖缸能在任意位置停止运动，确保系统安全可靠。选用定量柱塞泵供油，具有结构简单、系统压力高、流量大、无级变量、成本较低、噪声小等优点，可以满足工作循环中压力、流量不断变化的要求。
3 应用效果
液压传动机构结构紧凑，动作平稳，比丝杠传动降低了能耗，降低了维修成本和操作人员劳动强度，打包效率提高了14.29%，年创经济效益37.8万元。
