集卷站內芯棒升降液壓系統優化設計

吳遠會

（中冶華天工程技術有限公司，江蘇 南京210019）

0 引言

集卷站是高速線材生產線上的關鍵設備。集卷站若不能穩定運行，就會影響整個工藝過程的生產節奏，繼而降低產品產量。整個集卷系統的運行主要靠液壓傳動和電氣控制協同完成，其主要特點是動作程序繁多、聯鎖控制復雜，這對集卷液壓系統控制回路的設計提出了很高的要求［1］。集卷筒內芯棒升降是集卷動作程序的一道重要工序，其液壓系統控制回路設計合理與否顯得尤為關鍵。本文將對某高速線材廠集卷液壓系統內芯棒升降控制回路進行分析，找出系統設計中的不合理因素，提出并實施有效可行的改進方案。

1 液壓系統的工作原理

圖1為某高速線材廠集卷液壓系統內芯棒升降控制回路原理圖，內芯棒升降靠安裝在底部的液壓缸驅動。該液壓系統主回路由三位四通電磁換向閥1、液控單向閥2和單向節流閥3組成。電磁換向閥采用Y型中位機能，電磁鐵EVa得電，驅動電磁換向閥閥芯移到左位，油缸無桿腔進油，推動活塞桿伸出，內芯棒空載上升，托卷盤關閉。內芯棒頂住鼻錐，電磁鐵EVa失電，抱閘松開，鋼卷順著鼻錐散落到托卷盤上。直至最后一圈線材脫離鼻錐，抱閘抱緊，電磁鐵EVb得電，驅動電磁換向閥閥芯移到右位，油缸有桿腔進油，推動活塞桿縮回，內芯棒下降，托卷盤張開。此后，雙芯棒旋轉，將鋼卷送入水平等待位的運卷小車，另一芯棒回到垂直位，重復集卷工作。單向節流閥為出口節流控制，用于調節液壓缸的輸出速度，即內芯棒的上升和下降速度。液控單向閥具有定位鎖定功能，當換向閥的電磁鐵均失電時，換向閥閥芯處于中位，液控單向閥的控制油路立即與油箱連通，壓力迅速降下來，單向閥及時關閉。

2 液壓系統故障分析與改進

該液壓系統投入運行時，故障頻發，內芯棒在升降過程中沖擊較大，上升與下降切換的瞬間尤為明顯。將連接無桿腔的節流閥開口度調小，以控制內芯棒的下降速度，但并不能從根本上解決問題。加之抱閘的卡緊故障和松脫現象時有發生，造成工作油路壓力波動，給液控單向閥的密封增加了負擔［2］。導致的最終結果是，液控單向閥保壓功能失效，需經常更換，不但增加了備件的儲備，還造成生產中斷，影響了高線生產的連續性。

圖1 原集卷站內芯棒升降控制回路

圖2 改進后集卷站內芯棒升降控制回路

針對以上故障現象，分析得出原設計液壓回路存在以下不足：內芯棒上升過程中，油缸有桿腔泄壓，壓力油進入無桿腔，抗衡內芯棒重力勻速上升。內芯棒頂住鼻錐時，換向閥處于中位，密閉容腔靠液控單向閥保壓。抱閘松開，外負載突增，此時，無桿腔壓力油需抗衡內芯棒和鼻錐的雙重重力，無桿腔壓力陡增，對液控單向閥的密封沖擊很大。抱閘抱緊，外負載突降為芯棒自重，內芯棒下降，油缸無桿腔泄壓，壓力油進入有桿腔。此時，連續經受負載干擾的工況條件下，壓力波動的沖擊必然會使液控單向閥失效［3］。

結合以上分析，對原液壓系統提出改進措施。為了保證有桿腔快速泄壓，取消該油路的液控單向閥。為了保證無桿腔液壓回路工作平穩，將原有的液控單向閥更換成平衡閥4，該平衡閥由溢流閥和單向閥集成［4］。內芯棒上升過程中，壓力油經過單向閥快速提升內芯棒。電磁閥處于中位時，有桿腔泄壓，無桿腔油壓用于抗衡內芯棒重力。當抱閘松開、負載增加時，無桿腔增加的油壓通過溢流閥排出，保護了單向閥免受壓力波動的沖擊。內芯棒下降過程中，連接有桿腔的控制油路打開溢流閥，使內芯棒能夠平穩下降。

改進后的液壓系統如圖2所示。該系統投入運行后，內芯棒升降動作平穩，沖擊消除。系統投入使用至今，尚未出現故障，保證了高線生產的連續性。

3 結語

高線集卷系統動作頻繁、執行機構較多、聯鎖復雜，給液壓系統的設計提出了更高的要求：既要保證內芯棒的運行速度，又要抗衡負載變化的影響，還要顧全抱閘、托卷盤和芯棒旋轉之間的聯鎖。再者，集卷站周圍工況環境惡劣，氧化皮脫落，溫度高，噪聲大，系統維護不便。本文根據現場實際所發現的問題，對集卷液壓系統內芯棒升降控制回路進行了優化，排除了故障，取得了理想的效果。

［1］張新民，臧立生．雙芯棒集卷站的改造［J］．冶金設備，2006（3）

［2］武寶喜，李慶姜，王文星．高速線材機組集卷筒內芯棒提升機構的改造［J］．流體傳動與控制，2004（6）

［3］黃玉琴．液控單向閥保壓失效問題的研究［J］．蘭州工業高等專科學校學報，2007（3）

［4］左健民．液壓與氣壓傳動［M］．北京：機械工業出版社，2005