熱軋卷取機夾送輥液壓系統的研究及常見故障的分析與排除

摘 要：首鋼2250熱連軋卷取機夾送輥采用德國西馬克設計的液壓系統自2006年12月投產來運行及控制非常穩定，本論文將根據卷取機夾送輥的工作狀態對其液壓系統設計原理進行分析，并且在卷取機投入生產的8年間夾送輥液壓系統常見故障進行整理和分析，針對故障的處理方法及措施進行介紹。

關鍵詞：液壓系統；夾送輥；卷取機；常見故障

在現代熱連軋生產線上，卷取機的用途是收集超長軋件，將其卷取成卷以便于貯存和運輸。軋鋼生產實踐證明，卷取機的工作狀態直接影響著熱連軋機生產力的發揮。卷取生產能力的好壞將直接影響到成品帶鋼的最終質量和生產利潤。卷取機夾送輥裝置，屬于卷取機的重要組成部分。其主要功能是將帶鋼頭部預先彎曲，便于帶鋼導向卷取機卷筒，同時壓緊帶鋼，使夾送輥與卷取機卷筒之間形成一定的張力，將帶鋼卷緊并保證成品卷的塔形小于規定的范圍。

夾送輥由機架、上下夾送輥裝配、搖臂裝置、夾送輥調整液壓缸等部件組成。見圖1，卷取機夾送輥機械裝配示意圖。

1 卷取機夾送輥工作過程

夾送輥的每一個動作都是上夾送輥通過兩個伺服閥控制兩個液壓缸上下動作來完成的，液壓缸裝在夾送輥搖臂和機架上。根據帶鋼的實際厚度，液壓缸調節夾送輥的輥縫引導帶鋼進入卷取機。首鋼2250熱連軋卷取機夾送輥使用兩種控制方式：一種是壓力控制；另一種是位置控制。在帶鋼進入之前，通過位置控制設定一個比帶鋼厚度稍微小一點的輥縫值，液壓缸將夾送輥輥縫動作到設定位置。咬鋼過程中，夾送輥的控制模式由位置控制轉為壓力控制并且在整個卷鋼過程中均使用壓力控制。卷取結束后，夾送輥由壓力控制轉為位置控制，將夾送輥輥縫打開到等待位置。見圖2，卷取機夾送輥工作過程。

2 卷取機夾送輥液壓系統設計原理分析（見圖3）

2.1 正常使用時夾送輥工作原理

見圖3，上夾送輥通過位于操作側和傳動側的液壓缸來控制，液壓系統總供油壓力為210bar。以操作側為例，液壓缸11的有桿腔通過一個伺服閥1供油，無桿腔通過一個減壓閥2提供一個恒定的50bar的背壓。伺服閥1通過液控單向閥4控制供油管路的開閉，減壓閥2通過液控單向閥5控制供油管路的開閉，液控單向閥4、5通過兩位四通電磁換向閥3控制其開啟。液壓缸兩腔均有溢流閥6、7做安全保護。由于在卷鋼過程中，液壓缸11的無桿腔壓力波動頻繁，因此在無桿腔設置了一個4dm3的皮囊式蓄能器10，充氮壓力為20bar。為了防止主管路系統的沖擊和壓力波動，主管路上設計了一個4dm3的皮囊式蓄能器9，充氮壓力為160bar。為了保證伺服閥控制油路的清潔度，在控制油路設計了3μ的過濾器，并安裝壓差報警器。

2.1.1 卷取機選擇過程中的位置控制

兩位四通電磁換向閥3得電，將液控單向閥4、5打開，液壓油從壓力管路P經過伺服閥1控制夾送輥液壓缸動作。位置控制是通過比較夾送輥液壓缸11伸出長度的實際值和設定值來進行控制的。將液壓缸11內置的線性位置傳感器14實測的夾送輥的開度值和夾送輥開度的設定值比較，由PLC計算二者的差值，將差值與增益相乘，將結果輸出作為伺服閥開度命令值控制伺服閥的打開和關閉，使得液壓缸11的實測值等于設定值[1]。

2.1.2 卷取機帶載過程中的壓力控制

兩位四通電磁換向閥3得電，將液控單向閥4、5打開，液壓油從壓力管路P經過伺服閥1控制夾送輥液壓缸動作。壓力控制是一種控制夾送輥夾緊力的控制方法，通過調節夾送輥的位置來改變上下輥之間的夾緊力。在夾送輥液壓缸11的有桿腔和無桿腔分別裝有液壓壓力傳感器13、14，用來監測液壓缸有桿腔和無桿腔壓力的實際值，把實際值和設定值進行比較，得到兩者的差值，將差值與增益相乘，將結果輸出作為伺服閥開度命令值[1]。

2.2 事故狀態時夾送輥的工作原理

當卷取機或前游設備出現故障時，上夾送輥需要快速抬起功能，此時可以不通過伺服閥1抬起。需要電磁換向閥3得電，打開液控單向閥5，液壓油通過減壓閥2進入液壓缸11無桿腔。DBW型溢流閥6右側b電磁鐵得電，液壓缸有桿腔的液壓油通過DBW型溢流閥6卸荷至油箱，實現上夾送輥快速抬起的功能。DBW型溢流閥6的結構為一個兩位四通電磁換向閥作為先導疊加一個DB型溢流閥組成，當兩位四通電磁換向閥右側b電磁鐵得電時，DB型溢流閥主閥芯打開，主管路卸荷；當左側a得電時，相當于一個DB型溢流閥功能。

2.3 緊急情況時夾送輥的工作原理

當卷取機出現緊急情況時，上夾送輥不可遠程控制打開和關閉，需要現場確認人身、設備等的安全，上夾送輥應具備在機旁手動操作其打開和關閉的功能，此時不可以通過伺服閥1進行控制。需要電磁換向閥3失電，伺服閥1輸出為0，DBW型溢流閥6左側a電磁鐵得電實現其DB型溢流閥功能，此時通過調整三位四通手動換向閥8控制夾送輥的上下動作。需要向上動作，液壓油從壓力管路P經過減壓閥至三位四通手動換向閥8的左位，經過液壓鎖和單向節流閥進入液壓缸11的無桿腔，通過出口節流調速。

3 2250投產8年間液壓系統常見故障

3.1 液壓系統清潔度控制

首鋼2250卷取夾送輥液壓系統在安裝完畢后、投產前2-3年的每次大中修完畢后頻繁出現減壓閥、伺服閥卡阻而不能調節壓力的現象，歸結其原因為系統受到污染，油液中混入固體小顆粒，導致油品清潔度不能滿足伺服系統的設計要求。油液固體顆粒的產生可以是在系統加注不潔的新油時帶入；也可因系統內的油缸、元件、管路、油箱等未充分沖洗干凈而殘留于其中的污物，如切屑、灰塵、纖維、砂子、焊渣、油漆等造成；在維修期間敝開的油口，現場拆裝元件的粉塵浸入，通過活塞桿伸縮運動帶入的粘附污物等。更重要、更危險的顆粒污染是系統運行本身所產生的污染。它是由系統運行中各運動摩擦副的磨損，系統應力引起的表面剝落、疲勞、沖刷等產生的細微顆粒[2]。

液壓系統中的微粒如未被及時從系統中清除，將會進一步加速生成污染的產生，危害極大。對此，應該采取如下控制措施：

3.1.1 主動維護

主動維護是一種新的維修觀念，是在軋鋼機械正常工作階段采取的一些必要的措施，通過檢測可能導致失效的系統參數，如油液清潔度、材料物理化學性能及溫度等，采取維護措施保持這些參數在容許的范圍內，以保證設備正常的工作狀態。

①保證液壓系統的密封性，防止泄露，防止外界污染物的侵入。

②控制油液溫度，防止系統過熱，影響油品質量。

③定期清洗，更換濾芯。

④定期化驗油液成分，分析可能的污染源。

⑤定期更換液壓油。

3.1.2 采用高精度過濾技術

根據液壓系統污染平衡原理，系統油液的污染度主要取決于系統總的污染侵入率和過濾凈化能力。因此采用有效的過濾系統，可保持非常高的初始清潔度。為了提高系統工作的可靠性，延長設備的使用壽命，重要的一些回路采用高精度過濾器。如軋線液壓系統回路中若采用10μm的過濾器，可以提高液壓系統的可靠性。

3.2 減壓閥壓力調節失效的硬件故障

3.2.1 減壓閥工作原理

在卷取機夾送輥液壓系統中，常發生的硬件故障為減壓閥2壓力調節失效，減壓閥工作原理，見圖6 減壓閥6結構示意圖。

減壓閥包括帶主閥芯2的主閥1和帶壓力調節裝置10的先導閥3。在停止狀態下減壓閥是常開狀態，壓力油從P腔自由的通向A腔。A腔壓力通過孔4進入到閥芯右側，同時也通過節流孔6通向彈簧9的那側，經過管路5到先導閥3的球7處。由于壓力彈簧11設定好壓力，壓力油控制閥芯2不斷動作，壓力油從P腔經過閥芯2控制后通向A腔，直到系統壓力平衡閥芯2停止動作。如果A腔壓力升高，閥芯2不斷關閉來調整壓力的平衡。如持續升高，A腔壓力油通過閥芯2上的通孔8進入到卸荷管路T內[3]。

3.2.2 減壓閥壓力調節失效形式

3.2.2.1 減壓閥2在上夾送輥上下動作過程中出現壓力上下波動但最終能恢復到50bar

①減壓閥被異物卡阻。需要提高和改善系統油品清潔度。

②無桿腔蓄能器10氮氣壓力不足或過高導致壓力波動。蓄能器起的是穩定系統管路壓力的作用，在液壓管路壓力波動大時能及時的補充油液起到穩定管路壓力的作用，但壓力過高和過低都不能使蓄能器起到穩定系統管路壓力的作用。

3.2.2.2 減壓閥壓力突然上升或下降，并且不能恢復到50bar

原因為減壓閥主閥芯瞬間卡死不能自動調節。從首鋼2250生產過程中發現，出現此類故障的時間基本上集中在卷取機夾送輥停機后的恢復過程中，為了人身安全考慮，在每次停機時夾送輥液壓系統中兩位四通電磁換向閥3失電，切斷壓力油進入系統。每次換向閥3的失電和得電都會給三通減壓閥瞬間的壓力沖擊，在此壓力沖擊的作用下，增加了減壓閥閥芯瞬間卡死的可能性，減壓閥的調節壓力都會出現很大的波動，并且有時恢復時手動調節壓力都很難調節到50bar。可以將減壓閥2前的液控單向閥5取消，使減壓閥前壓力保持平穩，避免了減壓閥在壓力油通斷時的壓力波動。

4 結語

本文是從首鋼2250卷取機夾送輥的液壓系統設計原理出發，根據8年的使用進行分析和總結，提供了一些液壓方面的處理措施，對現場工人及專業技術人員深入了解和研究卷取機夾送輥提供指導性意見。

參考文獻：

[1]李小新.熱軋薄板廠卷取夾送輥自動控制過程[J].控制工程，2008，63-65.

[2]王峰.提高液壓系統工作可靠性的方法[J].鍛壓裝備與制造技術，2005.

[3]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京理工大學出版社，1998.

作者介紹：

高偉（1982—），男，學士，畢業于內蒙古科技大學，研究方向：流體傳動及控制。