熱軋卷取機(jī)夾送輥液壓系統(tǒng)的研究及常見故障的分析與排除

摘 要：首鋼2250熱連軋卷取機(jī)夾送輥采用德國西馬克設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)自2006年12月投產(chǎn)來運(yùn)行及控制非常穩(wěn)定，本論文將根據(jù)卷取機(jī)夾送輥的工作狀態(tài)對其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行分析，并且在卷取機(jī)投入生產(chǎn)的8年間夾送輥液壓系統(tǒng)常見故障進(jìn)行整理和分析，針對故障的處理方法及措施進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；夾送輥；卷取機(jī)；常見故障

在現(xiàn)代熱連軋生產(chǎn)線上，卷取機(jī)的用途是收集超長軋件，將其卷取成卷以便于貯存和運(yùn)輸。軋鋼生產(chǎn)實(shí)踐證明，卷取機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著熱連軋機(jī)生產(chǎn)力的發(fā)揮。卷取生產(chǎn)能力的好壞將直接影響到成品帶鋼的最終質(zhì)量和生產(chǎn)利潤。卷取機(jī)夾送輥裝置，屬于卷取機(jī)的重要組成部分。其主要功能是將帶鋼頭部預(yù)先彎曲，便于帶鋼導(dǎo)向卷取機(jī)卷筒，同時(shí)壓緊帶鋼，使夾送輥與卷取機(jī)卷筒之間形成一定的張力，將帶鋼卷緊并保證成品卷的塔形小于規(guī)定的范圍。

夾送輥由機(jī)架、上下夾送輥裝配、搖臂裝置、夾送輥調(diào)整液壓缸等部件組成。見圖1，卷取機(jī)夾送輥機(jī)械裝配示意圖。

1 卷取機(jī)夾送輥工作過程

夾送輥的每一個動作都是上夾送輥通過兩個伺服閥控制兩個液壓缸上下動作來完成的，液壓缸裝在夾送輥搖臂和機(jī)架上。根據(jù)帶鋼的實(shí)際厚度，液壓缸調(diào)節(jié)夾送輥的輥縫引導(dǎo)帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)。首鋼2250熱連軋卷取機(jī)夾送輥使用兩種控制方式：一種是壓力控制；另一種是位置控制。在帶鋼進(jìn)入之前，通過位置控制設(shè)定一個比帶鋼厚度稍微小一點(diǎn)的輥縫值，液壓缸將夾送輥輥縫動作到設(shè)定位置。咬鋼過程中，夾送輥的控制模式由位置控制轉(zhuǎn)為壓力控制并且在整個卷鋼過程中均使用壓力控制。卷取結(jié)束后，夾送輥由壓力控制轉(zhuǎn)為位置控制，將夾送輥輥縫打開到等待位置。見圖2，卷取機(jī)夾送輥工作過程。

2 卷取機(jī)夾送輥液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理分析（見圖3）

2.1 正常使用時(shí)夾送輥工作原理

見圖3，上夾送輥通過位于操作側(cè)和傳動側(cè)的液壓缸來控制，液壓系統(tǒng)總供油壓力為210bar。以操作側(cè)為例，液壓缸11的有桿腔通過一個伺服閥1供油，無桿腔通過一個減壓閥2提供一個恒定的50bar的背壓。伺服閥1通過液控單向閥4控制供油管路的開閉，減壓閥2通過液控單向閥5控制供油管路的開閉，液控單向閥4、5通過兩位四通電磁換向閥3控制其開啟。液壓缸兩腔均有溢流閥6、7做安全保護(hù)。由于在卷鋼過程中，液壓缸11的無桿腔壓力波動頻繁，因此在無桿腔設(shè)置了一個4dm3的皮囊式蓄能器10，充氮壓力為20bar。為了防止主管路系統(tǒng)的沖擊和壓力波動，主管路上設(shè)計(jì)了一個4dm3的皮囊式蓄能器9，充氮壓力為160bar。為了保證伺服閥控制油路的清潔度，在控制油路設(shè)計(jì)了3μ的過濾器，并安裝壓差報(bào)警器。

2.1.1 卷取機(jī)選擇過程中的位置控制

兩位四通電磁換向閥3得電，將液控單向閥4、5打開，液壓油從壓力管路P經(jīng)過伺服閥1控制夾送輥液壓缸動作。位置控制是通過比較夾送輥液壓缸11伸出長度的實(shí)際值和設(shè)定值來進(jìn)行控制的。將液壓缸11內(nèi)置的線性位置傳感器14實(shí)測的夾送輥的開度值和夾送輥開度的設(shè)定值比較，由PLC計(jì)算二者的差值，將差值與增益相乘，將結(jié)果輸出作為伺服閥開度命令值控制伺服閥的打開和關(guān)閉，使得液壓缸11的實(shí)測值等于設(shè)定值[1]。

2.1.2 卷取機(jī)帶載過程中的壓力控制

兩位四通電磁換向閥3得電，將液控單向閥4、5打開，液壓油從壓力管路P經(jīng)過伺服閥1控制夾送輥液壓缸動作。壓力控制是一種控制夾送輥夾緊力的控制方法，通過調(diào)節(jié)夾送輥的位置來改變上下輥之間的夾緊力。在夾送輥液壓缸11的有桿腔和無桿腔分別裝有液壓壓力傳感器13、14，用來監(jiān)測液壓缸有桿腔和無桿腔壓力的實(shí)際值，把實(shí)際值和設(shè)定值進(jìn)行比較，得到兩者的差值，將差值與增益相乘，將結(jié)果輸出作為伺服閥開度命令值[1]。

2.2 事故狀態(tài)時(shí)夾送輥的工作原理

當(dāng)卷取機(jī)或前游設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，上夾送輥需要快速抬起功能，此時(shí)可以不通過伺服閥1抬起。需要電磁換向閥3得電，打開液控單向閥5，液壓油通過減壓閥2進(jìn)入液壓缸11無桿腔。DBW型溢流閥6右側(cè)b電磁鐵得電，液壓缸有桿腔的液壓油通過DBW型溢流閥6卸荷至油箱，實(shí)現(xiàn)上夾送輥快速抬起的功能。DBW型溢流閥6的結(jié)構(gòu)為一個兩位四通電磁換向閥作為先導(dǎo)疊加一個DB型溢流閥組成，當(dāng)兩位四通電磁換向閥右側(cè)b電磁鐵得電時(shí)，DB型溢流閥主閥芯打開，主管路卸荷；當(dāng)左側(cè)a得電時(shí)，相當(dāng)于一個DB型溢流閥功能。

2.3 緊急情況時(shí)夾送輥的工作原理

當(dāng)卷取機(jī)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，上夾送輥不可遠(yuǎn)程控制打開和關(guān)閉，需要現(xiàn)場確認(rèn)人身、設(shè)備等的安全，上夾送輥應(yīng)具備在機(jī)旁手動操作其打開和關(guān)閉的功能，此時(shí)不可以通過伺服閥1進(jìn)行控制。需要電磁換向閥3失電，伺服閥1輸出為0，DBW型溢流閥6左側(cè)a電磁鐵得電實(shí)現(xiàn)其DB型溢流閥功能，此時(shí)通過調(diào)整三位四通手動換向閥8控制夾送輥的上下動作。需要向上動作，液壓油從壓力管路P經(jīng)過減壓閥至三位四通手動換向閥8的左位，經(jīng)過液壓鎖和單向節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸11的無桿腔，通過出口節(jié)流調(diào)速。

3 2250投產(chǎn)8年間液壓系統(tǒng)常見故障

3.1 液壓系統(tǒng)清潔度控制

首鋼2250卷取夾送輥液壓系統(tǒng)在安裝完畢后、投產(chǎn)前2-3年的每次大中修完畢后頻繁出現(xiàn)減壓閥、伺服閥卡阻而不能調(diào)節(jié)壓力的現(xiàn)象，歸結(jié)其原因?yàn)橄到y(tǒng)受到污染，油液中混入固體小顆粒，導(dǎo)致油品清潔度不能滿足伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。油液固體顆粒的產(chǎn)生可以是在系統(tǒng)加注不潔的新油時(shí)帶入；也可因系統(tǒng)內(nèi)的油缸、元件、管路、油箱等未充分沖洗干凈而殘留于其中的污物，如切屑、灰塵、纖維、砂子、焊渣、油漆等造成；在維修期間敝開的油口，現(xiàn)場拆裝元件的粉塵浸入，通過活塞桿伸縮運(yùn)動帶入的粘附污物等。更重要、更危險(xiǎn)的顆粒污染是系統(tǒng)運(yùn)行本身所產(chǎn)生的污染。它是由系統(tǒng)運(yùn)行中各運(yùn)動摩擦副的磨損，系統(tǒng)應(yīng)力引起的表面剝落、疲勞、沖刷等產(chǎn)生的細(xì)微顆粒[2]。

液壓系統(tǒng)中的微粒如未被及時(shí)從系統(tǒng)中清除，將會進(jìn)一步加速生成污染的產(chǎn)生，危害極大。對此，應(yīng)該采取如下控制措施：

3.1.1 主動維護(hù)

主動維護(hù)是一種新的維修觀念，是在軋鋼機(jī)械正常工作階段采取的一些必要的措施，通過檢測可能導(dǎo)致失效的系統(tǒng)參數(shù)，如油液清潔度、材料物理化學(xué)性能及溫度等，采取維護(hù)措施保持這些參數(shù)在容許的范圍內(nèi)，以保證設(shè)備正常的工作狀態(tài)。

①保證液壓系統(tǒng)的密封性，防止泄露，防止外界污染物的侵入。

②控制油液溫度，防止系統(tǒng)過熱，影響油品質(zhì)量。

③定期清洗，更換濾芯。

④定期化驗(yàn)油液成分，分析可能的污染源。

⑤定期更換液壓油。

3.1.2 采用高精度過濾技術(shù)

根據(jù)液壓系統(tǒng)污染平衡原理，系統(tǒng)油液的污染度主要取決于系統(tǒng)總的污染侵入率和過濾凈化能力。因此采用有效的過濾系統(tǒng)，可保持非常高的初始清潔度。為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，延長設(shè)備的使用壽命，重要的一些回路采用高精度過濾器。如軋線液壓系統(tǒng)回路中若采用10μm的過濾器，可以提高液壓系統(tǒng)的可靠性。

3.2 減壓閥壓力調(diào)節(jié)失效的硬件故障

3.2.1 減壓閥工作原理

在卷取機(jī)夾送輥液壓系統(tǒng)中，常發(fā)生的硬件故障為減壓閥2壓力調(diào)節(jié)失效，減壓閥工作原理，見圖6 減壓閥6結(jié)構(gòu)示意圖。

減壓閥包括帶主閥芯2的主閥1和帶壓力調(diào)節(jié)裝置10的先導(dǎo)閥3。在停止?fàn)顟B(tài)下減壓閥是常開狀態(tài)，壓力油從P腔自由的通向A腔。A腔壓力通過孔4進(jìn)入到閥芯右側(cè)，同時(shí)也通過節(jié)流孔6通向彈簧9的那側(cè)，經(jīng)過管路5到先導(dǎo)閥3的球7處。由于壓力彈簧11設(shè)定好壓力，壓力油控制閥芯2不斷動作，壓力油從P腔經(jīng)過閥芯2控制后通向A腔，直到系統(tǒng)壓力平衡閥芯2停止動作。如果A腔壓力升高，閥芯2不斷關(guān)閉來調(diào)整壓力的平衡。如持續(xù)升高，A腔壓力油通過閥芯2上的通孔8進(jìn)入到卸荷管路T內(nèi)[3]。

3.2.2 減壓閥壓力調(diào)節(jié)失效形式

3.2.2.1 減壓閥2在上夾送輥上下動作過程中出現(xiàn)壓力上下波動但最終能恢復(fù)到50bar

①減壓閥被異物卡阻。需要提高和改善系統(tǒng)油品清潔度。

②無桿腔蓄能器10氮?dú)鈮毫Σ蛔慊蜻^高導(dǎo)致壓力波動。蓄能器起的是穩(wěn)定系統(tǒng)管路壓力的作用，在液壓管路壓力波動大時(shí)能及時(shí)的補(bǔ)充油液起到穩(wěn)定管路壓力的作用，但壓力過高和過低都不能使蓄能器起到穩(wěn)定系統(tǒng)管路壓力的作用。

3.2.2.2 減壓閥壓力突然上升或下降，并且不能恢復(fù)到50bar

原因?yàn)闇p壓閥主閥芯瞬間卡死不能自動調(diào)節(jié)。從首鋼2250生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)此類故障的時(shí)間基本上集中在卷取機(jī)夾送輥停機(jī)后的恢復(fù)過程中，為了人身安全考慮，在每次停機(jī)時(shí)夾送輥液壓系統(tǒng)中兩位四通電磁換向閥3失電，切斷壓力油進(jìn)入系統(tǒng)。每次換向閥3的失電和得電都會給三通減壓閥瞬間的壓力沖擊，在此壓力沖擊的作用下，增加了減壓閥閥芯瞬間卡死的可能性，減壓閥的調(diào)節(jié)壓力都會出現(xiàn)很大的波動，并且有時(shí)恢復(fù)時(shí)手動調(diào)節(jié)壓力都很難調(diào)節(jié)到50bar。可以將減壓閥2前的液控單向閥5取消，使減壓閥前壓力保持平穩(wěn)，避免了減壓閥在壓力油通斷時(shí)的壓力波動。

4 結(jié)語

本文是從首鋼2250卷取機(jī)夾送輥的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理出發(fā)，根據(jù)8年的使用進(jìn)行分析和總結(jié)，提供了一些液壓方面的處理措施，對現(xiàn)場工人及專業(yè)技術(shù)人員深入了解和研究卷取機(jī)夾送輥提供指導(dǎo)性意見。

參考文獻(xiàn)：

[1]李小新.熱軋薄板廠卷取夾送輥?zhàn)詣涌刂七^程[J].控制工程，2008，63-65.

[2]王峰.提高液壓系統(tǒng)工作可靠性的方法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2005.

[3]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京理工大學(xué)出版社，1998.

作者介紹：

高偉（1982—），男，學(xué)士，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，研究方向：流體傳動及控制。