热轧带钢插装阀控制液压系统故障原因分析与应对措施

李 亘 张 宁

(山东莱钢板带厂 山东莱芜 271104)

莱钢620mm热轧窄带线液压系统全部采用插装阀控制形式，插装阀以其通流量大、抗污染强、集成化高、体积小为主要特点，是近年来发展起来的一种新型液压元件，主要由插件、阀块、先导控制部分组成，但是带钢车间轧线插装阀液压系统多年的轧线窜油问题仍然存在，即操作一个换辊缸时另一个换辊缸动作，或者上辊平衡瞬时往下落后再上升。通过对设备现状的认真分析和系统原理论证，笔者对轧线插装阀液压系统进行改造，避免此类问题的发生，减低事故发生率，减少换辊时间，保障安生生产。

1 轧线液压系统改造技术条件

1.1 轧线液压系统主要设备

1.1.1 动力元件 齿轮泵两台，一台在机，一台备用。型号:CBG－3125;泵的排量:125mL/r;电机转速:1470r/min;泵压力范围:0－25Mpa;系统工作压力:6Mpa;换辊压力:10Mpa。

1.1.2 控制装置 叠加式插装控制阀，二位四通电磁阀。

1.1.3 主要执行元件 液压缸分别为:粗扎换辊缸120/90×2650，4件;精扎换辊缸120/90×2800，7件;粗轧柱塞缸170/140×205，4件;精轧柱塞缸170/140×160，7件。

1.2 运行情况

粗、精轧换辊阀座都为叠加式插装阀控制系统，即每个叠加阀既起到控制元件的功能，又起到连接块和通道的作用，具有复合的控制功能。

叠加式插装控制阀，二位四通电磁阀组成控制系统，通过操作台的操作，控制阀座电磁阀的得电断电以控制先导油路的通断，达到控制主油路的通断使液压缸动作满足工况使用要求。

阀座控制顺序动作情况如图1所示。粗、精轧换辊阀座电磁阀1DT得电换辊缸前进——缸头与轧辊连接，阀座控制打零位——电磁阀2DT得电换辊缸后退轧辊拉出。

图1 未改造前的原理图

1.3 插装阀窜油问题的原因分析

1.3.1 操作一个换辊缸时另一个换辊缸动作的主要原因 由于粗、精轧换辊阀座为叠加式插装阀控制系统，每个叠加阀既起到控制元件的功能，又起到连接块和通道的作用，原设计存在缺陷，粗轧换辊阀座在电磁阀零位时上图插装阀1，2经控制压力油封闭，插装阀3，4仅靠弹簧封闭阀芯，叠加在一起的另一控制块运行时，叠加式插装阀通道里的回油压力大于弹簧力，回油顶开阀芯4通油到无杆腔，液压缸杠杆推出。回油压力太大，阀座结构不合理这就是粗，精轧换辊缸串油，动一个液压缸另一个也动的原因。

1.3.2 操作一个换辊缸时上辊平衡瞬时往下落后再上升的主要原因 操作一个换辊缸时上辊平衡瞬时往下落后再上升的主要原因是瞬间流量不够造成，当轧线多个换辊缸动作时，泵站压力变化范围很大，齿轮泵输出流量瞬时不够多个换辊缸的需求流量，系统又是同一压力管路，上辊平衡电磁阀在上升位时，多个换辊缸动作，系统流量瞬间趋向于换辊缸，换辊时流量不足造成上辊平衡瞬间下落后再上升。

2 热轧带钢轧线插装阀控制液压系统的改造与应用的主要内容

2.1 改造阀座

经过科学分析对阀座、功能块进行认真研究，改变电磁阀的结构形式从而改变控制系统，用三位四通、中位为P型机能的电磁阀代替原二位四通电磁阀，阀座、功能块不变可以从控制系统上解决以上串油，改造后原理图如图2所示。

图2 改造后的原理图

粗、精轧换辊阀座其中一个在两电磁阀打零位时插装阀1，2，3，4经控制压力油全部封闭，没有油液进入液压缸，液压缸不动作。叠加在一起的另一控制块运行时对此控制块没有影响。

运行情况:三位四通电磁阀3DT、6DT同时得电换辊缸前进——缸头与轧辊连接，阀座控制打零位——电磁阀4DT、5 DT得电换辊缸后退轧辊拉出。

前期对R1前送料辊阀座进行了改造，R1前送料辊阀座改造与粗、精轧换辊阀座液压原理相同，电磁阀零位时上图插装阀1，2，3，4经控制压力油封闭。三位四通电磁阀3DT、6 DT得电液压缸上升——4DT、5 DT得电液压缸下降——调节送料辊压下的高度到工艺要求的高度打零位，对液压缸保压。解决了以前因R1前送料辊自重下落，电磁阀1DT一直得电，阀芯2，3打开液压缸无杆腔一直通压力油，使液压缸活塞、密封一直承受压力，造成液压缸活塞密封损坏缸内泄，端盖密封损坏漏油更换频繁等情况。根据对R1前送料辊阀座改造的成功，对粗、精轧换辊阀座的窜油攻关积累了经验。

2.2 解决回油阻力过大问题

回油阻力过大也是窜油的一主要原因，在原因分析中已说明，解决回油阻力过大的主要措施:(1)原泵站溢流回油与主回油管连接在一起，现将溢流回油与主回油管分开，直接接回油箱。(2)去除回油过滤，减少回油阻力，增设独立过滤系统。(3)将粗精轧的回油管分开，分别接回油箱。

2.3 解决换辊时流量不足造成上辊平衡瞬间下落后再上升，换辊时同时开两台泵补充流量不足

每台泵的理论流量为:Q=qn=125mL/r×1470r/min=183750mL/min=183.75L/min，考虑流量损失，(按10%损耗)，则泵实际流量:Q=183.75/1.1=166.5L/min。

计算换辊缸前进时所需流量最大。

精轧换辊缸前进时最大速度:V1=140mm/s。

粗轧换辊缸前进时最大速度:V2=132mm/s。

单个精轧换辊缸前进所需最大流量:

Q1=V1A1=140mm/s×3.14×120mm×120mm ×60÷4=94.9L/min。

单个粗轧换辊缸前进所需最大流量:

Q2=V1A1=132mm/s×3.14×120mm×120mm ×60÷4=89.5L/min。

当一粗轧换辊缸和一精轧换辊缸同时动作时，瞬间所需流量为Q1+Q2=184.4 L/min＞泵实际流量Q=166.5L/min。

当两个精轧换辊缸同时动作时，瞬间所需流量为2Q1=189.8＞泵实际流量Q=166.5L/min。

当两个粗轧换辊缸同时动作时，瞬间所需流量为2Q2=179＞泵实际流量Q=166.5L/min。

由以上计算可知换辊时开一台泵无法保证轧线需求流量。

当换辊时开两台泵，系统提供实际流量为2Q=333 L/min，可保证同时精轧3台换辊缸动作，或两台精轧换辊缸加一台粗轧换辊缸动作，实际情况换辊时最多同时动作的缸如上。所以即使在上辊平衡的上辊平衡电磁阀在上升位时，也能保证换辊缸的流量供给，不会出现换辊时流量不足造成上辊平衡瞬间下落后再上升的情况。

2.4 规范操作

当换辊缸、上辊平衡缸完成一个动作或不用时，操作手柄应打零位，电磁阀不得电，油路断开避免阀座改造后窜油可能性。

3 验证试验及结果

自轧线液压系统改造及应用以来有效地解决了困扰带钢车间轧线液压系统多年的轧线窜油问题，解除因窜油带来的安全隐患。降低事故发生率，减少换辊时间，保障安生生产。保证了设备的稳定运行，设备的稳定运行则保证了生产的顺行，解决了生产中的问题。

4 总体技术比较及技术创新点

对于叠加式插装阀控制系统，它具有集成性高，通流大的特点，每个叠加阀既起到控制元件的功能，又起到连接块和通道的作用，对于其特点，在设备运行中，会出现窜油现象的发生，此次改造针对插装阀芯由控制压力油控制启闭的特点，利用原有设备进行巧妙的改造和通过缓解回油压力过高及增大系统流量的改造，有效地解决了轧线阀组窜油引起的液压设备联动的危险。