液压定心机三级调压回路的应用及故障处理.pdf

2 0 1 3年 2月 第 4 l 卷 第 4期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I CS F e b ． 2 01 3 V0 1 ． 41 No ． 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 4 ． 048 液压定心机三级调压 回路的应用及故障处理 张帆 ，莫士广 1 ．天津冶金职业技术学院，天津 3 0 0 4 0 0 ； 2 ． 天津钢管集团有限公司，天津 3 0 0 3 0 1 摘要在无缝钢管生产中，定心机是对出炉后管坯进行冲孔定心的重要设备，其工作过程采用机电液联合控制。详细 介绍该定心机的夹模液压控制原理，分析 P L C控制的三级调压回路的应用、典型故障分析及处理方法。 关键词定心机 ；三级调压回路；P L C控制；故障排除 中图分类号 T H1 6 5． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 41 5 0 3 随着生产自动化程度和控制精度的提高，机电液 一 体化技术渗透到了各行各业。许多钢铁企业的一些 自动化生产线中，都大量用到了机电液联合控制技 术。在大无缝的 MP M轧管机组 ，其定心机的工作过 程就是采用机电液相结合，该控制方式实现了自动化 连续生产，具有操作方便 、动作可靠、响应快等优 点 ，但由于 电液控制系统 的故 障比较复杂，不易排 除，从而给 日常生产维护带来了一定难度。作者针对 定心机在工作过程中电液控制系统的典型故障进行分 析及处理 。 1 热定心工艺简介 无缝钢管热轧生产线上的管坯定心机，布置在环 形加热炉至穿孔机之间。其作用是在管坯出炉后进穿 孔机之前，在管坯的端部冲一个孔 ，即定心。管坯定 心使顶头能从管坯端面中心部位穿入 ，改善穿孔的咬 入条件，减小毛管前端的壁厚不均 ，提高荒管壁厚的 均匀性，保证了产品质量。 该定心机为立式 自对 中定心机，结构如 图 1所 示，由机架、夹紧装置、自对中装置 、冲头及驱动液 压缸组 成。 图 1 定心机工作结构示意图 l 一夹 紧缸 2 --上 滑块 卜 下 滑块 4 --连 杆 -- 冲头 6 _ 滑道 7 一 定心缸 其主要控制过程为由热检测信号控制将加热后 的管坯拨到定心机一位置信号检测管坯到位后，夹紧 缸带动夹模夹紧管坯一 压力信 号检测管坯夹 紧后 包括增压完成 ，控制定心冲头对管坯前端面冲孔 定心一定心冲头由延时控制返回一位置信号检测定心 缸返回到位后 ，夹紧缸抬起一位置信号检测夹紧缸到 位后，控制拨叉将定心后的管坯拨出定心机送往穿孔 机 。 2夹模液压控制原理 图 2为夹模 液压控制原理 图 ，夹 紧缸 的供油 由低 压和高压两套供油系统完成 ，其夹紧与返回动作 由 S N H1 7 0 0型的螺杆泵 q 1 3 5 0 L ／ m i n 供给低压大 流量液压油 。为了达到 3 M N的夹紧力 ，保 证定心 时 管坯被夹紧 ，该夹紧缸夹紧后再由增压缸增压，增压 缸的供油由高压供油系统完成。此外系统中所有控制 油也来 自于高压供油系统。 1 夹紧缸的低压供油回路 夹紧缸工作前 ，电磁阀 1 Y A失电，插装阀 1打 开，低压大流量液压油经插装阀 1 直接回油，系统处 于卸荷状态 。 ① 夹紧缸夹紧动作 快速下降、慢速夹紧 快速下降。电磁阀 1 Y A、 2 Y A 、3 Y A得电，插装 阀 1 关闭，插装阀2 、3同时打开，低压大流量液压 油经插装阀 2 进入夹 紧缸无杆腔 ，夹紧缸有杆腔 回油 经插装阀3回到主供油回路 ，再经插装阀2进入到夹 紧缸无杆腔，形成差动连接回路 ，实现快速下降。 慢速夹紧。当夹紧缸下降即将到位时，由 P L C 延 时控制 电磁 阀 3 Y A失 电、6 Y A得 电 ，插 装 阀 3 关 闭，液控单向阀打开，切断差动连接，夹紧缸有杆腔 油液经液控单向阀回油箱，实现慢速夹紧，避免速度 过快 而将管坯砸瘪 。 ② 夹紧缸返 回动作 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 3 1 作者简介张帆 1 9 7 6 一 ，女，硕士，讲师 ，主要从事液压与气动方面的科研和教学工作。Ema i l z h a n g f a n 一 1 8 6 1 6 3． t o m。 第 4期 张帆 等液压定心机三级调压回路的应用及故障处理 1 5 1 图2 夹模液压控制回路 电磁 阀 1 Y A得 电、2 Y A失 电 、3 Y A 得 电 、4 Y A 得电，插装阀2关闭，插装阀3 、4打开，低压大流 量液压油经插装阀3进入夹紧缸有杆腔 ，夹紧缸无杆 腔油液经插装阀4回油箱。当 5 Y A得电，插装阀 4 、 5同时打开，夹紧缸无杆腔油液经插装阀 4 、5同时 回油箱，速度加快。 2 夹紧缸的高压增压 回路 当夹模夹住管坯后，低压系统处于保压状态 ，由 高压系统继续供油增压。首先选定三级调压的任一挡 压力，高压油经过三级调压后，电磁 阀 6 Y A得 电， 插装阀 7 关闭，插装阀8打开 ，高压油经插装阀8进 入增压缸大腔，增压缸活塞杆伸出，增压缸小腔油液 增压后经插装阀 l 0进入夹紧缸无杆腔，实现对夹模 的增压 其增压 比kD ／ d 2 5 0 ／ 1 8 0 。 1 ． 9 3 。 增压完毕 由压力信号检测，控制定心机冲头动作。 增压 缸 的返 回。 电磁 阀 8 Y A得 电 、6 Y A 失 电、 插装阀8 、1 O关闭，插装阀 9 、7打开 ，高压油经插 装 阀 9进入增压缸小腔 ，大腔 回油经 由插装 阀 7回到 油箱 。 3 手动加压回路 当增压系统出现问题 、不能对夹紧缸增压时，可 由人为干预进行强制加压。按住电磁阀 1 1按钮 ，插 装阀 1 1 打开，经三级调压后的高压油可超越增压缸 回路直接给夹紧缸加以高压 ，此时供给夹紧缸的高压 油为三级调压后 的实 际压力 ，并 未经 过增压 缸增 压 。 单 向阀 电磁阀 1 1 不能 自锁，当人为干预撤销后，手动加压 即告结束 。 3三级调压回路控制原理 1 液压控制原理 图3为三级调压液压控制回路，此回路中三位四 通换 向阀 的 3个 位 分 别 对 应 于 3个 直 动 型 溢 流 阀 D B D S 6 K 1 X型力士乐生产 ，当电磁换向阀的电磁 铁 a 失 电、b失 电时，溢流 阀 1起作用，为高挡压 力；当电磁铁 a得电、b失电时，溢流阀 2起作用， 为低挡压力 ；当电磁铁 a 失电、b得电时，溢流阀 3 起作用，为中挡压力。但调整时要注意溢流阀1的压 力必须高于溢流 阀 2和 3 ，否则溢 流 阀 2或 3不 起作 用。3个挡位 由工人根据经 验手动选 择 ，以适用 现场 不同钢级和 品种 的需要 。 高 压 油 图 3 三级调压液压原理图 1 5 2 机床与液压 第 4 1 卷 2 P L C控制原理 图4为三级调压 P L C控制原理图。当电磁铁 a 得 电时， O B 一 0 0 3 0 1闭合 ，O B 一 0 0 3 0 2常闭，溢流阀2 起 作用 ，夹模选用低挡压力 ，P L C设定压力比较值为 2 5 0 ；当电磁 铁 b得 电 时，O B 一 0 0 3 0 2闭合 ，O B 一 0 0 3 0 1 常闭，溢流阀 3起作用，夹模选用中挡压力 ， 0B 一0 0301 0B_00 30 2 B St z 0 B 0 0 3 l P L C设 定压力 比较值 为 9 0 0 ；当 电磁铁 a失 电、b失 电时 ， O B 一 0 0 3 0 1和 O B 一 0 0 3 0 2都处 于 常 闭状 态 ，溢 流阀 1 起作用，夹模选用高挡压力 ，P L C设定压力 比 较值为 1 2 0 0 。无论选用哪一挡 ，只要压力达到 P L C 设定的比较值，就会进入下一个步序。I B 一 1 0 5 7 3闭 合时为手动加 压程序 ，P L C设定压力 比较值为 5 0 0 。 0 2 0B一00 3 01 B S t l 0 S 8 L S 。 l s l 【 I I I l } L ， r I B e 2 晴 t n u W P r * S 1 _ { - _ _ 1} _ 一 r c k l r． “ -- 1- - ⋯r 可 一 r r ● ● 上 一 01 0 1 1 _0 030 2 B S t l 0 S 8 Y B S 0 L s ． i s ． 1 I l ● I I I l B t z - _ - n u V ／F r0 I I _ _ W I r S t 1 伯 I e 一 I s a L I l P r e s 。 1 _ - 卟 I n u I B l 0 5 _ 1 I 图4 三级调压 P L C控制原理图 4 定心机夹模液压系统故障分析及排除 1 故障现象 在热轧生产线中，定心机夹模液压系统以自动模 式使用中挡压力工作。在一次生产过程中，发现夹紧 缸下降到位后，定心冲头不动作，操作台指示灯闪烁 报警 ，显示夹模夹紧压力低 。改换手 动模式操作 ，强 制手动加压按钮 ，也不起作用，定心冲头仍不动作。 机电人员停机检查 ，仍不能解决，随后当班操作人员 先改用低挡压力维持生产，此次故障造成生产线停机 4 0 m i n ，造成 了一定 的经济损失。 ’ 2 故障分析 夹模 在夹 紧时 ，首 先 由低压 系统 供 油将 夹模 夹 紧到位 ，再 由增压 缸增 压 ，同时在 夹 紧 回路 中设 置 一 压力采集点 ，采集到 的夹 紧压力 由压力传感器 型号 E D S 1 7 0 0 H D Y I C 转化成 P L C可识别 的数 字 信号，当压力达到 P L C设定的比较值时 ，程序认为 夹紧动作完成 ，可执行冲头定心的动作 ；若压力达 不 到 P L C设定 的 比较值 ，则程 序认 为夹模 缸没 有夹 紧 ，条件不 满足 ，不会 进入 下一 步序 ，显示 压 力低 报 警 。 此次故 障时使用 中挡压力 ，出现压力低报警 ，说 明当时压力传感器采集到的压力没有达到 P L C设定 的9 0 0数值，溢流阀 3的压力偏低，使用手动管路加 压 也不会起作用 ，因为手动加压 的压力也来 自于三级 调压 的溢 流阀 3 。 根 据经 验 ，中挡 压力 的使 用范 围可在 2 ． 8～ 4 ． 2 MP a 之 间甚至更大 的范 围内调整 ，可适用于大部分钢 级 和品种 的坯料 。但程序里 中挡压力设 置成 9 0 0 ，这 就要求液压系统 的中挡压力必须大于 3 ． 8 M P a 才 能满 足要求。而实际使用中，中挡压力又不能高于 4 ． 2 M P a ，否则会将管坯夹瘩。这样中挡实际使用压力就 被限制在 3 ． 8～ 4 ． 2 M P a 之间，使用范围受到严重制 约 ，同时对三级调压 回路 中的溢流阀 3 也 提出了更 高 的要求 ，致使经常出现故障。在随后的检查中发现中 挡实际压力 为 3 ． 8 M P a ，比设定 的理想压 力值有所 下 降 ，从 P L C在线监 控 画面可 以看 到压 力传 感器 传 来 的数值在 8 7 0左右达不到 9 0 0 ，不能满 足 P L C的控制 要求，定心冲头动作的条件不具备，冲头 自然不动 了 。 当改换成低挡 时 ，由溢流 阀 2实际调定的压力为 2 ． 8 M P a ，P L C设 定 的 比较值 为 2 5 0 ，只要 当时低 挡 压力能满足现场需要 ，无论中挡压力如何，溢流阀 3 是否故障，都不会影响低挡压力的使用。 3 故障排除 这次故 障从表 面上看 是 由于 中挡 压 力偏 低 、没 有达 到 P L C的设定值 而造 成 的 。P L C的设 定值 作 为 一 个 比较值 ，只是 一个检 测信 号 ，用来 检 测夹 模 是 否夹紧，作为下一个动作启动的条件 ，并不控制现 场实 际压力大小 ，其 实际压 力 由三 级调 压 的 3个 溢 流 阀决 定 ，P L C比较 值 的 改 变 不 影 响 实 际使 用 效 果 。 根据现 场 实际 情况 ，管坯 已经被 夹 紧 ，这 说 明 P L C程序里中挡压力设置的比较值 9 0 0有些偏高。若 将其改成 6 5 0 ，中挡压力 可调范 围的下限将从 以前 的 3 ． 8 M P a 降低到2 ． 6 M P a ，不但扩大了中挡的适用范 下转第 1 5 4页 1 5 4 机床与液压 第4 l 卷 g K A 卸 m K A K F ／ A 弹簧复位速度 g ／ A K A F ／A ／A 2 比较式 1 、 2 可知 ，由于系统压力 P远大 于 F ／ A，而其他参数都相等 ，则显然 。 ，主阀 芯在一个方 向上 的液动力换 向速度 总是大于 弹簧复位 速度，存在巨大差异。当调小节流阀的开口A 使 g 减小， 变慢以增加换 向时间，可以使启动时液压缸 冲击较小，但 减小会使 q 更小，V 更慢 ，主阀芯 在弹簧力作用下复位时间更长 ，故造成液压缸在反 向 运动后甚至 “ 停不下来 ” ，换向精度低，冲出量大。 反之，为使液压缸按要求停止而开大节流阀的开 口 使 q 增大， 变大 ，则弹簧复位时间减少，但 A 增大，会使 g ， 、 更大，主阀芯在液动力作用下换 向时间更短，使液压缸启动时冲击变大。 2措施 通过以上的分析知道，问题的关键在于油压 P与 F ／ A的差距。故可采取如下措施。 措施一 增大弹簧力 给液动 阀 2换用一对 硬弹簧或增 加垫 片，使 △ p △ p F 。 ／ A 增大 ，同时也就使 △ p △ p P F ／ A 减小 ，缩小 g 与 q 的差距 ，使 主 阀芯 液动力 换向速度接近弹簧复位速度来解决以上问题 。 措施二 调小控制油压 P 电液动换向阀按控制油液的进油、回油方式可分 为 外控外泄 、外控内泄 、内控外泄 和内控 内泄 4种 形式 。通过对 螺堵 7或 8以及螺 堵 9或 1 O的去 留组 合 ，可 以很方便地任意得到所需 的形式 ，图 1 所示 为 内控外泄式，图2为 内控 内泄式 ，图 3为外控外泄 式 ，图 4为外控 内泄式 。 减 r{ 攀 } 1 rj I L 蔼 Ⅲ 埘 lT 山 Y E阀1 l Ⅲ一 P 图3 外控外泄式电 液动换向阀 I 一 r 14 ／ 1 I r Ⅲ 抵 塑 f ． - L一 l T 一 山 螺堵1 0 压 阀l I ～ P 图 4 外控 内泄式 电 液动换向阀 首先将电液动换向阀调整为外控外泄或外控内泄 式 ，然后在外控 口 x与油 口 P之 间设置一减压 阀 1 I ， 如图 3 、4所示，将系统油压P降低后给控制油路供 油。 实际调整过程可先调节节流阀 3 、4，使弹簧 复位时的液压冲击、换向精度达到最佳效果后，将节 流阀锁死，再通过调整减压阀 1 1 使液压缸启动效果 至最佳 压力P调整至 3～ 4 ． 5 M P a 较为理想 。 3 结束语 通过采取以上措施都可以提高电液动换向阀的综 合性能，使液压缸启动、停止的冲击都较小 ，换向精 度较高，但两措施各有特点。 措施 1 适 用于电液动换 向阀的 4种形式 ，但适应 性差、烦琐，因为当系统油压 P调整了，又得更换弹 簧或调整垫片厚度，同时，频繁拆卸液压元件也易造 成灰尘杂质侵入液压系统。 措施 2只适用于外控外 泄和外控 内泄式 电液动换 向阀，通过调节减压阀能很方便地适应系统油压 P的 变化 ，同时可 明显减小液体流动时的液压冲击 与电液 动换向阀的泄漏 ，工作中优先推荐采用。但该措施增 加了一个减压阀，成本相对增高。 参考文献 【 1 】 李芝． 液压传动[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 6 ． 【 2 】 杨培元 ， 朱福元． 液压系统设计简明手册[ M] ． 北京 机 械工业出版社， 1 9 9 5 ． 上接第 1 5 2页 围，还可避免再次出现类似故障。经过调整后，定心 机在使用过程中再也没有出现过此类事故。 5结论 在实际生产 中，机 电设备控制参数应 以现场需要 为依据 ，服务 于现场 。该定 心机 在初期 使用过 程 中 ， 经常出现中挡压力低不能正常定心的情况 ，造成三级 调压的功能不能正常使用，每次更换规格品种或压力 状况不理想时需要工人手动调整压力值，费时费力 ， 人为增加了工作量。后来经过对三级调压的反复调整 试验 ，总结出各 挡 位压 力 经 验值 低 挡 2 ． 8 M P a左 右 ，中挡 4 ． 0 M P a 左右 ，高挡 7 ． 0 M P a 最为宜。同时 找到了中挡压力受限制于 P L C设定 的比较值 9 0 0而 不能正常发挥作用的原因。这一问题圆满解决后 ，该 系统运行平稳可靠，从而保证了整个 自动生产线的正 常生产 。 参考文献 【 1 】 李群， 高秀华． 钢管生产 [ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 08． 【 2 】 童强． 液压定心机的改进[ J ] ． 钢管， 1 9 9 7 3 4 1 4 3 ． 【 3 】 徐灵． 典型液压系统故障的排除 [ J ] ． 浙江冶金， 2 0 0 4 2 3 8 4 0 ． 【 4 】 中国金属学会热轧板带学术委员会． 中国热轧宽带钢轧 机及生产技术[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 0 2 ． 【 5 】 于俊． 大管坯热定心机投产[ J ] ． 轧钢， 1 9 8 7 5 6 3 6 4