液壓定心機三級調壓回路的應用及故障處理

張帆，莫士廣

(1.天津冶金職業技術學院，天津300400;2.天津鋼管集團有限公司，天津300301)

隨著生產自動化程度和控制精度的提高，機電液一體化技術滲透到了各行各業。許多鋼鐵企業的一些自動化生產線中，都大量用到了機電液聯合控制技術。在大無縫的MPM 軋管機組，其定心機的工作過程就是采用機電液相結合，該控制方式實現了自動化連續生產，具有操作方便、動作可靠、響應快等優點，但由于電液控制系統的故障比較復雜，不易排除，從而給日常生產維護帶來了一定難度。作者針對定心機在工作過程中電液控制系統的典型故障進行分析及處理。

1 熱定心工藝簡介

無縫鋼管熱軋生產線上的管坯定心機，布置在環形加熱爐至穿孔機之間。其作用是在管坯出爐后進穿孔機之前，在管坯的端部沖一個孔，即定心。管坯定心使頂頭能從管坯端面中心部位穿入，改善穿孔的咬入條件，減小毛管前端的壁厚不均，提高荒管壁厚的均勻性，保證了產品質量。

該定心機為立式自對中定心機，結構如圖1所示，由機架、夾緊裝置、自對中裝置、沖頭及驅動液壓缸組成。

其主要控制過程為:由熱檢測信號控制將加熱后的管坯撥到定心機→位置信號檢測管坯到位后，夾緊缸帶動夾模夾緊管坯→壓力信號檢測管坯夾緊后(包括增壓完成)，控制定心沖頭對管坯前端面沖孔定心→定心沖頭由延時控制返回→位置信號檢測定心缸返回到位后，夾緊缸抬起→位置信號檢測夾緊缸到位后，控制撥叉將定心后的管坯撥出定心機送往穿孔機。

2 夾模液壓控制原理

圖2為夾模液壓控制原理圖，夾緊缸的供油由低壓和高壓兩套供油系統完成，其夾緊與返回動作由SNH1700型的螺桿泵(q=1 350 L/min)供給低壓大流量液壓油。為了達到3 MN的夾緊力，保證定心時管坯被夾緊，該夾緊缸夾緊后再由增壓缸增壓，增壓缸的供油由高壓供油系統完成。此外系統中所有控制油也來自于高壓供油系統。

(1)夾緊缸的低壓供油回路

夾緊缸工作前，電磁閥1YA失電，插裝閥1打開，低壓大流量液壓油經插裝閥1直接回油，系統處于卸荷狀態。

①夾緊缸夾緊動作(快速下降、慢速夾緊)

快速下降。電磁閥1YA、2YA、3YA得電，插裝閥1關閉，插裝閥2、3 同時打開，低壓大流量液壓油經插裝閥2進入夾緊缸無桿腔，夾緊缸有桿腔回油經插裝閥3 回到主供油回路，再經插裝閥2進入到夾緊缸無桿腔，形成差動連接回路，實現快速下降。

慢速夾緊。當夾緊缸下降即將到位時，由PLC延時控制電磁閥3 YA失電、6YA得電，插裝閥3關閉，液控單向閥打開，切斷差動連接，夾緊缸有桿腔油液經液控單向閥回油箱，實現慢速夾緊，避免速度過快而將管坯砸癟。

②夾緊缸返回動作

圖2 夾模液壓控制回路

電磁閥1YA得電、2YA失電、3YA得電、4YA得電，插裝閥2關閉，插裝閥3、4打開，低壓大流量液壓油經插裝閥3 進入夾緊缸有桿腔，夾緊缸無桿腔油液經插裝閥4 回油箱。當5YA得電，插裝閥4、5 同時打開，夾緊缸無桿腔油液經插裝閥4、5 同時回油箱，速度加快。

(2)夾緊缸的高壓增壓回路

當夾模夾住管坯后，低壓系統處于保壓狀態，由高壓系統繼續供油增壓。首先選定三級調壓的任一擋壓力，高壓油經過三級調壓后，電磁閥6YA得電，插裝閥7關閉，插裝閥8打開，高壓油經插裝閥8 進入增壓缸大腔，增壓缸活塞桿伸出，增壓缸小腔油液增壓后經插裝閥10 進入夾緊缸無桿腔，實現對夾模的增壓(其增壓比k=D2/d2=2502/1802=1.93)。增壓完畢由壓力信號檢測，控制定心機沖頭動作。

增壓缸的返回。電磁閥8YA得電、6YA失電、插裝閥8、10關閉，插裝閥9、7打開，高壓油經插裝閥9 進入增壓缸小腔，大腔回油經由插裝閥7 回到油箱。

(3)手動加壓回路

當增壓系統出現問題、不能對夾緊缸增壓時，可由人為干預進行強制加壓。按住電磁閥11 按鈕，插裝閥11打開，經三級調壓后的高壓油可超越增壓缸回路直接給夾緊缸加以高壓，此時供給夾緊缸的高壓油為三級調壓后的實際壓力，并未經過增壓缸增壓。電磁閥11 不能自鎖，當人為干預撤銷后，手動加壓即告結束。

3 三級調壓回路控制原理

(1)液壓控制原理

圖3為三級調壓液壓控制回路，此回路中三位四通換向閥的3個位分別對應于3個直動型溢流閥(DBDS6K1X型力士樂生產)，當電磁換向閥的電磁鐵a失電、b失電時，溢流閥1起作用，為高擋壓力;當電磁鐵a得電、b失電時，溢流閥2起作用，為低擋壓力;當電磁鐵a失電、b得電時，溢流閥3起作用，為中擋壓力。但調整時要注意溢流閥1的壓力必須高于溢流閥2和3，否則溢流閥2或3 不起作用。3個擋位由工人根據經驗手動選擇，以適用現場不同鋼級和品種的需要。

圖3 三級調壓液壓原理圖

(2)PLC控制原理

圖4為三級調壓PLC控制原理圖。當電磁鐵a得電時，OB_O0301閉合，OB_O0302常閉，溢流閥2起作用，夾模選用低擋壓力，PLC 設定壓力比較值為250;當電磁鐵b得電時，OB_O0302閉合，OB_O0301常閉，溢流閥3起作用，夾模選用中擋壓力，PLC 設定壓力比較值為900;當電磁鐵a失電、b失電時，OB_O0301 和OB_O0302 都處于常閉狀態，溢流閥1起作用，夾模選用高擋壓力，PLC 設定壓力比較值為1200。無論選用哪一擋，只要壓力達到PLC設定的比較值，就會進入下一個步序。IB_10573閉合時為手動加壓程序，PLC 設定壓力比較值為500。

圖4 三級調壓PLC控制原理圖

4 定心機夾模液壓系統故障分析及排除

(1)故障現象

在熱軋生產線中，定心機夾模液壓系統以自動模式使用中擋壓力工作。在一次生產過程中，發現夾緊缸下降到位后，定心沖頭不動作，操作臺指示燈閃爍報警，顯示夾模夾緊壓力低。改換手動模式操作，強制手動加壓按鈕，也不起作用，定心沖頭仍不動作。機電人員停機檢查，仍不能解決，隨后當班操作人員先改用低擋壓力維持生產，此次故障造成生產線停機40 min，造成了一定的經濟損失。

(2)故障分析

夾模在夾緊時，首先由低壓系統供油將夾模夾緊到位，再由增壓缸增壓，同時在夾緊回路中設置一壓力采集點，采集到的夾緊壓力由壓力傳感器(型號EDS1700 HDYIC)轉化成PLC可識別的數字信號，當壓力達到PLC 設定的比較值時，程序認為夾緊動作完成，可執行沖頭定心的動作;若壓力達不到PLC 設定的比較值，則程序認為夾模缸沒有夾緊，條件不滿足，不會進入下一步序，顯示壓力低報警。

此次故障時使用中擋壓力，出現壓力低報警，說明當時壓力傳感器采集到的壓力沒有達到PLC 設定的900數值，溢流閥3的壓力偏低，使用手動管路加壓也不會起作用，因為手動加壓的壓力也來自于三級調壓的溢流閥3。

根據經驗，中擋壓力的使用范圍可在2.8～4.2 MPa之間甚至更大的范圍內調整，可適用于大部分鋼級和品種的坯料。但程序里中擋壓力設置成900，這就要求液壓系統的中擋壓力必須大于3.8 MPa 才能滿足要求。而實際使用中，中擋壓力又不能高于4.2 MPa，否則會將管坯夾癟。這樣中擋實際使用壓力就被限制在3.8～4.2 MPa之間，使用范圍受到嚴重制約，同時對三級調壓回路中的溢流閥3 也提出了更高的要求，致使經常出現故障。在隨后的檢查中發現中擋實際壓力為3.8 MPa，比設定的理想壓力值有所下降，從PLC 在線監控畫面可以看到壓力傳感器傳來的數值在870 左右達不到900，不能滿足PLC的控制要求，定心沖頭動作的條件不具備，沖頭自然不動了。

當改換成低擋時，由溢流閥2實際調定的壓力為2.8 MPa，PLC 設定的比較值為250，只要當時低擋壓力能滿足現場需要，無論中擋壓力如何，溢流閥3是否故障，都不會影響低擋壓力的使用。

(3)故障排除

這次故障從表面上看是由于中擋壓力偏低、沒有達到PLC的設定值而造成的。PLC的設定值作為一個比較值，只是一個檢測信號，用來檢測夾模是否夾緊，作為下一個動作啟動的條件，并不控制現場實際壓力大小，其實際壓力由三級調壓的3個溢流閥決定，PLC 比較值的改變不影響實際使用效果。

根據現場實際情況，管坯已經被夾緊，這說明PLC程序里中擋壓力設置的比較值900 有些偏高。若將其改成650，中擋壓力可調范圍的下限將從以前的3.8 MPa 降低到2.6 MPa，不但擴大了中擋的適用范圍，還可避免再次出現類似故障。經過調整后，定心機在使用過程中再也沒有出現過此類事故。

5 結論

在實際生產中，機電設備控制參數應以現場需要為依據，服務于現場。該定心機在初期使用過程中，經常出現中擋壓力低不能正常定心的情況，造成三級調壓的功能不能正常使用，每次更換規格品種或壓力狀況不理想時需要工人手動調整壓力值，費時費力，人為增加了工作量。后來經過對三級調壓的反復調整試驗，總結出各擋位壓力經驗值:低擋2.8 MPa 左右，中擋4.0 MPa 左右，高擋7.0 MPa 最為宜。同時找到了中擋壓力受限制于PLC 設定的比較值900 而不能正常發揮作用的原因。這一問題圓滿解決后，該系統運行平穩可靠，從而保證了整個自動生產線的正常生產。

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