冷軋平整機(jī)防纏導(dǎo)板液壓缸的改進(jìn)設(shè)計(jì)

王東林，張春杰，曾小明

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

0 前言

連退平整機(jī)上防纏導(dǎo)板“溜缸”問(wèn)題主要表現(xiàn)為液壓缸定位后，液壓缸向前下方溜動(dòng)，造成位置超出定位要求，觸發(fā)自動(dòng)補(bǔ)償，觸發(fā)的頻率從幾分鐘至幾小時(shí)不等，根據(jù)工況條件而變。長(zhǎng)期面對(duì)防纏導(dǎo)板“溜缸”，主要解決辦法是更換液壓缸，自連退平整機(jī)組投產(chǎn)7年以來(lái)，1#機(jī)架和2#機(jī)架上防纏導(dǎo)板液壓缸由幾個(gè)廠家頻換更換，西馬克液壓缸，投產(chǎn)后兩年時(shí)，有“溜缸”情況發(fā)生；更換為優(yōu)瑞納斯的液壓缸，每次上線約6個(gè)月，開(kāi)始出現(xiàn)“溜缸”；更換為濟(jì)南瑞原的液壓缸，每次上線后不到一周開(kāi)始出現(xiàn)頻繁“溜缸”；更換成韶關(guān)液壓缸，每次上線約6個(gè)月，開(kāi)始出現(xiàn)“溜缸”。

“溜缸”事件頻繁發(fā)生，更換液壓缸解決不了實(shí)際問(wèn)題，總是發(fā)生“溜缸”事件，嚴(yán)重制約了連退產(chǎn)能，因此急需對(duì)平整機(jī)防纏導(dǎo)板液壓缸進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 存在的問(wèn)題及原因

1.1 改造前防纏導(dǎo)板液壓缸原理

普通液壓缸整體結(jié)構(gòu)中，液壓缸與功能件關(guān)聯(lián)，通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)功能件進(jìn)行移動(dòng)，并將功能件定位在預(yù)設(shè)位置處，使功能件實(shí)現(xiàn)自身既定的功能[1-4]。

如圖1所示為改進(jìn)前液壓缸示意圖，本文中連退平整機(jī)通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)防纏導(dǎo)板，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作輥處帶鋼的防纏作用，液壓缸頂環(huán)起到固定支撐作用，以缸桿的伸縮起到移動(dòng)位移作用，以缸筒作為進(jìn)出油口來(lái)控制缸桿的移動(dòng)等。

圖1 改進(jìn)前液壓缸簡(jiǎn)圖

1.2 平整機(jī)架與防纏導(dǎo)板及液壓缸的關(guān)系

如圖2所示為平整機(jī)架與防纏導(dǎo)板及液壓缸示意圖，由圖2可以看出平整機(jī)架與防纏導(dǎo)板及液壓缸的關(guān)系，防纏導(dǎo)板在平整機(jī)機(jī)架出口，有液壓缸帶動(dòng)做靠近或遠(yuǎn)離工作輥的往復(fù)滑動(dòng)。平整機(jī)工作前，液壓缸驅(qū)動(dòng)防纏導(dǎo)板靠近工作輥并鎖定；帶鋼從機(jī)架入口進(jìn)入，經(jīng)工作輥平整(或軋制)后從上、下防纏導(dǎo)板中間穿過(guò)；換輥時(shí)，由液壓缸驅(qū)動(dòng)防纏導(dǎo)板同時(shí)遠(yuǎn)離工作輥，縮回至初始位；新輥推入機(jī)架后，再次使上防纏導(dǎo)板頭部貼近工作輥，避免帶鋼穿過(guò)時(shí)纏輥。

圖2 平整機(jī)架與防纏導(dǎo)板及液壓缸示意圖

1.3 防纏導(dǎo)板與液壓缸的關(guān)系

如圖3所示為防纏導(dǎo)板與液壓缸示意圖，由圖3可以看出，液壓缸1驅(qū)動(dòng)防纏導(dǎo)板2移動(dòng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)，通過(guò)缸桿的伸出量，配合齒輪齒條機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防纏導(dǎo)板空間位置的調(diào)控。

圖3 防纏導(dǎo)板與液壓缸示意圖

1.4 防纏導(dǎo)板液壓缸“溜缸”原因

“溜缸”原因即液壓閥、液壓缸和管路需要維持低壓保壓，無(wú)內(nèi)泄和外泄，然而實(shí)際生產(chǎn)中液壓缸和液壓閥均有部分內(nèi)外泄，內(nèi)外泄程度決定“溜缸”程度[5-8]。

如圖2所示，受防纏導(dǎo)板的自重影響，液壓缸需要維持上防纏導(dǎo)板傾斜不動(dòng)的壓強(qiáng)須較大，而液壓缸由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行斜油后，造成所提供的壓強(qiáng)不足以達(dá)到要求，導(dǎo)致液壓缸因防纏導(dǎo)板傾斜自重而“溜缸”。

2 液壓缸的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 改進(jìn)后液壓缸的整體結(jié)構(gòu)

如圖4所示為改進(jìn)后液壓缸的整體結(jié)構(gòu)圖，在原來(lái)的液壓缸基礎(chǔ)上增加機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)，設(shè)置于液壓缸的缸筒外側(cè)，并選擇固定于缸筒，實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的安裝，安裝方便，且液壓缸與機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系強(qiáng)。

圖4 改進(jìn)后液壓缸的整體結(jié)構(gòu)圖

為了適應(yīng)改進(jìn)后液壓缸，需要增加缸桿2長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整功能件的空間位置。

2.2 機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)空腔的設(shè)計(jì)

如圖5所示為機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的空腔剖面圖，由圖5可以看出機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)空腔剖視圖包括軸向通道、上座、鎖緊腔、第二套筒、下座、環(huán)板和第一套筒，環(huán)板的軸向兩側(cè)分別與上座和下座固定連接，上座相較于下座靠近缸筒設(shè)置，缸桿穿設(shè)于上座的中心處以及下座的中心處較佳。缸桿還穿設(shè)于第一套筒，第一套筒的軸向一端與上座相接，第一套筒的外筒壁與上座、環(huán)板共同圍合形成的腔室，第二套筒和下座相接。

圖5 機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的空腔剖面圖

機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)腔內(nèi)設(shè)有軸向通道，軸向通道以孔道的方式設(shè)置，機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)腔內(nèi)設(shè)有鎖緊腔，鎖緊腔環(huán)繞軸向通道設(shè)置，鎖緊腔與軸向通道連通，鎖緊腔內(nèi)設(shè)有鎖緊件以及相應(yīng)的構(gòu)件，以實(shí)現(xiàn)鎖緊狀態(tài)及打開(kāi)狀態(tài)。鎖緊腔的徑向截面呈環(huán)狀設(shè)置，鎖緊腔與軸向通道連通。其中，軸向通道即可以采用部分設(shè)于鎖緊腔的正中心處的方式，也可以采用偏心設(shè)置，兩者中心不重合。

2.3 機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.3.1 機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)

如圖6所示為機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的完整剖面圖，由圖6可以看出，機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)于鎖緊腔設(shè)有第一錐形筒、第二錐形筒、復(fù)位彈性件、鎖緊彈性件和油口和推動(dòng)件。

圖6 機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的完整剖面圖

第一錐形筒設(shè)有外錐面，缸桿穿設(shè)于第一錐形筒，其軸向兩端中較小截面的一端靠近鎖緊彈性件設(shè)置。

第二錐形筒設(shè)有內(nèi)錐面，外錐面與內(nèi)錐面配合，第二錐形筒的筒壁與腔壁緊密接觸，其軸向兩端中較大截面的一端靠近鎖緊彈性件設(shè)置。

復(fù)位彈性件環(huán)設(shè)于缸桿，一端與第一錐形筒的軸向一側(cè)抵接，另一端與腔壁靠近缸筒的一側(cè)抵接。

鎖緊彈性件環(huán)設(shè)于缸桿，一端與第二錐形筒的軸向一側(cè)抵接，另一端與腔壁靠近缸筒的一側(cè)抵接，且復(fù)位彈性件與鎖緊彈性件間隔設(shè)置。第二錐形筒遠(yuǎn)離缸筒的一側(cè)與腔壁圍合形成作用油腔，油口與作用油腔連通。

通過(guò)推動(dòng)件將鎖緊腔隔離成間隔的兩個(gè)腔室，兩個(gè)腔室相互間隔意味著相互兩個(gè)腔室不相通，從而在油口朝一個(gè)腔室注油后，能夠在推動(dòng)件兩端由于壓強(qiáng)差而形成壓力差，使得推動(dòng)件朝鎖緊彈性件移動(dòng)，直至第二錐形筒與第一錐形筒錯(cuò)開(kāi)、鎖緊彈性件繼續(xù)被壓縮、達(dá)到新的力平衡。

2.3.2 機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的工作原理

(1)鎖緊狀態(tài)。沿軸向方向布置第一錐形筒1與復(fù)位彈性件，鎖緊彈性件始終處于壓縮狀態(tài)，在鎖緊狀態(tài)時(shí)，鎖緊彈性件抵住第二錐形筒，第二錐形筒具有朝圖6右側(cè)的移動(dòng)趨勢(shì)，第二錐形筒的內(nèi)錐面與第一錐形筒的外錐面相接，在鎖緊彈性件的抵推下，第二錐形筒與第一錐形筒緊密配合，從而將作用力通過(guò)第一錐形筒轉(zhuǎn)移到缸桿，實(shí)現(xiàn)第一錐形筒與缸桿的固定相接，實(shí)現(xiàn)對(duì)缸桿空間位置的鎖定。

(2)打開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)需要液壓缸缸桿移動(dòng)，需將機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)從鎖緊狀態(tài)調(diào)整至打開(kāi)狀態(tài)，油口既是進(jìn)油口，也是出油口，通過(guò)油口進(jìn)油，油液的油壓作用于第二錐形筒，如圖6所示，在油壓作用下將鎖緊彈性件朝圖中左側(cè)壓縮，當(dāng)油口向油腔中進(jìn)油至油液壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，第二錐形筒與第一錐形筒發(fā)生錯(cuò)位、相互錯(cuò)開(kāi)，第一錐形筒松開(kāi)缸桿。

(3)鎖緊與打開(kāi)切換狀態(tài)。從打開(kāi)狀態(tài)至鎖緊狀態(tài)，第一錐形筒受擠壓，其整體外形的外徑減小，從而實(shí)現(xiàn)鎖緊，在外徑減小過(guò)程中伴隨著軸向長(zhǎng)度變大，該部分增加量通過(guò)復(fù)位彈性件來(lái)調(diào)節(jié)；相應(yīng)的，在鎖緊狀態(tài)調(diào)整至打開(kāi)狀態(tài)的過(guò)程中，第一錐形筒的軸向長(zhǎng)度減小，通過(guò)復(fù)位彈性件實(shí)現(xiàn)對(duì)第一錐形筒的復(fù)位。第一錐形筒通過(guò)復(fù)位彈性件相對(duì)穩(wěn)定的設(shè)置于機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖緊腔中，并通過(guò)復(fù)位彈性件輔助配合第一錐形筒的形變過(guò)程。

2.4 改進(jìn)后液壓原理

如圖7所示為改進(jìn)后液壓缸的液壓原理示意圖，液壓缸上的機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的油口配置有作用油管，作用油管一端與機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)連接于油口處，另一端與多位多通電磁閥連接；作用油管配置有用于檢測(cè)油壓的壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)；多位多通電磁閥的P口連接進(jìn)油管，T口連接回油管；機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)作用油管與進(jìn)油管連通，機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)時(shí)作用油管與回油管連通。

圖7 液壓原理示意圖

3 液壓缸改進(jìn)設(shè)計(jì)后應(yīng)用

如圖8所示為液壓缸控制流程，油口配置有作用油管，作用油管一端與機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)連接于油口處，另一端與多位多通電磁閥連接。作用油管配置有用于檢測(cè)油壓的壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)多次檢測(cè)油口處的油壓，判斷機(jī)械鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)還是打開(kāi)狀態(tài)[9-13]。

圖8 液壓缸控制流程示意圖

油口的油壓大于等于預(yù)設(shè)油壓值時(shí)機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)處于打開(kāi)狀態(tài)，相關(guān)流程包括：

(1)液壓缸運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸出，多位多通電磁閥一直給電，作用油管與進(jìn)油管連通；

(2)依據(jù)壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到的作用油管的油壓是否達(dá)到預(yù)設(shè)油壓值，若作用油管的油壓大于等于預(yù)設(shè)油壓值，進(jìn)入第三步；

(3)機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)處于打開(kāi)狀態(tài)；

(4)依據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)信號(hào)控制液壓缸動(dòng)作；

(5)判斷液壓缸是否完全執(zhí)行液壓缸運(yùn)動(dòng)信號(hào)，若液壓缸完全執(zhí)行，進(jìn)入第六步；若液壓缸未完全執(zhí)行，重復(fù)第四步；

(6)對(duì)液壓缸進(jìn)行定位，獲得液壓缸的實(shí)時(shí)位置信息；

(7)依據(jù)實(shí)時(shí)位置信息，得到液壓缸的定位精度，判斷定位精度是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，若定位精度達(dá)到預(yù)設(shè)值，進(jìn)入第(8)步；若定位精度未達(dá)到預(yù)設(shè)值，液壓缸進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，重復(fù)第(6)步；

(8)多位多通電磁閥斷電，機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)，動(dòng)作結(jié)束。

該流程主要把對(duì)機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)與對(duì)液壓缸的程序控制結(jié)合起來(lái)，程序上需要把機(jī)械鎖緊裝置打開(kāi)關(guān)閉的信號(hào)添加到液壓缸的動(dòng)作條件上，添加完后再對(duì)液壓缸的定位精度進(jìn)行調(diào)整[14-20]。具體包括，上防纏導(dǎo)板定位過(guò)程中(前進(jìn)和縮回進(jìn)程)，鎖緊換向閥(多位多通電磁閥)一直給電，壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢查到壓力值大于等于8 MPa(預(yù)設(shè)油壓值)，為機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)打開(kāi)狀態(tài)，定位完成后，鎖緊換向閥不給電，機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)處于關(guān)閉狀態(tài)；液壓缸機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)與液壓缸的動(dòng)作連鎖，只有液壓缸機(jī)械鎖緊裝置處于打開(kāi)狀態(tài)，液壓缸才滿(mǎn)足前進(jìn)縮回等動(dòng)作條件；并可以調(diào)整液壓缸的定位精度。

4 結(jié)論

平整機(jī)是冷軋薄帶鋼生產(chǎn)設(shè)備中的重中之重，直接關(guān)系到帶鋼的質(zhì)量以及產(chǎn)量，平整機(jī)防纏導(dǎo)板及其液壓缸是平整機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不可或缺的重要部件。面對(duì)防纏導(dǎo)板溜缸事件，更換液壓缸解決不了實(shí)際問(wèn)題。為進(jìn)一步提高冷軋鋼帶的質(zhì)量和產(chǎn)量，本文提供了一種解決溜缸問(wèn)題的方案。

(1)分析了“溜缸”存在的問(wèn)題及原因，闡述了改造前液壓缸的原理、平整機(jī)架與防纏導(dǎo)板及液壓缸的關(guān)系以及防纏導(dǎo)板與液壓缸的關(guān)系。

(2)提出了平整機(jī)防纏導(dǎo)板液壓缸的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，包括改進(jìn)后液壓缸的整體結(jié)構(gòu)、機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加以及液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的加強(qiáng)。

(3)對(duì)整個(gè)平整機(jī)防纏導(dǎo)板液壓缸改進(jìn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用流程進(jìn)行了補(bǔ)充。