鋼管矯直機快開調整裝置液壓系統設計及改進

姜浩志

（太原重工股份有限公司 技術中心， 山西 太原 030024）

軋制、焊接或者熱處理后的管材，具有一系列的缺陷，其中主要是縱向彎曲和橫斷面的橢圓度，斜六輥鋼管矯直機是用于矯直鋼管彎曲度和橢圓度等缺陷的一種機械設備[1]。六輥全傳動，鋼管通過矯直機時，經過反復旋轉彎曲變形后被矯直。矯直機具有液壓快開功能，可有效地防止管端被壓扁，提高了矯直質量。圖1為六輥鋼管矯直機機械結構示意圖。

圖1 六輥鋼管矯直機機械結構示意圖

矯直機液壓系統主要用來完成入口輥道升降、入口導衛開合、上輥平衡鎖緊、下輥鎖緊、快開缸快速壓下和快速抬升、換輥以及出口輥道升降等一系列工藝動作。快開缸和上輥平衡缸的控制是矯直機液壓系統設計的關鍵。

現行矯直機液壓系統動力源采用若干個高壓變量泵并聯供油，同時配蓄能器閥站作為輔助動力源，吸收和消除液壓沖擊和振動。現行矯直機液壓系統雖然通過蓄能器閥站的設計改善系統液壓沖擊大和振動大的缺陷。但都不甚理想，尤其是大規格鋼管矯直機。

現行矯直機在矯直鋼管時需上矯直輥快速壓下和快速抬升，以免鋼管端部與上矯直輥相撞，快速壓下及快速抬升的動作由快開缸和上輥平衡缸完成。由于快開缸缸徑比較大，且是全行程工作，運動速度很快，致使瞬間液壓系統能量變化很大，產生很大的液壓沖擊和振動，同時快開缸活塞對缸蓋沖擊非常大，極容易造成密封的損壞和缸蓋的撞裂。同時長時間振動，液壓沖擊使液壓管路，液壓閥臺的連接處極容易產生漏油，甚至噴油，嚴重影響連續安全生產。

1 液壓系統設計及改進原理

依據多年的矯直機液壓系統設計和調試經驗，針對上述存在的主要問題提出對應的設計改進方案：克服現行液壓系統功率大、沖擊大、振動大的缺點。提供一種功率小、振動小、抗沖擊的六輥鋼管矯直機快開缸，上輥平衡缸的液壓控制系統。實現快開缸平穩快速的壓下和抬升，保證矯直機的矯直質量和成材率。確保矯直機在孔型大小調整過程中，連續精準，方便快捷。在矯直過程中平穩可靠。

下面結合斜六輥矯直機工藝動作要求，詳述設計改進后的快開缸、上輥平衡缸的液壓系統原理及功能，具體如下頁圖2所示。

電機1、驅動減速機2與快開缸3、上輥平衡缸4和壓下絲杠5剛性連接，組成上輥系調整裝置。矯直輥6與上輥系調整裝置通過高強度螺栓剛性連接。上輥平衡缸4分置于快開缸3的兩側。快開缸3、上輥平衡缸4有三種工作狀態：高壓鎖緊；快開卸壓；低壓平衡。

圖2 改進后的液壓系統原理及功能

本六輥矯直機液壓系統采用高壓小流量，低壓大流量結合的供油方式。P1為高壓小流量進油口，P2為低壓大流量進油口。當矯直機開始矯直鋼管時，電磁鐵Y2斷電，電磁鐵Y3得電，二通插裝閥組件14開啟。低壓大流量通過進油口P2，經二通插裝閥組7，二通插裝閥組8和二通插裝閥組14進入快開缸3的上腔3a，實現快開缸3的快速壓下。采用低壓大流量的供油方式，不僅能保證快開缸3快速壓下的動作要求，同時由于是低壓，大幅降低液壓系統的能量變化，顯著解決快速壓下液壓沖擊大和振動大的缺點，極大減輕快開缸3活塞對缸蓋沖擊，有效地保護了油缸密封，提高了快開缸3的使用壽命。

當快速壓下到位后，壓力傳感器17通過模擬量設置發訊，實現高低壓切換。低壓大流量卸荷，高壓小流量供油，電磁鐵Y1得電，二通插裝閥組8開啟。高壓油通過進油口P1，經二通插裝閥組8，二通插裝閥組件14進入快開缸3的上腔3a，實現快開缸3高壓鎖緊。同時經控制油路進入二通插裝閥組7的彈簧腔，使單向回路反向截止。

矯直過程中，快開缸3的上腔3a保持高壓，鎖緊快開缸3并提供向下的矯直力。由于負載變化和內泄會引起壓力變化，另由電磁換向閥12和疊加式單向閥13組成的壓力補償回路進行動態補償，動態補償值通過壓力傳感器17設置并發訊，電磁鐵Y4得電，壓力補償回路進行動態補償，消除插裝閥啟-閉時間差Δt和閥內泄對整個系統的影響[1]，用以保證矯直力的穩定，達到設定系統壓力值后，電磁鐵Y4 斷電[2]。

當矯直機矯直完畢后，電磁鐵Y3斷電，二通插裝閥組14關閉；電磁鐵Y2得電，二通插裝閥組10開啟。快開缸3上腔3a快速卸壓，在上輥平衡缸4高壓鎖緊作用下，矯直輥向上快速抬升，防止損傷鋼管的頭部。

當矯直機軋輥孔型調整時，電機1驅動減速機2控制壓下絲杠5上升，電磁換向閥19處于中位，電磁鐵Y7得電，高壓油經疊加式三通減壓閥20，電磁換向閥21作用于上輥平衡缸4的有桿腔。上輥平衡缸4位于壓下絲杠5兩側，有桿腔受力，上輥平衡缸4帶動軋輥隨壓下絲杠5一起隨動上升，同時消除絲杠螺母間隙。電機1驅動減速機2控制壓下絲杠5下降，電磁換向閥19處于中位，電磁鐵Y7得電，當壓下絲杠5持續下降，上輥平衡缸4的有桿腔的背壓越來越大，當背壓大于P1進油口的系統壓力時，即三通減壓閥出油口a的壓力大于進油口P的系統壓力P1，閥芯移動，三通減壓閥出油口a與泄油口y連通，進油口P截止。上輥平衡缸4帶動軋輥隨壓下絲杠5一起隨動下降，同時消除絲杠螺母間隙。

當需要進行軋輥更換時，電磁鐵Y5得電，電磁鐵Y7斷電，上輥平衡缸4的有桿腔卸壓，軋輥落下，進行維修更換。當矯直機在矯直過程中，電磁鐵Y6得電，第電磁鐵Y7斷電，上輥平衡缸4的有桿腔高壓鎖緊，保證矯直時平穩可靠。

蓄能器22和蓄能器控制閥組23組成壓力補償回路，補償因負載變化引起的上輥平衡缸壓力的變化，同時起吸收壓力脈動的作用，保證上輥平衡缸4工作平穩可靠[4]。

快開缸3的下腔3b與高位油箱相連通，有效避免因快開缸3快速壓下，快速抬升時產生巨大噪音。

2 液壓系統設計改進優點

通過上述設計改進與現行技術相比主要優點為：

1）采用高壓小流量，低壓大流量結合的供油方式。有效保證快開缸快開壓下的動作要求，最關鍵的是大幅降低液壓系統的能量變化，達到顯著的節能降耗目的，同時節約制造，運行成本。克服現行液壓系統功率大、沖擊大、振動大的缺點。極大減輕快開缸活塞對缸蓋的沖擊，有效地保護了油缸密封，提高了快開缸的使用壽命。特別是對于大規格鋼管矯直機，效果尤為突出。

2）采用由二通插裝閥組7、二通插裝閥組8電磁換向閥9組成兩級壓力選擇回路，具有單向截止和液控單向功能。有效保證了兩級壓力在快開缸工藝動作中的優化配合，完美實現了快開缸在高低壓二級壓力下的正常工作。

3）采用由電磁換向閥19、單向閥18、電磁換向閥21、疊加式三通減壓閥20、蓄能器22、蓄能器控制閥組23和耐震壓力表24組成上輥平衡回路，保證矯直機工作時，高壓平衡鎖緊，安全可靠；矯直機孔型調整時，精確可靠，消除絲杠螺母間隙。

4）采用插裝閥連接的控制方式，插裝閥流阻損失小，通流能力大，一閥多能，在此液壓系統中的方向插裝閥即控制快速壓下，快開油路的通斷，又能調節通過的流量，簡化了系統回路。另外，插裝閥動作速度快，密封好，泄漏少[3]，完全滿足快開缸的動作工藝要求。

5）采用疊加式三通減壓閥，運用其正向減壓，反向溢流的功能[4]，實現矯直機孔型上下雙向平穩自如調整。

6）二通插裝閥組14帶尾部緩沖阻尼。避免插裝閥閥芯啟閉時產生振動[3]。

2 結語

通過現場實際使用，鋼管矯直機快開缸，上輥平衡缸液壓系統設計及改進，有效地消除了系統液壓沖擊和振動，降低功率，節能省電，提高了快開缸的使用壽命，得到用戶的認可和肯定。可推廣至大規格鋼管矯直機液壓系統或有類似工況的系統中使用。