步進加熱爐液壓升降系統改造

， 　(.成都理工大學 核技術與自動化工程學院， 四川 成都　60059； .大成液壓技術公司， 四川 成都　60305)

引言

在鋼管生產企業，廣泛采用步進式加熱爐對鋼管進行熱處理。在步進加熱爐里，鋼管的移動是通過固定梁和步進梁進行的。步進式加熱爐的步進機構如圖1所示，步進梁的運動過程主要包括升降運動和平移運動，步進梁的動梁相對于定梁作上升、前進、下降、后退四個動作。其中升降缸液壓系統可靠性的高低，對步進式加熱爐正常生產有嚴重影響。以下對某廠步進式加熱爐的升降缸液壓系統在生產中常見的故障進行分析，針對其使用和維護中存在的不足，提出了改造的技術措施，以達到提高設備可靠性的目的。

圖1　步進式加熱爐的步進機構示意圖

1　加熱爐步進梁升降機構液壓系統的工作原理

加熱爐步進梁升降缸的液壓系統原理如圖2所示。當需要步進梁上升時，6DT通電，插裝閥14開啟，壓力油經過插裝閥14到達定差減壓閥16；HP1通電，比例節流閥15開啟，壓力油使插裝閥11開啟；1DT通電，電磁換向閥1和液動換向閥6換向，插裝閥5開啟，壓力油流入升降缸7的無桿腔；同時，2DT通電，插裝閥3開啟，升降缸7的有桿腔油液流回油箱。

當需要步進梁下降時，3DT通電，插裝閥9開啟，壓力油經過定差減壓閥17和插裝閥9到達升降缸7的有桿腔； 1DT、4DT、5DT通電，插裝閥5、10、12開啟，升降缸7的無桿腔油液流出，經過插裝式減壓閥16、比例節流閥15(HP1通電) 流入油箱，實現液壓缸的下降運動。

1、13.電磁換向閥　2.單向閥　3、5、9～12、14.插裝閥　4.溢流閥　6.液控換向閥　7.升降缸　8. 截止閥　15. 比例節流閥 16、17.定差減壓閥　18.過濾器 圖2　加熱爐步進梁的升降缸液壓原理圖

在升降缸7的活塞桿上升、下降過程中，通過調節比例節流閥15電磁鐵的電流值即可調節閥芯的開口度，實現在線流量控制，從而對升降缸7的速度進行控制。定差減壓閥16對比例節流閥15的進出口壓差起穩壓作用，使比例節流閥15的輸出流量保持穩定。

溢流閥4起安全閥的作用，防止在上升或下降時液壓缸無桿腔壓力超高。

當液壓缸活塞桿上升或下降到位需要停止時，所有控制閥的電磁鐵均斷電，插裝閥3、9、12、14關閉， 缸旁液壓鎖關閉，升降缸7的活塞桿位置保持穩定。

當比例節流閥15或定差減壓閥16出現故障時，5DT、6DT通電，插裝閥12、14開啟，壓力油流入升降缸7的無桿腔；2DT通電，插裝閥2開啟，升降缸7的活塞桿上升。

當出現突發事件導致液壓停止工作時，可開啟截止閥8，依靠步進梁的自重使升降缸7的無桿腔的油液經單向閥2排回油箱，讓步進梁下降，以保障設備安全。

2　加熱爐步進梁升降機構液壓系統的故障及原因

加熱爐步進梁升降機構液壓系統經常發生的故障現象為：升降缸在上升過程中，動作緩慢或無動作。根據故障表現分析，導致加熱爐升降缸出現該類故障出現的原因如下：

(1) 油箱內油液面過低、吸油管漏氣、吸油管及過濾器堵塞，油泵內泄漏大，導致升降缸的供油壓力低，影響油缸運動；

(2) 泵的溢流閥故障。溢流閥的主閥芯阻尼孔被堵塞，溢流閥的調節無效，使得進入液壓缸的油液壓力低，出現上升緩慢或無動作現象。另外，由于溢流閥的先導調壓閥的錐閥閥體與閥座配合間隙過大引起的泄漏以及由于錐閥閥體與閥座接觸不良而引起的壓力低，也會產生上述故障；

(3) 插裝閥3、5、11、14的閥芯或閥套配合表面有毛刺，閥芯或閥套配合間隙之間有污物(如圖3所示)，插裝閥3、5、11、14的X控制腔排油不暢，使插裝閥3、5、11、14的閥芯開啟緩慢或閥芯被卡死在關閉位置，導致升降缸上升緩慢或無動作；

(4) 定差減壓閥16的輸出壓力升不高或無壓。定差減壓閥16的控制蓋板(見圖3)閥芯與閥座密合不嚴(閥芯或閥座密封面磨損、劃傷、有雜質)，控制蓋板a孔內的阻尼螺塞脫落，控制蓋板的調壓彈簧折斷或變形；微流量控制器的彈簧過軟、變形、折斷，或小滑閥被污物卡在節流口較小的位置，或油孔被堵塞；定差減壓閥16的主閥閥芯與閥套導向部分的間隙中有污物、表面劃傷使閥芯卡住，或閥芯的幾何精度差引起液壓卡緊。這些因素均可能使定差減壓閥16的二次壓力升不高或無壓，導致升降缸上升緩慢或無動作；

圖3　定差減壓閥的控制蓋板示意圖

(5) 比例節流閥15故障。比例電磁鐵插座接觸不良，線圈或引線斷路(或短路)，比例電磁鐵的鐵芯和導向部分(導套)之間有污物附著妨礙鐵芯運動，造成比例節流閥15無流量輸出，導致升降缸無上升動作；或油液太臟，污物淤積在閥芯與閥套的配合間隙之間，妨礙閥芯的運動，造成比例節流閥15響應遲鈍或無法動作，導致升降缸上升緩慢或無動作；

(6) 插裝閥10故障。如圖4所示，插裝閥10的閥芯與閥套的配合錐面磨損后不密合，導致AB腔間的內泄漏，閥芯被毛刺、污物卡在開啟位置，復位彈簧變形或折斷，閥芯或閥套外的“O”形密封圈破損或漏裝，使閥芯關閉不嚴或處于完全開啟位置，引起壓力油泄漏回油箱，造成系統壓力降低，導致升降缸上升緩慢或無動作；

圖4　“三級同心”式插裝組件示意圖

(7) 由溢流閥4在低于設定值的情況下開啟，引起升降缸7無桿腔卸壓，導致升降缸7上升緩慢或無動作；

(8) 升降缸7的缸體與活塞因磨損導致間隙過大，產生泄漏現象，或者由于密封扭轉或者是活塞及缸筒表面劃傷，使液壓缸摩擦力、內泄漏增加，致使液壓缸動作減緩或無動作；

(9) 插裝閥的先導控制電磁換向閥故障。電磁換向閥的閥芯污染卡死、復位彈簧發生疲勞斷裂、電磁鐵故障、無控制電信號等因素造成插裝閥的閥芯喪失開、關機能，導致液壓缸不能按要求動作。

通過分析表明，引發此液壓系統故障的因數較多，這給故障分析與處理帶來了較大困難。每當故障出現后，都需拆卸閥件檢查，以判斷故障點。在維修過程中發現，液壓閥塊為臥式非標閥塊，不便于拆裝；由于系統采用了如圖3所示的“三級同心”式插裝閥組件，閥的拆卸和安裝較困難，對維修人員的技術水平要求高，拆裝耗時較長；該型插裝閥的密封圈和擋圈易損壞；閥芯材料的硬度低，閥芯密封錐面易產生沖擊痕跡，影響閥的密閉性能。過濾器18以板式連接的方式集成在閥塊上，更換濾芯非常不便。這些缺陷導致平均處理故障時間長達3h，嚴重影響了生產的正常運行。

3　為提高液壓系統的可靠性所采取的措施

針對上述缺點，重新設計的液壓系統以標準的立式TJK1-4/4四通回路控制塊為主閥塊，插裝組件全部采用便于拆、裝的“二級同心”式TJ型插裝閥組件(如圖5所示)；圖6為改造后的升降缸液壓系統，系統中電磁閥的電磁鐵動作順序見表1。過濾器20采用帶壓力繼電器的雙筒過濾器，過濾器濾芯堵塞時可報警；在不影響液壓系統的使用的情況下，可更換濾芯或切換到另一個備用過濾器工作。當液壓系統正常運行時，截止閥6和10處于關閉位置。

圖5　“二級同心”式TJ型插裝組件示意圖

當需要步進梁上升時，5DT通電，插裝閥9開啟，壓力油經過插裝閥9和插裝閥11到達定差減壓閥12；HP1通電，比例節流閥16開啟，壓力油打開插裝閥13；1DT通電，電磁閥7和液控閥3換向，插裝閥2正向開啟，壓力油打開流入升降缸4的無桿腔；升降缸4有桿腔的油液經過插裝閥19流回油箱。

當需要步進梁下降時，2DT通電，插裝閥8開啟，壓力油經過插裝閥8進入升降缸4的有桿腔；1DT斷電，溢流閥1、液控閥3換向，插裝閥2反向開啟， 升降缸4無桿腔的排油；3DT通電，插裝閥15開啟，油液經定差減壓閥12、比例節流閥16(HP1通電)和插裝閥17(4DT通電)回油箱。

1.溢流閥　2、8、9、11、13、15、17～19.插裝閥　3.液動換向閥　4.升降缸　5.節流閥　6、10、14.截止閥　7.電磁換向閥 12.定差減壓閥　16.比例節流閥　20.過濾器

表1　電磁鐵動作順序表

當需要步進梁靠自重下降時，1DT通電，插裝閥2反向開啟，升降缸4無桿腔的油液經插裝閥15(3DT通電)、定差減壓閥12、比例節流閥16(HP1通電)和插裝閥17(4DT通電)回油箱；升降油缸的有桿腔經插裝閥19從回油管吸入油。

在步進梁正常上升、下降過程中，通過比例節流閥16對升降缸4的升、降速度進行控制。定差減壓閥12對比例節流閥16的進出口壓差起穩壓作用。溢流閥1，起安全閥的作用，防止在上升或下降時液壓缸無桿腔壓力超高。

當比例節流閥16出現故障時，可關閉截止閥14并開啟截止閥10把應急控制回路投入使用。當5DT、1DT通電，插裝閥2、9開啟，壓力油流入升降缸4的無桿腔；升降缸4的有桿腔油液經插裝閥19(2DT斷電)流回油箱，步進梁上升。當2DT、1DT通電，插裝閥8、2開啟，壓力油流入升降缸4的有桿腔；升降缸4的無桿腔油液經插裝閥18(5DT斷電)流回油箱，步進梁下降。

4　結論

改造后的系統具有如下特點：

(1) 設計了應急控制回路，當比例閥故障時，可立即切換到該控制回路，最大限度減小系統故障對生產的影響；

(2) 步進梁下降方式，可采用靠自重下降方式，使液壓系統得到平穩運行，消除了異常聲音和振動；

(3) 本系統采用通用與專用混合集成閥塊，主控部分采用標準TJK1立式2/2CV集成控制閥塊，結構緊湊；插裝組件為“二級同心”式結構，便于裝卸，利于維護、檢修和故障處理，使系統的可靠性有較大提高；

(4) 過濾器設計成管式連接，便于更換濾芯保證比例閥入口的清潔度。

該項改造完成后，步進爐步進梁的升降回路基本達到原設計的要求。系統效率高、運行平穩可靠、經濟性能好、維護簡單，在生產中發揮了良好作用。

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