姜浩志

（太原重工股份有限公司 技術(shù)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(jī)是用于矯直鋼管彎曲度和橢圓度等缺陷的一種機(jī)械設(shè)備[1]。六輥全傳動，鋼管通過矯直機(jī)時，經(jīng)過反復(fù)旋轉(zhuǎn)彎曲變形后被矯直。矯直機(jī)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(zhì)量。圖1為六輥鋼管矯直機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 六輥鋼管矯直機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

矯直機(jī)液壓系統(tǒng)主要用來完成入口輥道升降、入口導(dǎo)衛(wèi)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(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

現(xiàn)行矯直機(jī)液壓系統(tǒng)動力源采用若干個高壓變量泵并聯(lián)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(xiàn)行矯直機(jī)液壓系統(tǒng)雖然通過蓄能器閥站的設(shè)計改善系統(tǒng)液壓沖擊大和振動大的缺陷。但都不甚理想，尤其是大規(guī)格鋼管矯直機(jī)。

現(xiàn)行矯直機(jī)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(yùn)動速度很快，致使瞬間液壓系統(tǒng)能量變化很大，產(chǎn)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(chǎn)生漏油，甚至噴油，嚴(yán)重影響連續(xù)安全生產(chǎn)。

1 液壓系統(tǒng)設(shè)計及改進(jìn)原理

依據(jù)多年的矯直機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試經(jīng)驗，針對上述存在的主要問題提出對應(yīng)的設(shè)計改進(jìn)方案：克服現(xiàn)行液壓系統(tǒng)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(jī)快開缸，上輥平衡缸的液壓控制系統(tǒng)。實現(xiàn)快開缸平穩(wěn)快速的壓下和抬升，保證矯直機(jī)的矯直質(zhì)量和成材率。確保矯直機(jī)在孔型大小調(diào)整過程中，連續(xù)精準(zhǔn)，方便快捷。在矯直過程中平穩(wěn)可靠。

下面結(jié)合斜六輥矯直機(jī)工藝動作要求，詳述設(shè)計改進(jìn)后的快開缸、上輥平衡缸的液壓系統(tǒng)原理及功能，具體如下頁圖2所示。

電機(jī)1、驅(qū)動減速機(jī)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(diào)整裝置。矯直輥6與上輥系調(diào)整裝置通過高強(qiáng)度螺栓剛性連接。上輥平衡缸4分置于快開缸3的兩側(cè)?？扉_缸3、上輥平衡缸4有三種工作狀態(tài)：高壓鎖緊；快開卸壓；低壓平衡。

圖2 改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)原理及功能

本六輥矯直機(jī)液壓系統(tǒng)采用高壓小流量，低壓大流量結(jié)合的供油方式。P1為高壓小流量進(jìn)油口，P2為低壓大流量進(jìn)油口。當(dāng)矯直機(jī)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(jìn)油口P2，經(jīng)二通插裝閥組7，二通插裝閥組8和二通插裝閥組14進(jìn)入快開缸3的上腔3a，實現(xiàn)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(tǒng)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(hù)了油缸密封，提高了快開缸3的使用壽命。

當(dāng)快速壓下到位后，壓力傳感器17通過模擬量設(shè)置發(fā)訊，實現(xiàn)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(jìn)油口P1，經(jīng)二通插裝閥組8，二通插裝閥組件14進(jìn)入快開缸3的上腔3a，實現(xiàn)快開缸3高壓鎖緊。同時經(jīng)控制油路進(jìn)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(fù)載變化和內(nèi)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(bǔ)償回路進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，動態(tài)補(bǔ)償值通過壓力傳感器17設(shè)置并發(fā)訊，電磁鐵Y4得電，壓力補(bǔ)償回路進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，消除插裝閥啟-閉時間差Δt和閥內(nèi)泄對整個系統(tǒng)的影響[1]，用以保證矯直力的穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)定系統(tǒng)壓力值后，電磁鐵Y4 斷電[2]。

當(dāng)矯直機(jī)矯直完畢后，電磁鐵Y3斷電，二通插裝閥組14關(guān)閉；電磁鐵Y2得電，二通插裝閥組10開啟?？扉_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(dāng)矯直機(jī)軋輥孔型調(diào)整時，電機(jī)1驅(qū)動減速機(jī)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(jīng)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(cè)，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(jī)1驅(qū)動減速機(jī)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(dāng)壓下絲杠5持續(xù)下降，上輥平衡缸4的有桿腔的背壓越來越大，當(dāng)背壓大于P1進(jìn)油口的系統(tǒng)壓力時，即三通減壓閥出油口a的壓力大于進(jìn)油口P的系統(tǒng)壓力P1，閥芯移動，三通減壓閥出油口a與泄油口y連通，進(jìn)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(dāng)需要進(jìn)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(jìn)行維修更換。當(dāng)矯直機(jī)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(wěn)可靠。

蓄能器22和蓄能器控制閥組23組成壓力補(bǔ)償回路，補(bǔ)償因負(fù)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(wěn)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(chǎn)生巨大噪音。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)優(yōu)點

通過上述設(shè)計改進(jìn)與現(xiàn)行技術(shù)相比主要優(yōu)點為：

1）采用高壓小流量，低壓大流量結(jié)合的供油方式。有效保證快開缸快開壓下的動作要求，最關(guān)鍵的是大幅降低液壓系統(tǒng)的能量變化，達(dá)到顯著的節(jié)能降耗目的，同時節(jié)約制造，運(yùn)行成本。克服現(xiàn)行液壓系統(tǒng)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(hù)了油缸密封，提高了快開缸的使用壽命。特別是對于大規(guī)格鋼管矯直機(jī)，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(yōu)化配合，完美實現(xiàn)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(jī)工作時，高壓平衡鎖緊，安全可靠；矯直機(jī)孔型調(diào)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(tǒng)中的方向插裝閥即控制快速壓下，快開油路的通斷，又能調(diào)節(jié)通過的流量，簡化了系統(tǒng)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(yùn)用其正向減壓，反向溢流的功能[4]，實現(xiàn)矯直機(jī)孔型上下雙向平穩(wěn)自如調(diào)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(chǎn)生振動[3]。

2 結(jié)語

通過現(xiàn)場實際使用，鋼管矯直機(jī)快開缸，上輥平衡缸液壓系統(tǒng)設(shè)計及改進(jìn)，有效地消除了系統(tǒng)液壓沖擊和振動，降低功率，節(jié)能省電，提高了快開缸的使用壽命，得到用戶的認(rèn)可和肯定?？赏茝V至大規(guī)格鋼管矯直機(jī)液壓系統(tǒng)或有類似工況的系統(tǒng)中使用。