壓力矯直機液壓回路優化設計分析
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1前言
在鋼鐵行業中，冶金設備占據著重要的位置，其中矯直機是冶金生產工業中十分重要的設備。在鋼材的壓力加工工程中，軋件由于受軋制、冷卻、運輸或熱處理等諸多因素影響而產生彎曲，影響了產品質量。而矯直機不僅能使軋制的成品得以整形，還能使鋼產品的性能得到改善。矯直機不僅影響鋼材產品的產量，更決定了鋼材的質量。壓力矯直機是矯直機的一種，是利用反復彎曲并逐漸減少壓彎撓度達到矯直目的的設備。壓力矯直機的工作原理是將帶有原始彎曲的工件支撐在工作臺的兩個活動支點之間用壓頭對準最彎曲部位進行反向壓彎的，當壓彎量與工件彈復量相等時，壓頭撤回后工件的彎曲部位變直［1］。目前壓力矯直機主流發展方向為全液壓驅動，全液壓矯直機的液壓壓下控制系統采用全液壓裝置驅動，數字化控制，壓下位置控制精度高，矯直力大，速度響應快［2］。因此，如何設計一種高效、經濟、可靠、能提高矯直精度的壓力矯直機液壓回路顯得尤為重要。
2液壓回路設計
2．1壓力矯直機工作原理
某鋼廠壓力矯直機為全液壓矯直機，液壓回路控制對象為兩個液壓輔助缸和一個液壓主缸驅動的壓頭。液壓輔助缸為單活塞桿液壓缸，液壓主缸為柱塞缸，液壓回路需實現快進功能、工進功能、快退功能以及過壓保護功能。快進功能用于壓頭從初始位置向接近工件的位置快速移動，工進功能用于壓頭從接近工進的位置向工件移動并進行矯直，快退功能用于矯直完畢后壓頭向初始位置快速移動，過壓保護功能用于保護液壓回路［3］。
2．2液壓回路設計方案
為滿足上述壓力矯直機功能要求，液壓回路設計方案如下：快進功能由三位四通電液換向閥、液控單向閥、調速閥、二通插裝閥、充液閥實現；電液方向閥為內控外泄式方向閥，該方向閥具有感應式行程開關，可以直接監測控制閥芯的切換位置，實現精確的外部調節，具有低換向沖擊特性，以保證中位時正確關閉，方向閥中位選用Y型機能。液控單向閥為錐閥結構的液控單向閥，該閥作為有壓液壓回路部分的隔離，可避免執行機構在液壓閉鎖時候爬行或漂移；該閥具有預開啟特征，可以實現液壓缸中受壓流體的平穩釋壓，從而避免可能的壓力沖擊。調速閥在一個方向上通過調整調速閥芯來限定流量，在相反方向上允許自由流動。二通插裝閥由插裝閥和控制蓋板插裝組成，控制蓋板是裝有一個方向閥的控制蓋板，二通插裝閥具有方向閥功能。充液閥是液控單向閥，它具有優良流量特性和相當低的關閉壓力，該閥適合用于防氣蝕功能和充液，如快速動作的壓機主缸。工進功能由比例換向閥、液控單向閥、二通插裝閥實現。比例換向閥為兩位四通換向閥，該閥的先導閥是一個由比例電磁鐵控制的三通減壓閥，它的作用是將輸入的電信號轉化為一個與其成比例的壓力輸出信號，從而實現控制液流的方向和大小。快退功能由二位三通電磁換向閥、減壓閥、三位四通電液換向閥、液控單向閥、調速閥、二通插裝閥、充液閥實現；過壓保護功能由壓力開關、二通插裝閥實現。
2．3工作原理
圖1為壓力矯直機液壓回路控制原理圖，當有不合格工件需要矯直并就位后，壓力矯直機液壓回路需通過快進功能驅動壓頭500接近需矯直工件，三位四通電液換向閥7電磁鐵b得電，此時三位四通電液換向閥7右位工作，壓力油經三位四通電液換向閥7通過液控單向閥5．3，調速閥8．1，通過油路100，油路120進入輔助缸400無桿腔，輔助油缸400帶動主缸300驅動壓頭500向前移動，此時主缸300無桿腔形成負壓，充液閥9打開，油箱的液壓油通過充液閥向主缸無桿腔充液，實現壓頭快進功能，輔助缸400有桿腔油液經油路220，油路200，調速閥8．2，液控單向閥5．4，三位四通電液換向閥7與液壓回路T管連接，進而實現回油。油路100中壓力油經油路130、油路150與二通插裝閥12A口接通，此時二通插裝閥12控制蓋板12．2中電磁換向閥電磁鐵a得電，二通插裝閥12A口與B口處于關閉狀態，防止油路150中高壓油與主缸300無桿腔中來自充液閥中低壓油串通，影響充液閥充液進而影響快進效果。可通過調節調速閥8．2調節快進速度。當壓頭500接近所需矯直工件時，三位四通電液換向閥7電磁鐵b失電，三位四通電液換向閥7中位工作，壓力油切斷。比例換向閥4電磁鐵a得電，此時比例換向閥4左位工作，壓力油經比例換向閥4通過液控單向閥5．2，經過油路110，油路130，油路120進入輔助缸400無桿腔，同時油路100經過150與二通插裝閥12A口接通，此時二通插裝閥12控制蓋板12．2中電磁換向閥電磁鐵a失電，二通插裝閥12A口與B口處于流通狀態，壓力油進入主缸300無桿腔，輔助缸400有桿腔油液經油路220，油路210，液控單向閥5．1，比例換向閥4與液壓回路T管連接，進而實現回油。以上過程為工進功能，實現工件的矯直。通過改變輸入比例換向閥4電磁鐵a的電流值，改變工進速度的大小。當工件矯直后，比例換向閥4電磁鐵a失電，壓力油切斷。三位四通電液換向閥7電磁鐵a得電，此時三位四通電液換向閥7左位工作，壓力油經三位四通電液換向閥7通過液控單向閥5．4，調速閥8．2，通過油路200，油路220進入輔助缸400有桿腔，輔助缸400帶動主缸300驅動壓頭500向后移動，輔助缸400無桿腔油液經油路120，油路100，調速閥8．1，液控單向閥5．3，三位四通電液換向閥7與液壓回路T管連接，進而實現回油，同時二位三通電磁換向閥1電磁鐵b得電，壓力油經減壓閥2，二位三通電磁換向閥1與充液閥X口接通，從而打開充液閥，主缸300無桿腔油液經充液閥回油箱，從而實現壓頭500快退功能，快速到達起始位置。到達起始位置后，三位四通電液換向閥7電磁鐵a失電，壓力油切斷，二位三通電磁換向閥1電磁鐵b失電，壓力油切斷。可通過調節調速閥8．1調節快退速度。當壓力開關22．1、22．2、22．3任一壓力值達到設定值時，二通插裝閥13控制蓋板13．2中電磁鐵a得電，二通插裝閥13B口與A口處于流體狀態，油路140中壓力油經二通插裝閥13B口到達A口，與液壓回路T管相連，從而實現卸壓，達到保護液壓回路的目的。
3結束語
針對某鋼廠壓力矯直機功能要求優化設計了液壓回路，該回路實現了壓力矯直機快進功能、工進功能、快退功能，且該液壓回路有過壓保護功能，液壓回路使得壓力矯直機工效和矯直精度均達到設備要求，且液壓設備具有體積小、成本低、重量輕、和便于控制等優點。該項目自2017年投產至今運行穩定，故障率低。
參考文獻
［1］張翔南．600t壓力矯直機電氣控制系統改造冊［J］．本鋼技術，2017（1－6）：82－83．
［2］王晶，王凱等．全液壓矯直機伺服系統動態特性的聯合仿真研究［J］．重型機械，2018（4）：35－40．
［3］冀謙，張宇青．矯直機液壓系統及應用其的矯直機［P］CN206830554U2018．01．02．
作者：冀謙 單位：中冶東方工程技術有限公司
