型鋼碼垛區(qū)液壓系統(tǒng)存在問題及改進措施

王守琦

(中冶東方工程技術有限公司 山東青島266555)

1 引言

現(xiàn)代化的型鋼生產中，型鋼經(jīng)過矯直后，應對其進行碼垛。碼垛區(qū)設備的作用是將軋制好的型鋼按照一定的排列碼放在棧板上，然后將型鋼推出以便抓取與運輸。碼垛區(qū)設備的使用大大的提升了型鋼打捆、運輸?shù)男?，同時也是型鋼車間提高產量及質量的有利保證。

碼垛區(qū)設備主要包括:輸送輥道、擋鋼裝置、撥鋼機、臺架、對齊輥道、對頭機、旋轉機構、升降碼垛裝置、包裝輥道以及控制碼垛區(qū)設備動作的液壓控制閥站和電控系統(tǒng)。

2 碼垛機工作原理及碼垛液壓系統(tǒng)介紹

2.1 碼垛機工作原理

碼垛機包括平移碼垛機和翻轉碼垛機。型鋼通過定尺冷鋸機鋸切成定尺長度后，進入碼垛臺架，然后通過運輸輥道輸送到碼垛臺架入口處，由光電開關及相關的擋板對其進行定位，之后由碼垛臺架入口可升降鏈式運輸裝置將成組型鋼向前運送到集排鏈上，在集排鏈上，可通過人工對型鋼軋件進行檢查，如果有質量問題，則通過輥道送往剔鋼臺架剔除(如果需要按照定尺交貨時，短尺產品也可以通過剔鋼臺架剔除);對于沒有質量問題的產品，送往F1(擋板)處根據(jù)碼垛寬度通過F1 和型鋼分離裝置進行集排，集排后的型鋼，如果需要翻轉180 度，直接輸送到F3(可調擋鋼裝置)處，由卸料電磁鐵直接翻轉到可垂直升降料架上;如果不需要翻轉，通過集排鏈輸送到F2(升降擋板裝置)處，由懸掛式的電磁鐵直接平移至可垂直升降碼垛料架上。垂直升降料架每碼一層，根據(jù)軋件高度向下走一個步距，保證每次卸料電磁鐵與垂直升降料架之間的距離均為軋件所需空間。根據(jù)碼垛層數(shù)碼垛完畢后，垂直升降料架降到最低處，直接將鋼材層落至臺架輸出輥道上。

2.2 碼垛液壓系統(tǒng)介紹

此次改進的機構包括:F3 可調擋板裝置、平移碼垛機、翻轉碼垛機。此三套機構的液壓控制閥站都是用電磁換向閥、液壓鎖、單向節(jié)流閥來控制碼垛設備的動作。

圖1 為改造前碼垛設備相關部件的液壓系統(tǒng)原理圖。

3 碼垛液壓系統(tǒng)改進

3.1 碼垛機F3 可調擋鋼裝置

3.1.1 機構說明

圖1 碼垛液壓系統(tǒng)原理圖

對于沒有質量問題的產品，送往F1(擋板)處根據(jù)碼垛寬度通過F1 和型鋼分離裝置進行集排，集排后的型鋼產品，如果需要翻轉180 度，直接輸送到F3 處，由卸料電磁鐵直接翻轉到可垂直升降料架上。F3 可調擋板裝置由三位四通換向閥、液控單向閥和單向節(jié)流閥控制，換向閥用來控制F3 擋板的擋料與返回，液控單向閥鎖定位置，單向節(jié)流閥調節(jié)運行速度。

3.1.2 故障現(xiàn)象

F3 可調擋板裝置在動作時，伴有強烈的液壓沖擊聲，液壓管路震動明顯。

3.1.3 故障分析

由圖1 中F3 可調擋板裝置可知，當F3 可調擋板進行擋料動作時，電磁換向閥的電磁鐵b 得電，液控單向閥開啟，主液壓缸無桿腔充入高壓液壓油，油缸頂起擋板進行擋料動作;在擋板下降，即擋板做返回動作時，a 得電。由于主液壓缸的活塞和負載擋板本身的自重原因，在下降的過程中會出現(xiàn)一個速度增加量V。當下降速度過快時，由于系統(tǒng)流量滿足不了負載活塞的快速下降，油液來不及補充至無桿腔，所以在液壓缸的無桿腔就會形成一定的滯后空間，使整個進油路與液壓無桿腔之間產生短時間的負壓效應，導致電磁換向閥的控制油壓力急劇下降，使管路產生強烈振動。

3.1.4 改進方法

針對F3 可調擋板裝置的不良現(xiàn)象，把圖1 中F3 可調擋板控制方式中的電磁換向閥、液控單向閥和單向節(jié)流閥控制改為電磁比例換向閥與液控單向閥控制。

比例閥是配備比例電磁鐵的液壓閥，輸出信號(壓力、流量)與輸入電流成比例。比例閥是介于一般閥和電液伺服閥之間的閥。它的靜態(tài)輸入—輸出特性(電流—流量或電流—壓力)和電液伺服閥相同，雖然響應速度較慢，但其對負載變化非常敏感，可實現(xiàn)壓力、流量的無極調節(jié)，并可以遠程控制。

經(jīng)過改造后的測試，F(xiàn)3 可調擋板裝置動作平順，再無液壓沖擊聲與液壓管路震動，設備可完全實現(xiàn)其設計功能。改造后的液壓系統(tǒng)圖如下圖2 所示。

3.2 平移碼垛機裝置

3.2.1 機構說明

平移碼垛機順型鋼布置有三組磁頭，可平穩(wěn)的把型鋼平移至可垂直升降碼垛料架上。然而由于型鋼本身的長度限制，為保證型鋼平穩(wěn)順利的平移至碼垛料架上，就需要碼垛機的三組磁頭同步動作，同時靠電磁力吸住型鋼的頭部、中部、尾部，這樣既能把型鋼靠磁力把型鋼吸牢實，同時也避免了因三個磁頭不同步導致的型鋼歪斜、變形、側滑甚至是跌落。輕則對型鋼的表面質量造成損傷，重則有可能涉及到人身傷害。

3.2.2 故障現(xiàn)象

平移碼垛機裝置在動作時，磁頭升降過程中運動軌跡僵硬、不連續(xù)且三組磁頭無法同步。

圖2 改造后碼垛液壓系統(tǒng)原理圖

3.2.3 故障分析

圖1 中，平移碼垛機液壓系統(tǒng)是由兩個電磁換向閥、一個液控單向閥、一個單向節(jié)流閥控制。由系統(tǒng)圖可知，壓力油主管路與回油主管路在F 點與F'點的位置分成三路支管，為保證三組執(zhí)行機構同步，就需要這三支管路中的壓力油同時進入三組油缸的無桿腔，但經(jīng)過現(xiàn)場實際測試，三路支管到達三組油缸的時間并一致，三組油缸的動作從開始到結束相互相差1s 左右，從而導致了三組油缸動作不同步。

3.2.4 改進方法

經(jīng)過現(xiàn)場的觀察與分析，考慮在壓力油總管路三組支路與回油總管路三組支路上增加調速閥T1、T2、T3、T4、T5、T6，在現(xiàn)場調試時手動調整三組支路上的調速閥，通過調節(jié)調速閥的流量，來控制三組油缸的動作時機。每組油缸從動作開始到結束用時5s，行程560mm，根據(jù)油缸的內徑125mm，缸桿85mm 可得出1s 內有桿腔(上升動作)與無桿腔(下降動作)運動的體積為738.5ml、1371ml，由此得到了有桿腔需要的流量為738.5ml/s，無桿腔需要的流量為1371ml/s。用最大流量為1500ml/s 的調速閥調壓力油主管路(無桿腔)與回油主管路(有桿腔)，在壓力油主管路中，把啟動最慢的油缸Y1支路用調壓閥調至較大檔位，啟動最快的油缸Y3調至較小檔位，啟動速度位于中間的油缸Y2調至中間檔位，這樣既可保證壓力油主油路的三組油缸動作同步。回油管路的三組油缸同理。改進后的液壓系統(tǒng)圖見圖2。

3.3 翻轉碼垛機裝置

3.3.1 機構說明

翻轉碼垛機翻轉裝置主要由支架、長軸裝配、翻轉臂、翻轉電磁鐵及其動力裝置組成。支架為焊接件，起支撐作用。翻轉臂固定在長軸上，翻轉電磁鐵固定在翻轉臂上。型鋼整齊的運轉至旋轉機構后，旋轉裝置通過電磁鐵的旋轉及反轉來實現(xiàn)對型鋼的運轉，旋轉裝置的旋轉通過一臺擺動液壓缸驅動，使電磁鐵旋轉。旋轉裝置的升降也通過液壓缸驅動，實現(xiàn)移鋼的目的。電磁鐵的一端與一個小型液壓缸相連實現(xiàn)翻轉的動作。

3.3.2 故障現(xiàn)象

翻轉碼垛機吸住型鋼翻轉時，運動速度不恒定，且擺動油缸漏油。

3.3.3 故障分析

由圖1 碼垛區(qū)翻轉碼垛機可知，翻轉碼垛機是由一個普通電磁換向閥配合著雙向液壓鎖與單向節(jié)流閥共同控制的，當電磁鐵a 得電時，P 口與A 口接通，下齒條向右移動，上齒條向左移動，隨即帶動電磁鐵的翻轉。當電磁鐵吸著鋼材旋轉的時候，由于鋼材本身自重的關系，在電磁鐵旋轉的時候會突然出現(xiàn)一個速度增量V，從而導致油缸一端的壓力迅速增大，超過了油缸密封件的承受范圍，進而導致了擺動液壓缸的泄漏。

由于翻轉碼垛機運動時，無法預知負載壓力變化，而負載流量的不穩(wěn)定直接導致了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。

3.3.4 改進方法

找出了翻轉碼垛機液壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素，根據(jù)現(xiàn)場操作的實際情況:

1)用電液比例換向閥(圖2:件②)替代普通換向閥與節(jié)流閥。

2)用平衡閥(圖2:件③)來替代原來的液控單向閥。

3)新增壓力補償器(圖2:件①)，可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

由于電液比例換向閥對負載非常敏感，又可以通過改變電磁鐵的輸入電流，實現(xiàn)對閥口壓力、流量的無極調節(jié)，同時又具有換向和節(jié)流的復合功能。平衡閥在此系統(tǒng)中的作用與液控單向閥類似，都是起鎖止的作用。但對于大負載系統(tǒng)，平衡閥的使用比起液壓鎖更可靠。新增壓力補償器的使用，可使系統(tǒng)在無法預知負載壓力變化趨勢的情況下，保證節(jié)流閥前后的壓差不變，使系統(tǒng)流量穩(wěn)定。

系統(tǒng)改造后，通過現(xiàn)場的實際調試與檢測，液壓系統(tǒng)運行平穩(wěn)，設備運動自如。改進后的液壓系統(tǒng)，見圖2。

4 結論

1)設計液壓系統(tǒng)前分析機構動作非常重要。這樣做既提高了液壓系統(tǒng)的可靠性，又減少了系統(tǒng)故障。

2)嚴格重視和控制“負負載”對機構動作及穩(wěn)定性的影響，即要考慮到拉動活塞缸運動的負載本身的自重對執(zhí)行元件的影響。

3)在多缸液壓系統(tǒng)中，同步問題是液壓控制的難題，應非常重視。在解決同步問題時，一定要考慮負載、摩擦阻力、泄漏、制造精度、結構變形以及油液中的含氣量等因素的差異導致的執(zhí)行機構動作不同步。

［1］梁永祥.型鋼自動堆垛機控制系統(tǒng)的設計.河北冶金，2002(5).

［2］郭俊璞.淺析型鋼碼垛機自動收集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.科技與企業(yè)，2014(5).