一種立式穿孔機上軋輥平衡裝置液壓回路設計

王小平

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

引言

穿孔機是無縫鋼管生產流程中的第一道工序，是將經過加熱后的管坯在穿孔機上穿孔成厚壁毛管，毛管應無內外表面缺陷，以便在下一道工序中軋制[1]。本文所述Φ258 立式穿孔機兩輥斜軋錐形穿孔機，斜軋穿孔方式在無縫鋼管生產中有著最為廣泛的應用。穿孔機使用圓形管坯，兩個相互成一定角度的軋輥通過自身旋轉以及擠壓帶動管坯向前輸送，管坯發生塑性變形而成為具有一定厚度且內外表面光滑的毛管。穿孔機設備主要由穿孔機主機、前、后臺輸送后設備以及主傳動裝置來共同完成毛管穿制。

1 穿孔機上軋輥平衡裝置簡介

穿孔機上軋輥平衡裝置主要用來消除上軋輥裝置與上軋輥裝置調節絲杠之間的間隙，不論輥距增大或者減小，軋輥都能夠有效緊貼絲杠底部，與絲杠一起上下動作。上軋輥平衡裝置通過上軋輥平衡缸實現軋輥提升與下降。如圖1 所示，穿制毛管時，上軋輥平衡裝置處于平衡鎖緊狀態，其中，縱向高壓平衡通過上軋輥平衡缸使上軋輥裝置緊貼機架上蓋，橫向鎖緊通過上軋輥裝置鎖緊缸實現。

圖1 機架及上軋輥裝置簡圖

輥距或者角度調整時，上軋輥橫向鎖緊缸處于低壓鎖緊狀態，以保證上軋輥裝置緊貼機架上的導向滑套而不完全壓緊。輥距增大時，絲桿垂直向上運動，此時在絲桿和上軋輥裝置之間就產生了間隙，平衡缸用來消除間隙方便實際輥距的測量。輥距減小時，絲桿垂直向下運動，此時平衡缸內的液壓油需要通過液壓回路實現回油，平衡回路需要實現缸內的油壓力穩定在一定的數值，既要保證順利回油，也不能使上軋輥裝置與絲杠之間產生間隙。

穿孔機上軋輥平衡裝置由兩個左右布置的液壓缸來控制機上軋輥裝置的上升與下降，而軋輥前側連接主傳動萬向聯軸器，受力比較復雜，既受到聯軸器水平方向分力，也受到聯軸器垂直方向分力，使得上軋輥裝置產生傾翻力矩，平衡缸需要的平衡力將更大。并且當滑道磨損后，向上的平衡力也會增加，使得上軋輥裝置不能完全消除其與絲杠之間的間隙，當毛管穿制時，軋制力的徑向力超過上軋輥裝置橫向鎖緊力時，輥距發生變化，使毛管質量下降，需要重新調整才能達到工藝要求，降低了產品質量和生產效率。

2 液壓回路設計

穿孔機上軋輥平衡缸使用柱塞缸提升上軋輥裝置，這意味著上軋輥液壓控制回路需要考慮依靠自重回油問題。通過對立式穿孔機上軋輥平衡裝置進行結構分析，認為其液壓控制回路需要滿足下列工藝及控制要求：上升或者下降時液壓缸運行速度穩定并且能夠按照實際需要進行調整；輥距調整時液壓缸能同步跟隨，且向下跟隨以及高壓平衡的壓力可調；實現回路背壓功能，防止上軋輥裝置自由下落，同時背壓力可調；換輥時能自動泄壓并能夠完全下降到換輥位。按照以上工藝要求設計了下頁圖2所示的平衡閥支承的液壓回路，在液壓缸的下腔管路中接一個平衡閥，以防止活塞部件因自重而下滑，并使活塞平穩運動[2]。此平衡閥的設定壓力取決于負載的重量及摩擦力大小等其他因素，并且因平衡閥存在內泄漏，此平衡回路只適用于重物位置短時間鎖定，長時間鎖緊必須設計額外回路持續供給液壓缸壓力油。

圖2 液壓控制回路

用一組由一個疊加式三位四通電磁換向閥、一個疊加式雙單向節流閥和一個疊加式液控單向閥組成的液壓回路來實現平衡缸快速上升。電磁鐵Y1、Y2b 得電，Y2a、Y3 失電，換向閥的壓油腔P 腔通A腔，回油腔T 腔通B 腔，壓力油經過三位四通電磁換向閥、疊加式雙單向節流閥以及液控單向閥供給回路壓力油，再經過單向閥將14 MPa 高壓油送至柱塞式平衡缸，實現平衡、縱向鎖緊的功能，溢流閥及單向閥安裝在閥站出口。電磁鐵Y1、Y2b 得電，Y2a、Y3 失電，溢流閥及單向閥組成平衡回路，平衡缸處于低壓平衡狀態，低壓平衡狀態為上輥平衡裝置的調整狀態之一，當輥距減小，平衡裝置被迫下調，此低壓狀態既可以保證平衡裝置不會自由下落，也可釋放掉因調整機構絲桿擠壓上輥平衡裝置而使液壓缸上升的壓力，所產生的高壓油通過溢流閥泄到到疊加閥。因電磁鐵Y2b 得電，液控單向閥被打開，溢流閥的回油經液控單向閥、疊加式雙單向節流閥及三位四通電磁換向閥回油。因電磁鐵Y1 得電，電磁球閥1.1的A 腔通T 腔，溢流閥回油也可經電磁球閥回油。溢流閥的設定壓力調定值只需比上輥平衡裝置自重以及摩擦等其他因素所產生的壓力高出1 MPa 即可，可在調試時調定此壓力。壓力傳感器用來監測并向PLC 反饋縱向鎖緊以及低壓平衡信號，向下調整時，當壓力持續上升并超過溢流閥設定值，報警并停止壓下，并查找溢流閥無法打開的原因。

穿孔機上軋輥受力比較復雜，加上滑道磨損等因素，平衡缸需要的平衡力將更大，14 MPa 壓力已經不能完全保證平衡缸完全提升并鎖緊。設計一組由一個疊加式電磁球閥、疊加式減壓閥組成的液壓回路來向上軋輥平衡缸提供持續、高壓、穩定的壓力油。電磁鐵Y1、Y2a、Y2b、Y3 均失電，高壓油經疊加式電磁球閥、疊加式減壓閥供給回路壓力油，再經過單向閥將25 MPa 高壓油送至柱塞式平衡缸，達到高壓平衡、鎖緊的目的。壓力傳感器用來監測并向PLC反饋高壓平衡鎖緊信號?？焖偬嵘y組疊加有液控單向閥，可阻斷快高壓平衡鎖緊閥液壓油進入到快速提升回路系統[3-5]。

軋輥屬于消耗件，當軋輥到達一定的使用工況后，需要更換或者維修，必須使上軋輥平衡缸的液壓油完全泄壓之后方可進行下一步操作，以免造成人員或者設備損壞?？捎靡唤M由一個疊加式電磁球閥、節流閥和閥板組成的液壓回路來完成平衡缸的泄油。電磁鐵Y1、Y3 得電，Y2a、Y2b 失電，高壓油被阻斷，電磁球閥的A 腔通T 腔，平衡缸液壓油通過閥板、節流閥以及電磁球閥回油，整個回路處于泄壓狀態，上輥下降至最低位，可進行換輥或者維修。

本設計Φ258 穿孔機上輥平衡缸液壓控制回路能夠能夠實現軋制過程的高壓鎖緊、檢修以及換輥后快速提升、輥距調整時向上調整跟隨、向下調整安全溢流、碾軋角調整時縱向位置保持，能夠實現檢修以及換輥時的快速卸荷。

3 結論

本文所述液壓回路是一種可實現高低壓切換的背壓回路，通過三組液壓回路實現液壓缸高壓平衡鎖緊、低壓背壓調整、卸荷，能夠根據實際使用工況調整背壓大小。Φ258 穿孔機上輥平衡缸液壓回路與以往回路相比，解決了更多工藝控制問題，使設備運行更加平穩可靠，提高了生產效率和產品質量。