液壓定心機(jī)三級(jí)調(diào)壓回路的應(yīng)用及故障處理

張帆，莫士廣

(1.天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300400;2.天津鋼管集團(tuán)有限公司，天津300301)

隨著生產(chǎn)自動(dòng)化程度和控制精度的提高，機(jī)電液一體化技術(shù)滲透到了各行各業(yè)。許多鋼鐵企業(yè)的一些自動(dòng)化生產(chǎn)線中，都大量用到了機(jī)電液聯(lián)合控制技術(shù)。在大無縫的MPM 軋管機(jī)組，其定心機(jī)的工作過程就是采用機(jī)電液相結(jié)合，該控制方式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，具有操作方便、動(dòng)作可靠、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但由于電液控制系統(tǒng)的故障比較復(fù)雜，不易排除，從而給日常生產(chǎn)維護(hù)帶來了一定難度。作者針對(duì)定心機(jī)在工作過程中電液控制系統(tǒng)的典型故障進(jìn)行分析及處理。

1 熱定心工藝簡介

無縫鋼管熱軋生產(chǎn)線上的管坯定心機(jī)，布置在環(huán)形加熱爐至穿孔機(jī)之間。其作用是在管坯出爐后進(jìn)穿孔機(jī)之前，在管坯的端部沖一個(gè)孔，即定心。管坯定心使頂頭能從管坯端面中心部位穿入，改善穿孔的咬入條件，減小毛管前端的壁厚不均，提高荒管壁厚的均勻性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

該定心機(jī)為立式自對(duì)中定心機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，由機(jī)架、夾緊裝置、自對(duì)中裝置、沖頭及驅(qū)動(dòng)液壓缸組成。

其主要控制過程為:由熱檢測信號(hào)控制將加熱后的管坯撥到定心機(jī)→位置信號(hào)檢測管坯到位后，夾緊缸帶動(dòng)夾模夾緊管坯→壓力信號(hào)檢測管坯夾緊后(包括增壓完成)，控制定心沖頭對(duì)管坯前端面沖孔定心→定心沖頭由延時(shí)控制返回→位置信號(hào)檢測定心缸返回到位后，夾緊缸抬起→位置信號(hào)檢測夾緊缸到位后，控制撥叉將定心后的管坯撥出定心機(jī)送往穿孔機(jī)。

2 夾模液壓控制原理

圖2為夾模液壓控制原理圖，夾緊缸的供油由低壓和高壓兩套供油系統(tǒng)完成，其夾緊與返回動(dòng)作由SNH1700型的螺桿泵(q=1 350 L/min)供給低壓大流量液壓油。為了達(dá)到3 MN的夾緊力，保證定心時(shí)管坯被夾緊，該夾緊缸夾緊后再由增壓缸增壓，增壓缸的供油由高壓供油系統(tǒng)完成。此外系統(tǒng)中所有控制油也來自于高壓供油系統(tǒng)。

(1)夾緊缸的低壓供油回路

夾緊缸工作前，電磁閥1YA失電，插裝閥1打開，低壓大流量液壓油經(jīng)插裝閥1直接回油，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。

①夾緊缸夾緊動(dòng)作(快速下降、慢速夾緊)

快速下降。電磁閥1YA、2YA、3YA得電，插裝閥1關(guān)閉，插裝閥2、3 同時(shí)打開，低壓大流量液壓油經(jīng)插裝閥2進(jìn)入夾緊缸無桿腔，夾緊缸有桿腔回油經(jīng)插裝閥3 回到主供油回路，再經(jīng)插裝閥2進(jìn)入到夾緊缸無桿腔，形成差動(dòng)連接回路，實(shí)現(xiàn)快速下降。

慢速夾緊。當(dāng)夾緊缸下降即將到位時(shí)，由PLC延時(shí)控制電磁閥3 YA失電、6YA得電，插裝閥3關(guān)閉，液控單向閥打開，切斷差動(dòng)連接，夾緊缸有桿腔油液經(jīng)液控單向閥回油箱，實(shí)現(xiàn)慢速夾緊，避免速度過快而將管坯砸癟。

②夾緊缸返回動(dòng)作

圖2 夾模液壓控制回路

電磁閥1YA得電、2YA失電、3YA得電、4YA得電，插裝閥2關(guān)閉，插裝閥3、4打開，低壓大流量液壓油經(jīng)插裝閥3 進(jìn)入夾緊缸有桿腔，夾緊缸無桿腔油液經(jīng)插裝閥4 回油箱。當(dāng)5YA得電，插裝閥4、5 同時(shí)打開，夾緊缸無桿腔油液經(jīng)插裝閥4、5 同時(shí)回油箱，速度加快。

(2)夾緊缸的高壓增壓回路

當(dāng)夾模夾住管坯后，低壓系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，由高壓系統(tǒng)繼續(xù)供油增壓。首先選定三級(jí)調(diào)壓的任一擋壓力，高壓油經(jīng)過三級(jí)調(diào)壓后，電磁閥6YA得電，插裝閥7關(guān)閉，插裝閥8打開，高壓油經(jīng)插裝閥8 進(jìn)入增壓缸大腔，增壓缸活塞桿伸出，增壓缸小腔油液增壓后經(jīng)插裝閥10 進(jìn)入夾緊缸無桿腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)夾模的增壓(其增壓比k=D2/d2=2502/1802=1.93)。增壓完畢由壓力信號(hào)檢測，控制定心機(jī)沖頭動(dòng)作。

增壓缸的返回。電磁閥8YA得電、6YA失電、插裝閥8、10關(guān)閉，插裝閥9、7打開，高壓油經(jīng)插裝閥9 進(jìn)入增壓缸小腔，大腔回油經(jīng)由插裝閥7 回到油箱。

(3)手動(dòng)加壓回路

當(dāng)增壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題、不能對(duì)夾緊缸增壓時(shí)，可由人為干預(yù)進(jìn)行強(qiáng)制加壓。按住電磁閥11 按鈕，插裝閥11打開，經(jīng)三級(jí)調(diào)壓后的高壓油可超越增壓缸回路直接給夾緊缸加以高壓，此時(shí)供給夾緊缸的高壓油為三級(jí)調(diào)壓后的實(shí)際壓力，并未經(jīng)過增壓缸增壓。電磁閥11 不能自鎖，當(dāng)人為干預(yù)撤銷后，手動(dòng)加壓即告結(jié)束。

3 三級(jí)調(diào)壓回路控制原理

(1)液壓控制原理

圖3為三級(jí)調(diào)壓液壓控制回路，此回路中三位四通換向閥的3個(gè)位分別對(duì)應(yīng)于3個(gè)直動(dòng)型溢流閥(DBDS6K1X型力士樂生產(chǎn))，當(dāng)電磁換向閥的電磁鐵a失電、b失電時(shí)，溢流閥1起作用，為高擋壓力;當(dāng)電磁鐵a得電、b失電時(shí)，溢流閥2起作用，為低擋壓力;當(dāng)電磁鐵a失電、b得電時(shí)，溢流閥3起作用，為中擋壓力。但調(diào)整時(shí)要注意溢流閥1的壓力必須高于溢流閥2和3，否則溢流閥2或3 不起作用。3個(gè)擋位由工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)選擇，以適用現(xiàn)場不同鋼級(jí)和品種的需要。

圖3 三級(jí)調(diào)壓液壓原理圖

(2)PLC控制原理

圖4為三級(jí)調(diào)壓PLC控制原理圖。當(dāng)電磁鐵a得電時(shí)，OB_O0301閉合，OB_O0302常閉，溢流閥2起作用，夾模選用低擋壓力，PLC 設(shè)定壓力比較值為250;當(dāng)電磁鐵b得電時(shí)，OB_O0302閉合，OB_O0301常閉，溢流閥3起作用，夾模選用中擋壓力，PLC 設(shè)定壓力比較值為900;當(dāng)電磁鐵a失電、b失電時(shí)，OB_O0301 和OB_O0302 都處于常閉狀態(tài)，溢流閥1起作用，夾模選用高擋壓力，PLC 設(shè)定壓力比較值為1200。無論選用哪一擋，只要壓力達(dá)到PLC設(shè)定的比較值，就會(huì)進(jìn)入下一個(gè)步序。IB_10573閉合時(shí)為手動(dòng)加壓程序，PLC 設(shè)定壓力比較值為500。

圖4 三級(jí)調(diào)壓PLC控制原理圖

4 定心機(jī)夾模液壓系統(tǒng)故障分析及排除

(1)故障現(xiàn)象

在熱軋生產(chǎn)線中，定心機(jī)夾模液壓系統(tǒng)以自動(dòng)模式使用中擋壓力工作。在一次生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)夾緊缸下降到位后，定心沖頭不動(dòng)作，操作臺(tái)指示燈閃爍報(bào)警，顯示夾模夾緊壓力低。改換手動(dòng)模式操作，強(qiáng)制手動(dòng)加壓按鈕，也不起作用，定心沖頭仍不動(dòng)作。機(jī)電人員停機(jī)檢查，仍不能解決，隨后當(dāng)班操作人員先改用低擋壓力維持生產(chǎn)，此次故障造成生產(chǎn)線停機(jī)40 min，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)故障分析

夾模在夾緊時(shí)，首先由低壓系統(tǒng)供油將夾模夾緊到位，再由增壓缸增壓，同時(shí)在夾緊回路中設(shè)置一壓力采集點(diǎn)，采集到的夾緊壓力由壓力傳感器(型號(hào)EDS1700 HDYIC)轉(zhuǎn)化成PLC可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)壓力達(dá)到PLC 設(shè)定的比較值時(shí)，程序認(rèn)為夾緊動(dòng)作完成，可執(zhí)行沖頭定心的動(dòng)作;若壓力達(dá)不到PLC 設(shè)定的比較值，則程序認(rèn)為夾模缸沒有夾緊，條件不滿足，不會(huì)進(jìn)入下一步序，顯示壓力低報(bào)警。

此次故障時(shí)使用中擋壓力，出現(xiàn)壓力低報(bào)警，說明當(dāng)時(shí)壓力傳感器采集到的壓力沒有達(dá)到PLC 設(shè)定的900數(shù)值，溢流閥3的壓力偏低，使用手動(dòng)管路加壓也不會(huì)起作用，因?yàn)槭謩?dòng)加壓的壓力也來自于三級(jí)調(diào)壓的溢流閥3。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，中擋壓力的使用范圍可在2.8～4.2 MPa之間甚至更大的范圍內(nèi)調(diào)整，可適用于大部分鋼級(jí)和品種的坯料。但程序里中擋壓力設(shè)置成900，這就要求液壓系統(tǒng)的中擋壓力必須大于3.8 MPa 才能滿足要求。而實(shí)際使用中，中擋壓力又不能高于4.2 MPa，否則會(huì)將管坯夾癟。這樣中擋實(shí)際使用壓力就被限制在3.8～4.2 MPa之間，使用范圍受到嚴(yán)重制約，同時(shí)對(duì)三級(jí)調(diào)壓回路中的溢流閥3 也提出了更高的要求，致使經(jīng)常出現(xiàn)故障。在隨后的檢查中發(fā)現(xiàn)中擋實(shí)際壓力為3.8 MPa，比設(shè)定的理想壓力值有所下降，從PLC 在線監(jiān)控畫面可以看到壓力傳感器傳來的數(shù)值在870 左右達(dá)不到900，不能滿足PLC的控制要求，定心沖頭動(dòng)作的條件不具備，沖頭自然不動(dòng)了。

當(dāng)改換成低擋時(shí)，由溢流閥2實(shí)際調(diào)定的壓力為2.8 MPa，PLC 設(shè)定的比較值為250，只要當(dāng)時(shí)低擋壓力能滿足現(xiàn)場需要，無論中擋壓力如何，溢流閥3是否故障，都不會(huì)影響低擋壓力的使用。

(3)故障排除

這次故障從表面上看是由于中擋壓力偏低、沒有達(dá)到PLC的設(shè)定值而造成的。PLC的設(shè)定值作為一個(gè)比較值，只是一個(gè)檢測信號(hào)，用來檢測夾模是否夾緊，作為下一個(gè)動(dòng)作啟動(dòng)的條件，并不控制現(xiàn)場實(shí)際壓力大小，其實(shí)際壓力由三級(jí)調(diào)壓的3個(gè)溢流閥決定，PLC 比較值的改變不影響實(shí)際使用效果。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，管坯已經(jīng)被夾緊，這說明PLC程序里中擋壓力設(shè)置的比較值900 有些偏高。若將其改成650，中擋壓力可調(diào)范圍的下限將從以前的3.8 MPa 降低到2.6 MPa，不但擴(kuò)大了中擋的適用范圍，還可避免再次出現(xiàn)類似故障。經(jīng)過調(diào)整后，定心機(jī)在使用過程中再也沒有出現(xiàn)過此類事故。

5 結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)電設(shè)備控制參數(shù)應(yīng)以現(xiàn)場需要為依據(jù)，服務(wù)于現(xiàn)場。該定心機(jī)在初期使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)中擋壓力低不能正常定心的情況，造成三級(jí)調(diào)壓的功能不能正常使用，每次更換規(guī)格品種或壓力狀況不理想時(shí)需要工人手動(dòng)調(diào)整壓力值，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人為增加了工作量。后來經(jīng)過對(duì)三級(jí)調(diào)壓的反復(fù)調(diào)整試驗(yàn)，總結(jié)出各擋位壓力經(jīng)驗(yàn)值:低擋2.8 MPa 左右，中擋4.0 MPa 左右，高擋7.0 MPa 最為宜。同時(shí)找到了中擋壓力受限制于PLC 設(shè)定的比較值900 而不能正常發(fā)揮作用的原因。這一問題圓滿解決后，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，從而保證了整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。

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