王小平

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

穿孔機(jī)是無縫鋼管生產(chǎn)流程中的第一道工序，是將經(jīng)過加熱后的管坯在穿孔機(jī)上穿孔成厚壁毛管，毛管應(yīng)無內(nèi)外表面缺陷，以便在下一道工序中軋制[1]。本文所述Φ258 立式穿孔機(jī)兩輥斜軋錐形穿孔機(jī)，斜軋穿孔方式在無縫鋼管生產(chǎn)中有著最為廣泛的應(yīng)用。穿孔機(jī)使用圓形管坯，兩個(gè)相互成一定角度的軋輥通過自身旋轉(zhuǎn)以及擠壓帶動(dòng)管坯向前輸送，管坯發(fā)生塑性變形而成為具有一定厚度且內(nèi)外表面光滑的毛管。穿孔機(jī)設(shè)備主要由穿孔機(jī)主機(jī)、前、后臺(tái)輸送后設(shè)備以及主傳動(dòng)裝置來共同完成毛管穿制。

1 穿孔機(jī)上軋輥平衡裝置簡(jiǎn)介

穿孔機(jī)上軋輥平衡裝置主要用來消除上軋輥裝置與上軋輥裝置調(diào)節(jié)絲杠之間的間隙，不論輥距增大或者減小，軋輥都能夠有效緊貼絲杠底部，與絲杠一起上下動(dòng)作。上軋輥平衡裝置通過上軋輥平衡缸實(shí)現(xiàn)軋輥提升與下降。如圖1 所示，穿制毛管時(shí)，上軋輥平衡裝置處于平衡鎖緊狀態(tài)，其中，縱向高壓平衡通過上軋輥平衡缸使上軋輥裝置緊貼機(jī)架上蓋，橫向鎖緊通過上軋輥裝置鎖緊缸實(shí)現(xiàn)。

圖1 機(jī)架及上軋輥裝置簡(jiǎn)圖

輥距或者角度調(diào)整時(shí)，上軋輥橫向鎖緊缸處于低壓鎖緊狀態(tài)，以保證上軋輥裝置緊貼機(jī)架上的導(dǎo)向滑套而不完全壓緊。輥距增大時(shí)，絲桿垂直向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在絲桿和上軋輥裝置之間就產(chǎn)生了間隙，平衡缸用來消除間隙方便實(shí)際輥距的測(cè)量。輥距減小時(shí)，絲桿垂直向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)平衡缸內(nèi)的液壓油需要通過液壓回路實(shí)現(xiàn)回油，平衡回路需要實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)的油壓力穩(wěn)定在一定的數(shù)值，既要保證順利回油，也不能使上軋輥裝置與絲杠之間產(chǎn)生間隙。

穿孔機(jī)上軋輥平衡裝置由兩個(gè)左右布置的液壓缸來控制機(jī)上軋輥裝置的上升與下降，而軋輥前側(cè)連接主傳動(dòng)萬向聯(lián)軸器，受力比較復(fù)雜，既受到聯(lián)軸器水平方向分力，也受到聯(lián)軸器垂直方向分力，使得上軋輥裝置產(chǎn)生傾翻力矩，平衡缸需要的平衡力將更大。并且當(dāng)滑道磨損后，向上的平衡力也會(huì)增加，使得上軋輥裝置不能完全消除其與絲杠之間的間隙，當(dāng)毛管穿制時(shí)，軋制力的徑向力超過上軋輥裝置橫向鎖緊力時(shí)，輥距發(fā)生變化，使毛管質(zhì)量下降，需要重新調(diào)整才能達(dá)到工藝要求，降低了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 液壓回路設(shè)計(jì)

穿孔機(jī)上軋輥平衡缸使用柱塞缸提升上軋輥裝置，這意味著上軋輥液壓控制回路需要考慮依靠自重回油問題。通過對(duì)立式穿孔機(jī)上軋輥平衡裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，認(rèn)為其液壓控制回路需要滿足下列工藝及控制要求：上升或者下降時(shí)液壓缸運(yùn)行速度穩(wěn)定并且能夠按照實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整；輥距調(diào)整時(shí)液壓缸能同步跟隨，且向下跟隨以及高壓平衡的壓力可調(diào)；實(shí)現(xiàn)回路背壓功能，防止上軋輥裝置自由下落，同時(shí)背壓力可調(diào)；換輥時(shí)能自動(dòng)泄壓并能夠完全下降到換輥位。按照以上工藝要求設(shè)計(jì)了下頁圖2所示的平衡閥支承的液壓回路，在液壓缸的下腔管路中接一個(gè)平衡閥，以防止活塞部件因自重而下滑，并使活塞平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)[2]。此平衡閥的設(shè)定壓力取決于負(fù)載的重量及摩擦力大小等其他因素，并且因平衡閥存在內(nèi)泄漏，此平衡回路只適用于重物位置短時(shí)間鎖定，長(zhǎng)時(shí)間鎖緊必須設(shè)計(jì)額外回路持續(xù)供給液壓缸壓力油。

圖2 液壓控制回路

用一組由一個(gè)疊加式三位四通電磁換向閥、一個(gè)疊加式雙單向節(jié)流閥和一個(gè)疊加式液控單向閥組成的液壓回路來實(shí)現(xiàn)平衡缸快速上升。電磁鐵Y1、Y2b 得電，Y2a、Y3 失電，換向閥的壓油腔P 腔通A腔，回油腔T 腔通B 腔，壓力油經(jīng)過三位四通電磁換向閥、疊加式雙單向節(jié)流閥以及液控單向閥供給回路壓力油，再經(jīng)過單向閥將14 MPa 高壓油送至柱塞式平衡缸，實(shí)現(xiàn)平衡、縱向鎖緊的功能，溢流閥及單向閥安裝在閥站出口。電磁鐵Y1、Y2b 得電，Y2a、Y3 失電，溢流閥及單向閥組成平衡回路，平衡缸處于低壓平衡狀態(tài)，低壓平衡狀態(tài)為上輥平衡裝置的調(diào)整狀態(tài)之一，當(dāng)輥距減小，平衡裝置被迫下調(diào)，此低壓狀態(tài)既可以保證平衡裝置不會(huì)自由下落，也可釋放掉因調(diào)整機(jī)構(gòu)絲桿擠壓上輥平衡裝置而使液壓缸上升的壓力，所產(chǎn)生的高壓油通過溢流閥泄到到疊加閥。因電磁鐵Y2b 得電，液控單向閥被打開，溢流閥的回油經(jīng)液控單向閥、疊加式雙單向節(jié)流閥及三位四通電磁換向閥回油。因電磁鐵Y1 得電，電磁球閥1.1的A 腔通T 腔，溢流閥回油也可經(jīng)電磁球閥回油。溢流閥的設(shè)定壓力調(diào)定值只需比上輥平衡裝置自重以及摩擦等其他因素所產(chǎn)生的壓力高出1 MPa 即可，可在調(diào)試時(shí)調(diào)定此壓力。壓力傳感器用來監(jiān)測(cè)并向PLC 反饋縱向鎖緊以及低壓平衡信號(hào)，向下調(diào)整時(shí)，當(dāng)壓力持續(xù)上升并超過溢流閥設(shè)定值，報(bào)警并停止壓下，并查找溢流閥無法打開的原因。

穿孔機(jī)上軋輥受力比較復(fù)雜，加上滑道磨損等因素，平衡缸需要的平衡力將更大，14 MPa 壓力已經(jīng)不能完全保證平衡缸完全提升并鎖緊。設(shè)計(jì)一組由一個(gè)疊加式電磁球閥、疊加式減壓閥組成的液壓回路來向上軋輥平衡缸提供持續(xù)、高壓、穩(wěn)定的壓力油。電磁鐵Y1、Y2a、Y2b、Y3 均失電，高壓油經(jīng)疊加式電磁球閥、疊加式減壓閥供給回路壓力油，再經(jīng)過單向閥將25 MPa 高壓油送至柱塞式平衡缸，達(dá)到高壓平衡、鎖緊的目的。壓力傳感器用來監(jiān)測(cè)并向PLC反饋高壓平衡鎖緊信號(hào)?？焖偬嵘y組疊加有液控單向閥，可阻斷快高壓平衡鎖緊閥液壓油進(jìn)入到快速提升回路系統(tǒng)[3-5]。

軋輥屬于消耗件，當(dāng)軋輥到達(dá)一定的使用工況后，需要更換或者維修，必須使上軋輥平衡缸的液壓油完全泄壓之后方可進(jìn)行下一步操作，以免造成人員或者設(shè)備損壞?？捎靡唤M由一個(gè)疊加式電磁球閥、節(jié)流閥和閥板組成的液壓回路來完成平衡缸的泄油。電磁鐵Y1、Y3 得電，Y2a、Y2b 失電，高壓油被阻斷，電磁球閥的A 腔通T 腔，平衡缸液壓油通過閥板、節(jié)流閥以及電磁球閥回油，整個(gè)回路處于泄壓狀態(tài)，上輥下降至最低位，可進(jìn)行換輥或者維修。

本設(shè)計(jì)Φ258 穿孔機(jī)上輥平衡缸液壓控制回路能夠能夠?qū)崿F(xiàn)軋制過程的高壓鎖緊、檢修以及換輥后快速提升、輥距調(diào)整時(shí)向上調(diào)整跟隨、向下調(diào)整安全溢流、碾軋角調(diào)整時(shí)縱向位置保持，能夠?qū)崿F(xiàn)檢修以及換輥時(shí)的快速卸荷。

3 結(jié)論

本文所述液壓回路是一種可實(shí)現(xiàn)高低壓切換的背壓回路，通過三組液壓回路實(shí)現(xiàn)液壓缸高壓平衡鎖緊、低壓背壓調(diào)整、卸荷，能夠根據(jù)實(shí)際使用工況調(diào)整背壓大小。Φ258 穿孔機(jī)上輥平衡缸液壓回路與以往回路相比，解決了更多工藝控制問題，使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)可靠，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。