步進(jìn)加熱爐液壓升降系統(tǒng)改造

， 　(.成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院， 四川 成都　60059； .大成液壓技術(shù)公司， 四川 成都　60305)

引言

在鋼管生產(chǎn)企業(yè)，廣泛采用步進(jìn)式加熱爐對(duì)鋼管進(jìn)行熱處理。在步進(jìn)加熱爐里，鋼管的移動(dòng)是通過固定梁和步進(jìn)梁進(jìn)行的。步進(jìn)式加熱爐的步進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖1所示，步進(jìn)梁的運(yùn)動(dòng)過程主要包括升降運(yùn)動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)梁的動(dòng)梁相對(duì)于定梁作上升、前進(jìn)、下降、后退四個(gè)動(dòng)作。其中升降缸液壓系統(tǒng)可靠性的高低，對(duì)步進(jìn)式加熱爐正常生產(chǎn)有嚴(yán)重影響。以下對(duì)某廠步進(jìn)式加熱爐的升降缸液壓系統(tǒng)在生產(chǎn)中常見的故障進(jìn)行分析，針對(duì)其使用和維護(hù)中存在的不足，提出了改造的技術(shù)措施，以達(dá)到提高設(shè)備可靠性的目的。

圖1　步進(jìn)式加熱爐的步進(jìn)機(jī)構(gòu)示意圖

1　加熱爐步進(jìn)梁升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的工作原理

加熱爐步進(jìn)梁升降缸的液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。當(dāng)需要步進(jìn)梁上升時(shí)，6DT通電，插裝閥14開啟，壓力油經(jīng)過插裝閥14到達(dá)定差減壓閥16；HP1通電，比例節(jié)流閥15開啟，壓力油使插裝閥11開啟；1DT通電，電磁換向閥1和液動(dòng)換向閥6換向，插裝閥5開啟，壓力油流入升降缸7的無(wú)桿腔；同時(shí)，2DT通電，插裝閥3開啟，升降缸7的有桿腔油液流回油箱。

當(dāng)需要步進(jìn)梁下降時(shí)，3DT通電，插裝閥9開啟，壓力油經(jīng)過定差減壓閥17和插裝閥9到達(dá)升降缸7的有桿腔； 1DT、4DT、5DT通電，插裝閥5、10、12開啟，升降缸7的無(wú)桿腔油液流出，經(jīng)過插裝式減壓閥16、比例節(jié)流閥15(HP1通電) 流入油箱，實(shí)現(xiàn)液壓缸的下降運(yùn)動(dòng)。

1、13.電磁換向閥　2.單向閥　3、5、9～12、14.插裝閥　4.溢流閥　6.液控?fù)Q向閥　7.升降缸　8. 截止閥　15. 比例節(jié)流閥 16、17.定差減壓閥　18.過濾器 圖2　加熱爐步進(jìn)梁的升降缸液壓原理圖

在升降缸7的活塞桿上升、下降過程中，通過調(diào)節(jié)比例節(jié)流閥15電磁鐵的電流值即可調(diào)節(jié)閥芯的開口度，實(shí)現(xiàn)在線流量控制，從而對(duì)升降缸7的速度進(jìn)行控制。定差減壓閥16對(duì)比例節(jié)流閥15的進(jìn)出口壓差起穩(wěn)壓作用，使比例節(jié)流閥15的輸出流量保持穩(wěn)定。

溢流閥4起安全閥的作用，防止在上升或下降時(shí)液壓缸無(wú)桿腔壓力超高。

當(dāng)液壓缸活塞桿上升或下降到位需要停止時(shí)，所有控制閥的電磁鐵均斷電，插裝閥3、9、12、14關(guān)閉， 缸旁液壓鎖關(guān)閉，升降缸7的活塞桿位置保持穩(wěn)定。

當(dāng)比例節(jié)流閥15或定差減壓閥16出現(xiàn)故障時(shí)，5DT、6DT通電，插裝閥12、14開啟，壓力油流入升降缸7的無(wú)桿腔；2DT通電，插裝閥2開啟，升降缸7的活塞桿上升。

當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件導(dǎo)致液壓停止工作時(shí)，可開啟截止閥8，依靠步進(jìn)梁的自重使升降缸7的無(wú)桿腔的油液經(jīng)單向閥2排回油箱，讓步進(jìn)梁下降，以保障設(shè)備安全。

2　加熱爐步進(jìn)梁升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的故障及原因

加熱爐步進(jìn)梁升降機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生的故障現(xiàn)象為：升降缸在上升過程中，動(dòng)作緩慢或無(wú)動(dòng)作。根據(jù)故障表現(xiàn)分析，導(dǎo)致加熱爐升降缸出現(xiàn)該類故障出現(xiàn)的原因如下：

(1) 油箱內(nèi)油液面過低、吸油管漏氣、吸油管及過濾器堵塞，油泵內(nèi)泄漏大，導(dǎo)致升降缸的供油壓力低，影響油缸運(yùn)動(dòng)；

(2) 泵的溢流閥故障。溢流閥的主閥芯阻尼孔被堵塞，溢流閥的調(diào)節(jié)無(wú)效，使得進(jìn)入液壓缸的油液壓力低，出現(xiàn)上升緩慢或無(wú)動(dòng)作現(xiàn)象。另外，由于溢流閥的先導(dǎo)調(diào)壓閥的錐閥閥體與閥座配合間隙過大引起的泄漏以及由于錐閥閥體與閥座接觸不良而引起的壓力低，也會(huì)產(chǎn)生上述故障；

(3) 插裝閥3、5、11、14的閥芯或閥套配合表面有毛刺，閥芯或閥套配合間隙之間有污物(如圖3所示)，插裝閥3、5、11、14的X控制腔排油不暢，使插裝閥3、5、11、14的閥芯開啟緩慢或閥芯被卡死在關(guān)閉位置，導(dǎo)致升降缸上升緩慢或無(wú)動(dòng)作；

(4) 定差減壓閥16的輸出壓力升不高或無(wú)壓。定差減壓閥16的控制蓋板(見圖3)閥芯與閥座密合不嚴(yán)(閥芯或閥座密封面磨損、劃傷、有雜質(zhì))，控制蓋板a孔內(nèi)的阻尼螺塞脫落，控制蓋板的調(diào)壓彈簧折斷或變形；微流量控制器的彈簧過軟、變形、折斷，或小滑閥被污物卡在節(jié)流口較小的位置，或油孔被堵塞；定差減壓閥16的主閥閥芯與閥套導(dǎo)向部分的間隙中有污物、表面劃傷使閥芯卡住，或閥芯的幾何精度差引起液壓卡緊。這些因素均可能使定差減壓閥16的二次壓力升不高或無(wú)壓，導(dǎo)致升降缸上升緩慢或無(wú)動(dòng)作；

圖3　定差減壓閥的控制蓋板示意圖

(5) 比例節(jié)流閥15故障。比例電磁鐵插座接觸不良，線圈或引線斷路(或短路)，比例電磁鐵的鐵芯和導(dǎo)向部分(導(dǎo)套)之間有污物附著妨礙鐵芯運(yùn)動(dòng)，造成比例節(jié)流閥15無(wú)流量輸出，導(dǎo)致升降缸無(wú)上升動(dòng)作；或油液太臟，污物淤積在閥芯與閥套的配合間隙之間，妨礙閥芯的運(yùn)動(dòng)，造成比例節(jié)流閥15響應(yīng)遲鈍或無(wú)法動(dòng)作，導(dǎo)致升降缸上升緩慢或無(wú)動(dòng)作；

(6) 插裝閥10故障。如圖4所示，插裝閥10的閥芯與閥套的配合錐面磨損后不密合，導(dǎo)致AB腔間的內(nèi)泄漏，閥芯被毛刺、污物卡在開啟位置，復(fù)位彈簧變形或折斷，閥芯或閥套外的“O”形密封圈破損或漏裝，使閥芯關(guān)閉不嚴(yán)或處于完全開啟位置，引起壓力油泄漏回油箱，造成系統(tǒng)壓力降低，導(dǎo)致升降缸上升緩慢或無(wú)動(dòng)作；

圖4　“三級(jí)同心”式插裝組件示意圖

(7) 由溢流閥4在低于設(shè)定值的情況下開啟，引起升降缸7無(wú)桿腔卸壓，導(dǎo)致升降缸7上升緩慢或無(wú)動(dòng)作；

(8) 升降缸7的缸體與活塞因磨損導(dǎo)致間隙過大，產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，或者由于密封扭轉(zhuǎn)或者是活塞及缸筒表面劃傷，使液壓缸摩擦力、內(nèi)泄漏增加，致使液壓缸動(dòng)作減緩或無(wú)動(dòng)作；

(9) 插裝閥的先導(dǎo)控制電磁換向閥故障。電磁換向閥的閥芯污染卡死、復(fù)位彈簧發(fā)生疲勞斷裂、電磁鐵故障、無(wú)控制電信號(hào)等因素造成插裝閥的閥芯喪失開、關(guān)機(jī)能，導(dǎo)致液壓缸不能按要求動(dòng)作。

通過分析表明，引發(fā)此液壓系統(tǒng)故障的因數(shù)較多，這給故障分析與處理帶來了較大困難。每當(dāng)故障出現(xiàn)后，都需拆卸閥件檢查，以判斷故障點(diǎn)。在維修過程中發(fā)現(xiàn)，液壓閥塊為臥式非標(biāo)閥塊，不便于拆裝；由于系統(tǒng)采用了如圖3所示的“三級(jí)同心”式插裝閥組件，閥的拆卸和安裝較困難，對(duì)維修人員的技術(shù)水平要求高，拆裝耗時(shí)較長(zhǎng)；該型插裝閥的密封圈和擋圈易損壞；閥芯材料的硬度低，閥芯密封錐面易產(chǎn)生沖擊痕跡，影響閥的密閉性能。過濾器18以板式連接的方式集成在閥塊上，更換濾芯非常不便。這些缺陷導(dǎo)致平均處理故障時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3h，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

3　為提高液壓系統(tǒng)的可靠性所采取的措施

針對(duì)上述缺點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)的立式TJK1-4/4四通回路控制塊為主閥塊，插裝組件全部采用便于拆、裝的“二級(jí)同心”式TJ型插裝閥組件(如圖5所示)；圖6為改造后的升降缸液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)中電磁閥的電磁鐵動(dòng)作順序見表1。過濾器20采用帶壓力繼電器的雙筒過濾器，過濾器濾芯堵塞時(shí)可報(bào)警；在不影響液壓系統(tǒng)的使用的情況下，可更換濾芯或切換到另一個(gè)備用過濾器工作。當(dāng)液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，截止閥6和10處于關(guān)閉位置。

圖5　“二級(jí)同心”式TJ型插裝組件示意圖

當(dāng)需要步進(jìn)梁上升時(shí)，5DT通電，插裝閥9開啟，壓力油經(jīng)過插裝閥9和插裝閥11到達(dá)定差減壓閥12；HP1通電，比例節(jié)流閥16開啟，壓力油打開插裝閥13；1DT通電，電磁閥7和液控閥3換向，插裝閥2正向開啟，壓力油打開流入升降缸4的無(wú)桿腔；升降缸4有桿腔的油液經(jīng)過插裝閥19流回油箱。

當(dāng)需要步進(jìn)梁下降時(shí)，2DT通電，插裝閥8開啟，壓力油經(jīng)過插裝閥8進(jìn)入升降缸4的有桿腔；1DT斷電，溢流閥1、液控閥3換向，插裝閥2反向開啟， 升降缸4無(wú)桿腔的排油；3DT通電，插裝閥15開啟，油液經(jīng)定差減壓閥12、比例節(jié)流閥16(HP1通電)和插裝閥17(4DT通電)回油箱。

1.溢流閥　2、8、9、11、13、15、17～19.插裝閥　3.液動(dòng)換向閥　4.升降缸　5.節(jié)流閥　6、10、14.截止閥　7.電磁換向閥 12.定差減壓閥　16.比例節(jié)流閥　20.過濾器

表1　電磁鐵動(dòng)作順序表

當(dāng)需要步進(jìn)梁靠自重下降時(shí)，1DT通電，插裝閥2反向開啟，升降缸4無(wú)桿腔的油液經(jīng)插裝閥15(3DT通電)、定差減壓閥12、比例節(jié)流閥16(HP1通電)和插裝閥17(4DT通電)回油箱；升降油缸的有桿腔經(jīng)插裝閥19從回油管吸入油。

在步進(jìn)梁正常上升、下降過程中，通過比例節(jié)流閥16對(duì)升降缸4的升、降速度進(jìn)行控制。定差減壓閥12對(duì)比例節(jié)流閥16的進(jìn)出口壓差起穩(wěn)壓作用。溢流閥1，起安全閥的作用，防止在上升或下降時(shí)液壓缸無(wú)桿腔壓力超高。

當(dāng)比例節(jié)流閥16出現(xiàn)故障時(shí)，可關(guān)閉截止閥14并開啟截止閥10把應(yīng)急控制回路投入使用。當(dāng)5DT、1DT通電，插裝閥2、9開啟，壓力油流入升降缸4的無(wú)桿腔；升降缸4的有桿腔油液經(jīng)插裝閥19(2DT斷電)流回油箱，步進(jìn)梁上升。當(dāng)2DT、1DT通電，插裝閥8、2開啟，壓力油流入升降缸4的有桿腔；升降缸4的無(wú)桿腔油液經(jīng)插裝閥18(5DT斷電)流回油箱，步進(jìn)梁下降。

4　結(jié)論

改造后的系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

(1) 設(shè)計(jì)了應(yīng)急控制回路，當(dāng)比例閥故障時(shí)，可立即切換到該控制回路，最大限度減小系統(tǒng)故障對(duì)生產(chǎn)的影響；

(2) 步進(jìn)梁下降方式，可采用靠自重下降方式，使液壓系統(tǒng)得到平穩(wěn)運(yùn)行，消除了異常聲音和振動(dòng)；

(3) 本系統(tǒng)采用通用與專用混合集成閥塊，主控部分采用標(biāo)準(zhǔn)TJK1立式2/2CV集成控制閥塊，結(jié)構(gòu)緊湊；插裝組件為“二級(jí)同心”式結(jié)構(gòu)，便于裝卸，利于維護(hù)、檢修和故障處理，使系統(tǒng)的可靠性有較大提高；

(4) 過濾器設(shè)計(jì)成管式連接，便于更換濾芯保證比例閥入口的清潔度。

該項(xiàng)改造完成后，步進(jìn)爐步進(jìn)梁的升降回路基本達(dá)到原設(shè)計(jì)的要求。系統(tǒng)效率高、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、經(jīng)濟(jì)性能好、維護(hù)簡(jiǎn)單，在生產(chǎn)中發(fā)揮了良好作用。

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