摘 要：文章以铝板热轧机组中的重型液压剪为例，通过对其剪切过程、液压系统原理以及蓄能器的选择、计算及注意事项的介绍，阐述了蓄能器在重型液压剪液压系统中的应用。
关键词：液压系统；重型液压剪；蓄能器
重型液压剪(以下简称为“重剪”)是铝带热轧机上的重要设备，其作用是在铝带轧制过程中，根据轧制需要，在板坯轧制到一定厚度时，切去带材不规则的头部和尾部，便于顺利进行下一道次轧制。其特点是剪切力大，剪切速度快，因此重剪液压系统要求高压力大流量。我公司为某企业设计的铝带热轧机高压液压系统包括压上、弯辊、重剪及轻剪，泵站流量设计若以系统所需的最大流量乘以回路泄露系数为参考点，会使液压泵的额定排量及电机功率过大，造成不必要的能源浪费。由于此系统中只有重剪在剪切过程中需要很大的流量，且重剪是根据带坯头尾情况进行头尾的剪切，并非连续工作，所以在设计的时候采用泵站加蓄能器站的组合供油形式，充分利用蓄能器站的有效容积，减小液压泵的额定排量，既满足了剪切要求，又节约了能源。
1 重剪的剪切过程及液压系统原理
该重剪为浮动式液压剪(图1)，其结构主要有上刀架、下刀架、剪刃、下横梁、张力柱、滑套、同步机构、支座、板带压紧装置、液压缸等组成。上、下剪刃分别安装于上、下刀架上；下刀架和下横梁由液压缸连接；通过张力柱、锁紧螺母等将上刀架和下横梁连接一体，构成封闭的框架结构，张力柱可在滑套中上下滑动。重剪液压系统原理如2所示。
1-上刀架；2-上剪刃；3-压板装置；4-张力柱；5-上缓冲装置；6-下剪刃；7-支座；8-下刀架；9-下缓冲装置；10-下横梁；11-液压缸
图1 重剪结构图
Fig.1 Structure of heavy shear
图2 重剪液压系统原理图
Fig.2 Schematic diagram of heavy shear hydraulic system
剪切过程的重剪共有4个动作。液压缸活塞杆缩回，整个液压剪的重量由下缓冲装置(9)支撑；剪切时，电磁换向阀YV1a及YV2a 带电，无杆腔进油，有杆腔回油，活塞杆伸出，下横梁—上刀架随液压缸缸体向下滑动，遇到上缓冲装置(5)停止，上剪刃位置固定于此；无杆腔继续进油，上剪刃停止动作，活塞杆推动下刀架向上滑动，直至活塞杆全部伸出，完成剪切；剪切结束后，电磁换向阀YV1b及YV2b 带电，有杆腔进油，无杆腔回油，上刀架随液压缸缸体向上滑动，直至液压缸的活塞杆全部缩回，至此，完成一次剪切过程。在剪切过程中，由于剪切油缸(Φ320/Φ220mm×365mm，2个)工作时液压油流量需求大，系统压力容易波动，所以要实现及时补充液压油、稳定系统压力，为此重剪阀台旁边设置了蓄能器站。经过充压调试和生产观察，此蓄能器站很好的完成了给系统补充液压油和稳定系统压力的作用。
2 重剪液压系统中蓄能器的选择
蓄能器功用复杂、类型多样，不同功用要求的蓄能器对应于不同的液压系统，选择正确的蓄能器以适用于不同的工况要求，以使蓄能器充分发挥功效，从而达到改善系统性能的目的。蓄能器的类型及性能见表1。
蓄能器在本系统中主要用作辅助动力源，要求蓄能器快速、反应灵敏、容量大，由表1可见，气囊式蓄能器既反应灵敏又能满足容量的要求，所以本系统选用气囊式蓄能器。
表1 蓄能器的类型与性能比较
Tab.1 Comparison of types and performance of accumulator devices
3 重剪液压系统中蓄能器的计算
气囊式蓄能器为一种能量储存和释放装置，在使用前必须先充气，此时气体腔的压力为P0，体积为V0 。装入系统并开始工作后，其工作过程可以分为充液和排液两个阶段，充液后，气体腔中的压力为P2，体积为V2 ；排液后，气体腔中的压力为P1，体积为V1。
蓄能器作为能源使用，其容量计算可分为以下两种情况。a)作为能源使用，排出油的速度较慢时，蓄能器用来保持系统压力和补偿泄漏等情况，蓄能器内气体的变化状态，可按等温变化考虑， 即，P0×V0=P1×V1=P2×V2=const；b)作为能源使用，排出油的速度很快时，蓄能器内气体的变化状态可按绝热变化考虑，即
本重剪要求的最大剪切力F=3000kN，剪切速度V=70mm/s，剪切液压缸的参数为Φ320mm ×220mm ×365mm(2个)，泵站流量Q=414L/min，泵站压力P=22MPa (蓄能器计算时P2=P)。
(1)重剪最低工作压力P1的确定
油缸塞腔总面积，A=πd2×2÷4=3.14×320×320÷4=160768mm2=16dm2；
重剪最低工作压力，P1=F÷A=3000kN/16dm2=19MPa；
(2)蓄能器充气压力P0的确定
蓄能器充气压力P0应在系统最低工作压力P1和系统最高工作压力P2的25%之间选取，即，P0=0.25P2～P1。本系统取P0=P1=19MPa;
(3)蓄能器有效排油量△V的确定
重剪油缸按v=70mm/s所需流量(两缸同时动作)，Qx=A×v=160768×70=11253760mm3/s=675L/min；
需从蓄能器补充的流量为，QA=Qx-Q=675-414=261L/min；
全行程需要的时间，t=s÷v=365÷70=5.2s；
蓄能器有效排油量:△V=QA×t=261×5.2÷60=22.6L;
(4)蓄能器总容积V0的确定
蓄能器的氮气可以看成是理想气体，而快速膨胀和压缩过程可以看成是绝热的状态变化，蓄能器理想总容积为：
(5)蓄能器个数的确定
本系统选择奉化朝日的气囊式蓄能器，型号为NXQA-40/31.5-L-Y。蓄能器最少个数为n=226÷40≈5.65个，本蓄能器站取n=6，6个蓄能器并联设计成蓄能器站，就近放置在重剪设备旁边，给重剪补充油液，蓄能器站原理见图3。
图3 蓄能器站原理图
Fig.3 Schematic of accumulator station
4 使用蓄能器的注意事项
1)气囊式蓄能器只能充氮气，绝不能充氧气，以免引起爆炸；
2)蓄能器应安装在便于检查和维修的位置，远离热源；
3)气囊式蓄能器应使油口向下垂直安装，并用支持板或支持架固定好，以免发生飞起事故；
4)蓄能器属于压力容器，不允许在气囊式蓄能器上进行任何焊接、铆焊或机械加工，也不允许敲打；
5) 充油状态下的气囊式蓄能器不能拆卸，否则会引发设备或人身事故；
6)要定期检查(一般是每隔六个月检查一次)蓄能器的充气压力(用充气工具检查)，发现充气压力降低，必须及时补充氮气，以保证蓄能器能供给系统足够的压力油；
7)要定期检查蓄能器表面处理层和其内部的锈蚀情况，如发现问题应及时更换。
5 结束语
蓄能器在重剪液压系统中起到了部分动力源的作用，从而可选择排量较小的液压泵与其匹配使用，节约能源。
