熱卷箱開卷臂液壓控制回路故障分析

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(中冶賽迪工程技術股份有限公司 流體系統部， 重慶　401122)

引言

熱卷箱主要用于熱連軋機組中，可一定程度改善頭尾終軋溫度差及中間坯溫度的不均勻性，從而提高產品質量。熱卷箱布置在粗軋機與精軋機之間，將粗軋機軋出的厚度在20～40 mm的中間坯利用無芯卷取方式卷繞成卷，然后立即反向開卷，送入精軋機，實現邊開卷邊軋制[1,2]。某鋼廠自2013年技改投用熱卷箱以來，在調試初期，熱卷箱開卷問題一直都是軋線生產的主要問題，并因此產生較多廢鋼。

1　熱卷箱開卷臂開卷工作過程

熱卷箱開卷臂開卷工作過程如圖1所示，熱卷箱的卷取過程完成以后，熱卷箱進入開卷過程，開卷臂在回轉液壓缸的驅動下，使開卷刀首先與中間坯熱卷外徑接觸，當回轉液壓缸繼續帶動開卷臂向下運動時， 開卷刀沿著中間坯熱卷外徑浮動下滑，直至開卷刀插入中間坯熱卷的頭部，開卷刀繼續向下運動到極限位置，將中間坯熱卷的頭部打開，完成開卷[3,4]。

2　熱卷箱開卷問題及原因分析

2.1　熱卷箱開卷問題

某鋼廠在熱卷箱投用調試初期，當中間坯完成卷取后，開卷失敗問題主要表現為：開卷刀首先與中間坯熱卷外徑接觸，當回轉液壓缸繼續帶動開卷刀向下運動時，開卷刀沒有沿著帶卷外徑浮動下滑，而是把熱卷推離開卷位置，無法繼續完成開卷。

圖1　開卷臂開卷工作過程示意圖

2.2　熱卷箱開卷過程受力分析

熱卷箱開卷過程受力分析如圖2所示，由力的平衡條件可得開卷條件為[5]：

G=N1cosα+N2cosβ-Fsinθ-fsinα

(1)

Fcosθ≤N1sinα-N2sinβ+fcosα

(2)

式中：G—— 鋼卷的重量，N

N1—— 輥道對鋼卷的壓力，N

N2—— 輥道對鋼卷的壓力，N

F—— 開卷刀對鋼卷的推力，N

f—— 鋼卷與輥道的摩擦力，N

圖2　熱卷箱開卷過程受力分析

由式(2)可知，當開卷刀沿著帶卷外徑浮動下滑時，θ角的數值變小，Fcosθ的值增大，當θ角的數值為0時，Fcosθ的值為最大F，此時如果仍能滿足式(2)，則表示滿足開卷條件，反之，則不滿足開卷條件。

2.3　開卷臂液壓控制回路分析

通過上面的分析可知，導致開卷失敗的原因是開卷刀對鋼卷的推力F偏大，推力F是由開卷臂擺動液壓缸來控制，其液壓原理圖如圖3所示。

元件1在拆換閥臺元件時切斷主壓力管路；元件2控制開卷臂擺動液壓缸伸出和縮回；元件3控制液壓缸伸出和縮回的速度；元件4鎖定液壓缸停位；元件5控制溢流的流量；元件6控制液壓缸無桿腔的壓力；元件9為二級壓力調節閥，遠程控制元件6的溢流壓力。

當開卷臂準備開卷時，電液換向閥2上的電磁鐵b通電，壓力油通過單向節流閥3和液控單向閥4進入液壓缸的無桿腔，液壓缸上的無桿腔壓力通過溢流閥6來調節。溢流閥6上的油口X接到比例溢流閥9上[6]，通過給定比例溢流閥9控制信號來實現對溢流閥6遠程壓力調節，控制開卷刀推力F的大小。

開卷故障出現初期，懷疑開卷臂液壓缸壓力無法減小的原因是比例溢流閥9給定的信號偏大，導致溢流閥6的設定壓力偏大，減小比例溢流閥9的給定信號，通過壓力傳感器10讀的數值為2.1 MPa，當繼續減小比例溢流閥9的給定信號時，壓力傳感器10的數值仍為2.1 MPa，問題沒有得到解決。經過排查，初步確定導致液壓缸無桿腔壓力無法減小的原因是無桿腔供油流量和溢流流量不匹配造成的。

1.球閥　2、8.電液換向閥　3、5.單向節流閥　4.液控單向閥　6.溢流閥　7.單向閥　9.比例溢流閥　10.壓力傳感器圖3　開卷臂液壓控制原理圖

產生液壓缸無桿腔壓力無法減小的原因描述如下：當熱卷箱準備開卷時，壓力油通過電液換向閥2進入液壓缸的無桿腔，同時給定比例溢流閥9控制信號，設定溢流閥6的溢流壓力，此時開卷臂液壓缸活塞桿完全伸出，開卷刀處于開卷初始位置，液壓缸無桿腔壓力為溢流閥6的設定值。當回轉液壓缸帶動開卷刀向下運動，開卷刀接觸帶卷外徑時，由圖1所示，開卷刀機構連桿與回轉臂機構連桿夾角為α，隨著開卷刀沿著帶卷外徑下滑，α角的數值變大，開卷臂液壓缸通過連桿機構控制的開卷刀在外力的作用下迫使液壓缸活塞桿縮回，此時，溢流閥6需要溢流的流量小于通過電液換向閥2的流量和液壓缸有桿腔縮回產生的流量之和，導致液壓缸無桿腔的壓力只能減少到2.1 MPa，無法繼續減少。

分析原因后，在不改變原設計回路的基礎上，只要適當減少進入液壓缸無桿腔的流量，就可以解決此問題。在調試現場，調試人員適當調節控制液壓缸無桿腔流量的單向節流閥3，減少進入液壓缸無桿腔的流量后，在不改變比例溢流閥9設定值的情況下，液壓缸

無桿腔的壓力可以減小到1.3 MPa，問題得以解決。

3　結論

介紹熱卷箱開卷臂的工作過程，并結合某工程熱卷箱開卷問題，詳細分析開卷臂液壓控制回路產生開卷問題的原因，為今后熱卷箱調試和設計提供參考。

參考文獻：

[1]黃慶學.軋鋼機械設計[M].北京:冶金工業出版社，2007.

[2]劉復興.熱連軋熱卷箱滾輪式開卷裝置改造[J].重型機械,2010，(5)：68-70.

[3]杜和來.電液比例技術在開卷裝置上的應用[J].重型機械,2000，(6)：27-28.

[4]廖松林.熱卷箱開卷問題的原因分析及預防措施[J].梅山科技,2008，(4)：22-24.

[5]程靳.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6]成大先.機械設計手冊(第4版)[M].北京：化學工業出版社，2002：17-391.