矫直机中的液压控制系统原理.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 1年 第 1 1期 矫直机中的液压控制系统原理 宁艳春 韩 艳 烟台未来 自动装备有限责任公司 ， 山东烟台 2 6 4 0 0 2 摘要 在钢材的压力加工过程 中， 轧件 由于受轧制 、 冷却 、 运输或热处理过程中的诸多 因素影响会产生弯曲而影响产 品质量。为 了消 除这些弯曲缺 陷， 轧件需要在矫直机上进行矫直。本文简单介绍了六辊液压矫直机液压系统的设计原理 、 实现功能 ， 及其工作流程。 关键词 弯 曲； 六辊液压矫直机 ； 设计原理 中图分类号 T H1 3 7 ．7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 1 1 - 0 0 6 6 0 3 S t r a i g h t e n i n g M a c h i n e i n t h e Hy d r a u l i c Co n t r o l S y s t e m P r i nc i p l e NI N G Ya h c h u n HAN Ya h Y a n t a i F u t u r e A u t o m a t i c E q u i p m e n t s C o ． ， L t d ． ，Y a n t a i 2 6 4 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t P r e s s u r e i n s t e e l p r o c e s s i n g ， r o l l i n g d u e t o r o l t i n g ，c o o l i n g ， t r a n s p o r t o r t r e a t me n t p r o c e s s w i l l p r o d u c e b e n d i n g a n d ma n y o t h e r f a c t o r s a f f e c t p r o d u c t q u a l i t y ． T o a d d r e s s t h e s e s h o r t c o mi n g s b e n d i n g ， r o l l i n g o n t h e n e e d f o r s t r a i g h t e n i n g s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e ． T h i s a rt i c l e i n t r o d u c e s t h e s i x r o l l e r s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e h y d r a u l i c s y s t e m h y d r a u l i c d e s i g n p ri n c i p l e s t o a c h i e v e f u n c t i o n a l ， a n d i t s w o r k fl o w． Ke y W o r d s b e n d i n g ； s i x h i g h h y d r a u l i c s t r a i g h t e n i n g ma c h i n e ； d e s i g n p rin c i p l e s O 引言 本文着重六辊矫直机的快开式油路 的设计 ．该机 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 3 0 作者简介 宁艳春 1 9 7 0 一 ， 女 ， 山东省烟 台市人 ， 本科 ， 工程师 ， 主要从事 气阀 、 气控 、 液压系统设计及现场维护工作 。 装有上下三组矫正辊 ， 其中三组中的下辊为主动辊 ， 上 辊为从动辊。人 口上下辊 ， 出口上下辊 ， 中间上辊竖直 方 向的运动分别由液压缸驱动 ，三个主动辊的转动由 电动机带动。每组矫正辊前加装光电开关用 以即时感 应是否有管箍或管螺纹通过 ，当管材 由输送线输送到 整机入 口处 ，液压动力依次带动入 口上下辊 ．中间上 满足要求。 2 开锁压力的验算。 工作时开锁要克服的力 是由密封圈与 自锁体的 摩擦力 和弹簧力 组成。根据气缸最低启动标准压 力标准 ． 得 出 A o ． 0 6 x 2 5 x 3 ． 1 4 1 1 7 N 而 ． 为 1 0 0 N。 故 2 1 7 N 制动活塞的直径为 5 0 mm， 制动锁直径 2 2 r n m， 则制 动活塞的受力面积为 J s 1 T 尺 一 r 2 3 ． 1 4 x 2 5 2 - l 1 1 5 8 2 ． 5 6 mm 所以需要的启动压力 PF 2 k S 2 1 7 ＼ 1 5 8 2 ． 5 6 。 0． 1 3 71 7 MPa 0． 2MP a 66 符合预设的参数值。 4 总结 此系列产品将在一些特定场合得到应用 ，丰富了 原有的气缸系列， 为气动产品的应用拓宽了领域。 参 考文 献 ⋯ 1 路甬祥． 液压气动技术 -T - - [ M ] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2． [ 2 】 成大先． 机械设计手册 第 四版第 2卷 【 M】 ． 北京 化学工业出 版社． 2 0 0 2 ． 【 3 】 成大先． 机械设计手册 第 四版第 5卷 【 M】 ． 北京 化学工业出 版社． 2 0 0 2 ． [4 ] 张志凌． 大型定位气缸技术与应用叨． 液压气动与密封,2 0 1 0 2 ． [ 5 】 左健 民． 液压与气压传 动【 M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 6 】 王正祥． 浅谈气动产品中弹簧的设计【 J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 1 1 ． [ 7 】 日本 S MC公司编． 现代实用气动技术 第 三版 [ M 】 ． 北京 机 械工业出版社 ． 2 o 0 8 ． Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N o ． 1 1 ． 2 0 1 1 辊 ， 出口上下辊迅速开启 ， 管箍或管螺纹通过后上下辊 同时夹紧以实现矫直 目的。本文的研究结论在生产现 场得到了验证 ，为企业取得 良好的经济效益提供 了可 靠的技术基础 1 矫直原理 矫直机应用于金属棒材 、 管材 、 线材等的矫直 ， 是 通过矫直辊对棒材等进行挤压 ，使其改变直线度 的压 力矫直设备 。斜辊矫直机因其对矫直各个方位 的纵剖 面弯 曲的适应性更高 ， 能大大提高矫直质量及合格率 ， 并具有矫直速度快 、 生产效率高 、 操作方便 、 工作可靠 的特点 ， 也是油 田修复弯曲油管 、 套管 、 抽油杆及钻杆 的理想设备。斜辊式矫直机矫直原理如图 1 所示 。 图 1 斜 辊矫 直 腺 理 图 1 反映了钢管在轧辊下的受力情况 ，轧辊采用 渐开 曲线设计[3 1 ， 上下分布 ， 互成倾角设置。当管材进入 主机体后 ， 矫正辊轮同时“ 夹持” 并旋转被校管材 ， 使被 校管材在螺旋前进 中各 断面受到多次弹塑性变形 ， 最 终消除各方面的弯曲和断面的椭圆度。 2 六辊矫直机基本性能参数 1 矫正辊数 目。共计 6个矫正辊 ， 上下各 3个辊 ， 其中下面 3辊又是主动辊。除下面中间辊外 ， 其余 5辊 压下或退 回动作 ， 分别由各 自的液压缸驱动。 2 主动辊驱动。主动辊 由电动机驱动， 驱动 电动 机功率为 5 3 K W， 减速器速比为 1 4 ． 1 5 x l 1 。 3 矫正速度 。矫正速度即钢管轴 向移动速度 ， 为 2 0 0 mn d s 。 4 矫正辊倾角调整范围为 2 7 。 ～ 3 3 。 。 5 矫 正 管 材 范 围 为 4 1 ／ 2 、 3 1 ， 2 、 2 7 ／ 8 、 2 3 ／ 8 。 6 管材矫正前不直度允差为≤5 0 mn d m。 7 管材材质屈服极限为 5 5 0 x 1 0 N ／ m 。 8 矫正精度 ≤1 ． 5 m m ／ m。 9 最大轧制力为 6 4 7 k N。 1 0 液压缸行程为 3 5 m m。 1 1 矫正辊快退 、 快进速度为 V 8 0 mm ／ s 。 1 2 液压站的公称压力为 1 2 ． 5 MP a 。 3 制定液压控制 回路形式 本系统要求上下液压缸 同时夹紧油管 ，故选择 同 步控制回路 。 同步回路是实现多个执行元件以相 同的位移或相 等的速度运动的回路。随着液压技术在工程领域中的 应用 日益扩大 ，大型设备负载能力增加或 因布局的关 系 ， 需要多个执行元件同时驱动一工作部件 ， 同步运动 就显得更为突出。 流量同步是通过流量控制阀控制进入或流 出液压 缸的流量 ，使液压缸活塞运动速度相等 ，实现速度同 步。在各液压缸的回油路上装上单向节流阀， 调节节流 阀的流量达到近似的速度同步 ，节流阀同步回路液压 系统简单 、 成本低 ， 可以调速和实现多液压缸的同步。 4 制定压力控制方案 液压执行元件工作时 ，要求系统保持一定 的工作 压力或在一定压力范围内工作 。也有 的需要多级或无 级连续地调节压力 ， 一般在节流调速系统 中， 通常由定 量泵供油 ， 用溢流阀调节所需压力 ， 并保持恒定。容积 节流调速采用变量泵供油 。节流阀或调速阀控制流人 或流 出 执行元件的流量 ， 使泵的流量与执行元件所 需的流量相适应。优点是无溢流损失 ，速度负载特性 好 ， 效率高。 在有些液压系统中， 有时需要流量不大的高压油 ， 这时可考虑用增压 回路得到高压 ． 而不用单设高压泵。 液压执行元件在工作循环中 ． 某段时问不需要供油 ， 而 又不便停泵的情况下 ， 需考虑选择卸荷 回路 。在本系统 中， 采用变量泵供油 ， 节流阀控制元件流量 。 5 制定液压控制原理 上下轧辊的快速开启关闭是本套液压油管矫直机 的一大特点 ， 要达到这一特性 ． 泵站的瞬时流量就会很 大 ， 故采用蓄能器实现快速 动作 ， 蓄能器的设计既大量 地节省 了能源 ，又有效地缓解 了液压系统 中的冲击和 脉动 。另外 回油管路设置了单 向阀， 增加 了回油背压 ， 使系统运行平稳 ，该原理图中所有涂黑的截止阀在系 统的初始状态都处于截止状态。 液压系统图原理如图 2所示 。 电磁溢流阀处于常开状态 ．启动 电动机则液压泵 无负载启动。电磁铁 Yl得电． 系统起压 ， 系统可以正常 工作。等待人工上料 ， 当油管管箍 或管螺纹 通过光电 开关 1时， 光电开关发讯给 P L C， 电磁铁 Y 4和 Y 6同时 得电，泵及蓄能器 内的液压油推动人 口上下液压缸同 6 7 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 1年 第 1 1期 时相背运动 ， 人 口上下辊快速打开 ， 使 油管通过 ， 延 时 6 s 后 ， 待油管管箍 或管螺纹 通过后 ， Y 4与 Y 6断电 ， Y 3 、 Y 5同时得电， 人 口上下缸同时相向运动 ， 人 口上下 辊夹紧油管 ， 实现矫直功能 ； 当油管管箍 或管螺纹 通 过光 电开关 2时 ， 电磁铁 Y8得电 ， 中间上辊液压缸也 开始向上动作 。 快速打开 中间上辊在一 、 二组下主动辊 带动下继续前行 ； 当油管管箍 或管螺纹 通过光电开关 3时． 电磁铁 YI O与 Y1 2同时得电． 出口上下辊快速打 开 ， 经 6 s 延时 ， 待油管管箍 或 管螺纹 通过后 YI O与 Y1 2断电， Y 9 、 Y1 1同时得 电， 出口上下辊也夹紧油管 ， 此时， 3对 6轧辊同时矫直油管。 油管继续前进 。 当油管 另一端管箍 或管螺纹 通过光电开关 1 时 ， 电磁铁 Y 4 ， Y 6同时得电， 人口上下辊快速打开使得油管通过 。 此时 其他 4辊仍处于矫直状态 ， 当管箍 或管螺纹 通过光电 开关 2时 ， 中间上辊迅速开启 ， 油管通过 ， 当管箍 或管 螺纹 通过光电开关 3时 ， 出 口上下辊迅速开启 ， 油管通 过，矫直过程是连续的 ，送料 口会不断有待矫油管送 出， 油管矫直完毕由输送装置送入矫直完毕工位 。 图2系统控制原理图 6结 论 1 本文在参考了很多相关资料的基础上 ， 利用现 代控制理论知识 ，对于斜辊矫直机的液压系统及 自动 控制部分的内容进行了合理的设计 。 2 本文 的设计在安装调试后 ， 取得了较好的控制 效果 ， 完全满足了生产工艺的控制要求。本文的工作为 企 业取得 良好的经济效益提供 了可靠的技术基础 ， 同 时对于现代控制理论在工业现场的应用研究具有一定 的参考价值 ，对于 国内同类轧机改造工作提供 了参考 依据。 3 斜辊矫直机液压 系统 的改进实现了快开进料 的功能 。 满足了工艺生产的要求 ， 获得了较高的控制精 度和控制效果。 6 8 参 考 文 献 【 1 】 崔甫． 矫直原理与矫直机械【 M 】 ． 北京 冶金工业 出版社， 2 0 0 5 ． [ 2 】 李强， 杨文志， 苏凤岐． 6 x 1 5 0 0六辊管材矫直机矫直力 的测试 研究[ J 】 ． 包头钢铁学院学报， 1 9 9 4 2 ． 【 3 ] 王俊， 王新 昌， 马克敏． 斜辊矫 直机 矫直辊回转力矩计算[ J ] ． 冶 金设备． 1 9 9 8 1 ． [ 4 ] 雷 天觉 ． 新编液 压工程手册【 M 】 ． 北 京 北 京理工大学 出版社， 1 9 9 8 ． 【 5 ] 官忠范． 液压传动系统【 M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 6 ． 【 6 ] 左健民． 液压与气压传动【 M】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 5 ． 【 7 ] 王玉卿． 工程机械实用液压传 动【 M 】 ． 北 京 机械工 业出版社 ， 20 02．