500,t管端加厚機的步進運輸機構液壓回路分析以及改進措施

劉朝池

(天津鋼管集團股份有限公司 天津 300301)

500,t管端加厚機的步進運輸機構液壓回路分析以及改進措施

劉朝池

(天津鋼管集團股份有限公司 天津 300301)

步進運輸機構是管端加厚機的主要設備之一，其功能是完成對管坯的取料和落料，采用液壓傳動和連桿機構的傳動方式。針對管端加厚機的步進運輸機構在工作過程中出現的振動和沖擊現象，對其液壓控制回路進行分析。通過對比例換向閥閥口壓力、液壓鎖的開鎖壓力等重要參數的計算分析，得出500,t管端加厚機的步進運輸機構在下降過程中產生振動和沖擊的原因，提出了解決措施，通過生產實踐，改造后的液壓系統完全滿足生產要求，達到了良好的效果。

步進運輸機構 比例換向閥 液壓鎖 開鎖壓力 振動

500,t管端加厚機的步進運輸機構傳動方式采用液壓傳動和連桿機構，其結構圖見圖1。步進運輸機構的升、降運動是通過升降液壓缸來實現的。升降液壓缸推動擺臂二，通過連桿、擺臂一及滾輪帶動滾動托架作升降運動。在升降過程中，水平運動的液壓缸被鎖定。滾動支架的水平運動由平移液壓缸驅動，同樣，在平移過程中，升降運動液壓缸被鎖定。通過升降液壓缸和平移液壓缸的運動實現滾動支架對管坯的“舉起”、“平移”、“落下”，以滿足管端加厚機對管坯端部進行加厚的工藝要求。在現場生產過程中，當步進機構上升時，步進機構運行平穩；而當步進運輸機構下降時，升降缸控制液壓回路出現“嗤嗤”的聲音，同時伴隨著振動和沖擊現象，嚴重影響步進運輸機構的工作穩定性。通過對比例換向閥與液壓鎖組成的液壓回路進行分析計算，得出了引起步進運輸機構振動和沖擊的原因。

圖1 步進運輸機構結構圖Fig.1 Structure of a stepping conveyer

1 雙向液控單向閥開鎖壓力計算

在步進運輸機構上升到停止位以后，驅動液壓缸的有桿腔和無桿腔都需要鎖緊。原理圖如圖2所示。

圖2 液壓控制回路原理圖及液壓鎖結構圖Fig.2 Schematic diagram of hydraulic control circuit and structure of a piloted check valve

1.1 液壓缸無桿腔的開鎖條件

如圖2(b)所示，當比例換向閥處于左位時，壓力油p2進入液壓缸的有桿腔，在無桿腔沒有開鎖之前閉鎖壓力進一步提高，根據液壓缸活塞的平衡力方程式：

液壓鎖開鎖的充分條件：

將(1)式代入(2)式得：

式中：1F——液壓缸無桿腔面積；F2——液壓缸有桿腔面積；φ——液壓缸的速比，；D——液壓鎖控制活塞有效作用面積；d——液壓鎖錐閥有效作用面積；R——作用在液壓缸上的外載荷；p′——液壓鎖的背壓；K1——無桿腔彈簧力以及阻力之和；K2——有桿腔彈簧力以及阻力之和。

1.2 液壓缸有桿腔的開鎖條件

當比例換向閥處于右位時，壓力油p1進入液壓缸的無桿腔，在有桿腔沒有“開鎖”之前閉鎖壓力進一步提高，根據液壓缸活塞的平衡力方程式，同式(1)。

液壓鎖開鎖的充分條件：

將(1)式代入(4)式得：

2 比例換向閥p3、p4的求取方法

從液壓鎖的開鎖條件可知，只要能求出液壓缸在上升以及下降兩種狀態下比例換向閥p3、p4的壓力，通過比較p3與式(3)、(5)數值的大小就能知道液壓鎖是否正常開啟。

2.1 液壓缸上升時比例換向閥p3、p4的求取

該種狀態下，液壓缸受阻力性負載(又稱阻性負載)，這種負載的特點是始終與液壓缸的運動方向相反。簡化回路如圖3(a)所示。

圖3 液壓簡化回路Fig.3 Simplified hydraulic circuit

由流量公式：

式中：a1、a2分別為進、回油閥口開啟面積，令：

所以：

由力平衡得：

由公式(6)與公式(7)聯立可推導出：

2.2 液壓缸下降時比例換向閥p3、p4的求取

該種狀態下，液壓缸受助力性負載(又稱負負載)。這種負載的特點是始終與液壓缸的運動方向相同。簡化回路如圖3(b)所示。

由流量公式：

式(8)、式(9)、式(10)、式(11)是工程上簡便實用的計算公式，當采用比例換向閥與內控液壓鎖組合的液壓回路時，必須計算出p3、p4的大小，并與上面計算的液壓鎖開鎖壓力進行比較。

3 加厚線液壓步進運輸機構液壓回路的實例分析

現場比例換向閥4WRZ16W6-150-7X/，查樣本，可知閥口面積比；液壓鎖液壓鎖控制活塞有效作用面積為706.5,mm2，F4液壓鎖錐閥有效作用面積為254.3,mm2，面積比＝2.8；液壓缸φ160/φ90-300，液壓缸的速比φ＝1.46，液壓缸無桿腔面積1F＝20,096,mm2，液壓缸有桿腔面積F2＝13,737.5,mm2；系統供油壓力pP為9,MPa；負載范圍R＝31,800～77,480,N，計算時代入最大值。

3.1 比例換向閥p3、p4壓力計算

3.1.1 當液壓缸無桿腔進油時

將上述已知參數代入式(8)、(9)得：

液壓缸無桿腔壓力p3=5.1,MPa；

液壓缸有桿腔壓力p4=1.82,MPa。

3.1.2 當液壓缸有桿腔進油時

將上述已知參數代入式(10)、(11)，得：

3.2 液壓鎖開鎖壓力計算

3.2.1 當液壓缸有桿腔進油時

3.2.2 當液壓缸無桿腔進油時

液壓缸有桿腔所需的開鎖壓力p1＞1.07 MPa。

通過現場檢測發現，液壓缸在上升與下降時，液壓缸有桿腔與無桿桿腔的壓力，與上述計算結果幾乎吻合。

3.3 計算結果比較

3.3.1 當液壓缸有桿腔進油時

3.3.2 當液壓缸無桿腔進油時

由于液壓缸無桿腔壓力p3=5.1,MPa大于液壓缸有桿腔所需的開鎖壓力p1=1.07,MPa，所以液壓缸在上升過程中，液壓缸有桿腔一直處于打開狀態，不會出現沖擊和振動現象。

4 改進措施

① 提高系統供油壓力pP，當系統供油壓力提高到17.9,MPa時，MPa，振動現象消失。

② 重新設計液壓控制回路，原理圖見圖4。采用兩個液控單向閥(帶泄油口)組成鎖緊回路，液控單向閥的開啟由電磁換向閥直接控制，避免了p4對液控單向閥的影響，大大降低系統供油壓力。

圖4 改造后的液壓控制回路原理圖Fig.4 Schematic diagram of hydraulic control circuit after transforming

5 結 語

從上面計算結果可以得出如下結論：

① 采用比例方向閥與內控液壓鎖組成無泄漏閉鎖方案，一定要進行工程驗算，以確保步進運輸機構在升、降過程中液壓鎖能正常開啟。

② 從上面驗算可知，改變液壓缸結構參數、限制負載值及提高系統壓力，可以解決步進運輸機構的振動、沖擊現象。

③ 采用兩個液控單向閥組成鎖緊回路，可使系統供油壓力大大降低，缺點是造價較液壓鎖回路高很多。■

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Analysis on Hydraulic Circuit of the Stepping Conveyer for 500,t Tube-end Upsetting Machine and Its Improvement Measures

LIU Chaochi
(Tianjin Pipe(group)Corporation，Tianjin 300301，China)

Stepping conveyer is one of the main facilities of a tube-end upsetting machine．Driven by hydraulic system and linkage devices，it is used to kick billets in and out．To understand the phenomena of vibration and impact of a working stepping conveyer of the tube-end upsetting machine，its hydraulic control circuit was analyzed．After calculating and analyzing parameters of the inlet pressure of proportion directional valve and the unlock pressure of the piloted check valve，the paper presents the cause of the phenomena which take place while stepping conveyer is moving down．In addition，relevant solutions were presented．As practical production indicated，the transformed hydraulic system can completely meet production requirements.

stepping conveyer；proportional directional valve；piloted check valve；unlock pressure；vibration

TH137

A

1006-8945(2016)06-0063-04

2016-05-10