熱軋卸卷小車升降液壓控制回路的改進

朱松濤

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

1 前言

卸卷小車是熱軋產線負責鋼卷運輸的關鍵設備,其功能是通過液壓系統控制的油缸和液壓馬達，實現升降平移動作，將卷取機卷筒上的鋼卷卸下并平移送至打捆機處進行打捆。由于卸卷小車在生產過程中，時常會因升降液壓控制回路截止不可靠，升降回路壓力下降20-30bar，出現升降位置無法保持鎖定住，不能正常將鋼卷卸出，造成故障停車，或出現抽芯，造成鋼卷切損增加，即給生產操作人員帶來額外工作量，又影響生產順行。

2 卸卷小車液壓故障分析

卸卷小車結構如圖1所示，卸卷小車升降液壓控制回路，如圖2所示。

小車要把鋼卷從卷筒上卸出來，主回路中的比例換向閥右側電磁鐵得電，小車先上升到一位置等待；當鋼卷還剩幾圈時，輔助控制回路右側電磁換向閥得電，經過二次減壓的壓力油經板式液控單向閥進入升降油缸無桿腔，使小車上升托住鋼卷，當鋼卷的位置確定后，卷筒轉速降為零，然后收縮到730mm，同一時間輔助控制回路右側電磁換向閥失電，板式液控單向閥截止，小車保持住此時的高度位置不變，通過液壓馬達驅動小車水平移動，把熱卷從卷取機里運出來，然后放到打捆機處等待打捆。

卸卷小車液壓系統出現故障，在卸鋼卷時會出現如下現象：當卷筒收縮到φ730mm時，小車升降油缸出現泄壓，連同鋼卷向下下降約10 mm，這樣造成鋼卷內圈12點位置和卷筒之間的間隙大大減小甚至有接觸現象，使鋼卷抽芯或留在卷筒上卸不出來。分析認為小車升降油缸壓力下降，致使保壓不可靠是主要原因。

圖1 卸卷小車結構圖

圖2 卸卷小車液壓系統原理圖

2.1 保壓不可靠原因分析

造成小車保壓不可靠，出現泄壓卸不出鋼卷的主要原因：

（1）小車升降液壓回路中輔助控制回路保壓，是通過外控外泄式的液控單向閥來實現的，控制油從輔助控制回路電磁換向閥出口旁路進入單向閥，單向閥截止條件是閥的出口壓力要大于進口壓力，同時先導閥閥芯回到初始位置。當輔助控制回路換向閥回到中位時，液控單向閥的X控制油與T口相通進行泄壓，但因為油口通徑太小，造成泄壓相對慢，而且易受油液中的污染顆粒物影響，導致液控單向閥的先導閥動作不靈活，主閥芯不能立即可靠關閉，小車出現泄壓下降現象。

（2）在輔助控制回路中的減壓溢流閥，起到二次減壓作用。在電磁換向閥回到中位時，減壓溢流閥閥芯由于P口壓力下降而使閥芯位移，出口壓力隨之下降，但有個降低過程，壓力降低快慢影響到液控單向閥的進出口壓差變化，從而影響到單向閥截止的快速可靠。

（3）作為減壓溢流閥和液控單向閥，對液壓回路中存在的污染顆粒物比較敏感。而在小車升降控制回路中，因油缸無桿腔緩沖腔與活塞桿摩擦刮削會不可避免地產生一些細小污染顆粒物，這就使得減壓溢流閥和液控單向閥易出現閥芯關閉不嚴或卡滯的問題，而使得小車保壓不可靠。

2.2 板式液控單向閥問題

卸卷小車升降輔助控制回路要求單向閥關閉迅速、保壓可靠。板式液控單向閥的內部結構如圖3所示。板式液控單向閥要實現可靠關閉，一是要保證先導閥閥芯移動快速靈活，能在最短時間回到初始位置；二是需要單向閥進出口迅速建立一定的壓差，使主閥芯快速關閉。從現場卸卷小車液壓回路運行主從關系上看，板式液控單向閥關閉，是被動的依靠閥芯兩端壓力差來實現，受壓差和油液清潔度影響大，容易造成小車升降回路壓力不穩定。

圖3 板式液控單向閥

3 改進措施

3.1 更換為插裝式液控單向閥

針對板式液控單向閥在小車回路中應用存在的問題，通過分析對比，決定采用插裝式液控單向閥（圖4所示）。插裝式單向閥，主閥芯關閉，是以較高的壓力油主動地通過X口的通道，在主閥芯頂面產生作用力，以及主閥芯上下的面積比產生的壓力差，將主閥芯快速可靠關閉。從結構設計看，動作主動性強，受油液清潔度影響較小，關閉可靠性高。因此，插裝式液控單向閥比板式液控單向閥更適合用于小車升降回路中，進行有效截止保壓。

通過研究分析，確定了以下改進措施：

（1）制作一油路塊安裝插裝式單向閥，把升降輔助回路中的液控單向閥改為帶控制蓋板的插裝單向閥（LFA 16EWA-7X/，LC 16 A20D-7X/），插裝單向閥的X控制油從閥臺主X供油管路接頭連接獲取，截止時通過X口系統工作壓力油主動將單向閥關閉，保證關閉的迅速可靠嚴實，及小車升降的長期穩定運行。

（2）在小車的自動控制上，需要增加插裝單向閥的電磁換向閥控制，即控制插裝閥的電磁鐵與輔助回路的電磁換向閥同時得電，同時失電，實現小車上升時插裝式單向閥有效打開，小車接卷保持位置時，插裝式單向閥可靠截止。

圖4 插裝式液控單向閥

將小車升降低壓上升回路改進為插裝式單向閥后，小車卸卷過程中沒有再出現泄壓現象，保壓可靠問題得到了有效解決。但在一個工作周期結束后，小車回到初始等待位，會出現升降油缸緩慢上升，丟失低位信號的問題，從而影響到卸卷小車的自動運行，小車升降液壓回路的問題沒有得到徹底解決。

3.2 卸卷小車升降控制回路的改進

通過卸卷小車工作原理可以得知，低壓上升回路中，14MPa壓力油始終通過控制蓋板的換向閥，作用在插裝閥閥芯的頂端。通過圖4進一步分析可以看出，雖然插裝閥閥口被有效關閉，但由于閥芯和閥套是需要來回運動的，存在一定加工間隙，這就使壓力油能逐漸從閥芯閥套間隙通過，并進入插裝式單向閥B口管路中，即進入升降液壓缸無桿腔中，從而使升降油缸緩慢上升。

為此對卸卷小車升降控制回路改進，如圖5所示。

（1）將原插裝式單向閥控制油從主X管路獲取，改為從插裝式單向閥出口B口處獲取，使得卸卷小車在回到初始等待位，不會有持續的壓力油作用在單向閥頂端；

（2）對安裝插裝式單向閥的油路塊進行改進，即通過工藝孔道，將單向閥出口B口與控制蓋板X口相連通；

（3）電氣控制方式改進，插裝式單向閥的電磁鐵插頭控制電纜，與輔助回路的電磁換向閥控制電纜從一個接線端子并聯連接，即插裝式單向閥與輔助回路的電磁換向閥時得電，同時失電，實現小車上升時插裝式單向閥有效打開，小車接卷保持位置時，插裝式單向閥可靠截止。

圖5 改進的小車升降控制回路

4 結束語

插裝式單向閥在小車升降控制回路中使用后，小車升降液壓缸無桿腔壓力始終穩定在90bar，當卷筒收縮到φ730mm時，鋼卷位置變化控制在1 mm以內，解決了原來卸卷小車升降液壓系統長期存在的保壓不可靠、鋼卷位置變化大的問題。生產實踐表明，改進后每年可減少抽芯鋼卷約30卷，減少設備故障，保證了生產順行，同時降低了操作人員勞動強度。改進后的生產應用進一步驗證了多種控制蓋板與插裝式單向閥的組合，應用在卸卷小車回路中，截止迅速、主動性強，比板式單向閥更靈活、更方便，也更可靠穩定。

[1]張也影.流體力學.北京：高等教育出版社,1999.9.

[2]楊征瑞.電液比例與伺服控制.北京：冶金工業出版社,2009.8.

[3]胡海清,陳慶勝.液壓氣動控制技術.北京:理工大學出版社，2009.