集卷站内芯棒升降液压系统优化设计

吴远会

（中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京210019）

0 引言

集卷站是高速线材生产线上的关键设备。集卷站若不能稳定运行，就会影响整个工艺过程的生产节奏，继而降低产品产量。整个集卷系统的运行主要靠液压传动和电气控制协同完成，其主要特点是动作程序繁多、联锁控制复杂，这对集卷液压系统控制回路的设计提出了很高的要求［1］。集卷筒内芯棒升降是集卷动作程序的一道重要工序，其液压系统控制回路设计合理与否显得尤为关键。本文将对某高速线材厂集卷液压系统内芯棒升降控制回路进行分析，找出系统设计中的不合理因素，提出并实施有效可行的改进方案。

1 液压系统的工作原理

图1为某高速线材厂集卷液压系统内芯棒升降控制回路原理图，内芯棒升降靠安装在底部的液压缸驱动。该液压系统主回路由三位四通电磁换向阀1、液控单向阀2和单向节流阀3组成。电磁换向阀采用Y型中位机能，电磁铁EVa得电，驱动电磁换向阀阀芯移到左位，油缸无杆腔进油，推动活塞杆伸出，内芯棒空载上升，托卷盘关闭。内芯棒顶住鼻锥，电磁铁EVa失电，抱闸松开，钢卷顺着鼻锥散落到托卷盘上。直至最后一圈线材脱离鼻锥，抱闸抱紧，电磁铁EVb得电，驱动电磁换向阀阀芯移到右位，油缸有杆腔进油，推动活塞杆缩回，内芯棒下降，托卷盘张开。此后，双芯棒旋转，将钢卷送入水平等待位的运卷小车，另一芯棒回到垂直位，重复集卷工作。单向节流阀为出口节流控制，用于调节液压缸的输出速度，即内芯棒的上升和下降速度。液控单向阀具有定位锁定功能，当换向阀的电磁铁均失电时，换向阀阀芯处于中位，液控单向阀的控制油路立即与油箱连通，压力迅速降下来，单向阀及时关闭。

2 液压系统故障分析与改进

该液压系统投入运行时，故障频发，内芯棒在升降过程中冲击较大，上升与下降切换的瞬间尤为明显。将连接无杆腔的节流阀开口度调小，以控制内芯棒的下降速度，但并不能从根本上解决问题。加之抱闸的卡紧故障和松脱现象时有发生，造成工作油路压力波动，给液控单向阀的密封增加了负担［2］。导致的最终结果是，液控单向阀保压功能失效，需经常更换，不但增加了备件的储备，还造成生产中断，影响了高线生产的连续性。

图1 原集卷站内芯棒升降控制回路

图2 改进后集卷站内芯棒升降控制回路

针对以上故障现象，分析得出原设计液压回路存在以下不足：内芯棒上升过程中，油缸有杆腔泄压，压力油进入无杆腔，抗衡内芯棒重力匀速上升。内芯棒顶住鼻锥时，换向阀处于中位，密闭容腔靠液控单向阀保压。抱闸松开，外负载突增，此时，无杆腔压力油需抗衡内芯棒和鼻锥的双重重力，无杆腔压力陡增，对液控单向阀的密封冲击很大。抱闸抱紧，外负载突降为芯棒自重，内芯棒下降，油缸无杆腔泄压，压力油进入有杆腔。此时，连续经受负载干扰的工况条件下，压力波动的冲击必然会使液控单向阀失效［3］。

结合以上分析，对原液压系统提出改进措施。为了保证有杆腔快速泄压，取消该油路的液控单向阀。为了保证无杆腔液压回路工作平稳，将原有的液控单向阀更换成平衡阀4，该平衡阀由溢流阀和单向阀集成［4］。内芯棒上升过程中，压力油经过单向阀快速提升内芯棒。电磁阀处于中位时，有杆腔泄压，无杆腔油压用于抗衡内芯棒重力。当抱闸松开、负载增加时，无杆腔增加的油压通过溢流阀排出，保护了单向阀免受压力波动的冲击。内芯棒下降过程中，连接有杆腔的控制油路打开溢流阀，使内芯棒能够平稳下降。

改进后的液压系统如图2所示。该系统投入运行后，内芯棒升降动作平稳，冲击消除。系统投入使用至今，尚未出现故障，保证了高线生产的连续性。

3 结语

高线集卷系统动作频繁、执行机构较多、联锁复杂，给液压系统的设计提出了更高的要求：既要保证内芯棒的运行速度，又要抗衡负载变化的影响，还要顾全抱闸、托卷盘和芯棒旋转之间的联锁。再者，集卷站周围工况环境恶劣，氧化皮脱落，温度高，噪声大，系统维护不便。本文根据现场实际所发现的问题，对集卷液压系统内芯棒升降控制回路进行了优化，排除了故障，取得了理想的效果。

［1］张新民，臧立生．双芯棒集卷站的改造［J］．冶金设备，2006（3）

［2］武宝喜，李庆姜，王文星．高速线材机组集卷筒内芯棒提升机构的改造［J］．流体传动与控制，2004（6）

［3］黄玉琴．液控单向阀保压失效问题的研究［J］．兰州工业高等专科学校学报，2007（3）

［4］左健民．液压与气压传动［M］．北京：机械工业出版社，2005