穿孔后台升降辊道液压系统改造.pdf

穿孔后台升降辊道液压系统改造 穿孔后台升降辊道液压系统改造 刘瑞张旭 天津钢管集团股份有限公司2 5 8 厂， 天津 3 0 0 3 0 1 [摘要] 针对钢管公司2 5 8机组穿孔后台升降辊道存在的升降辊道速度慢等问题进行了分析， 找出了故障原因。对液压 系统进行改造， 采取了提高升降辊道动作速度和定位精度、 对比例阀重新进行选型， 改变对比例阀控制方式等措施。改造后升 降辊道运行平稳， 定位准确 ， 提高了液压回路的响应速度， 动作完全能够满足生产需要， 加快了生产节奏， 提高了生产效率。 关键词穿孔辊道液压回路比例阀 响应速度改造 1 引言 轧管厂 2 5 8 项 目主要是生产外径为 2 5 8 m m系列 的无缝钢管， 基本工艺是将锯切好的管坯经过环形加 热到 1 2 0 0 c C 左右 ， 再经过穿孔机穿成毛管， 毛管经 过 P Q F连轧机 、 定径机 ， 成为相应规格 的荒管 ， 再经 过冷床冷却、 定尺锯切、 矫直 、 探伤、 修磨， 成为成品管 运 出。 新建厂以来， 穿孑 L 后台 7 个升降辊道一直存在动 作缺陷。 主要体现在升降辊道速度很慢 、 定位不准 ， 满 足不了现场的使用要求 ， 影响生产节奏 ， 通过对整个 液压系统的回路分析， 查找各方面影响因素 ， 最终得 到解决。本文将分析和解决过程叙述如下。 2 升降辊道工作方式和控制原理 2 ． 1 升降辊道的工作方式 升降辊道的主要作用 当穿孔主机将毛坯穿成毛 管后 ， 升降辊道升到毛管位， 辊道旋转把毛管带出来 ， 拨料机构将毛管拨走 ， 升降辊道升至顶杆位 ， 托运顶 杆运送到轧钢位 在轧钢过程 中， 升降辊道降到最低 位。也就是说升降辊道要实现 3 个位置控制功能， 即 毛管位、 顶杆位、 最低位 轧钢位 。 辊道和液压缸铰接连接， 由液压缸驱动 ， 实现毛 管位、 顶杆位 、 最低位。液压缸带有位移传感器 ， 控制 系统能够通过位移传感器、 液压缸、 比例阀、 控制单元 等， 实现一套位置控制闭环。 2 ． 2 液压原理及基本参数 2 ． 2 ． 1 液压原理 液压回路如图 1 所示 ， 主要是 由液压缸和比例阀 组成， 通过比例阀来控制液压缸的速度和定位 ， 通过 4 ～ 2 0 mA电气信号来控制比例阀的开口度 ， 来控制液 压缸的动作方向和速度。 再通过液压缸尾部的位置传 感器将液压缸的实际位置反馈给 P L C， 进行位置闭环 控制 。穿孔后台共有 7 组升降辊道， 每一组的液压回 路和参数完全一样 。 ■● 图 1 升降辊遭液压原理 图 2 ． 2 ． 2 基本参数 比例 阀型号 4 WR K E 1 0 E阀 ；液压缸型号 1 0 0 ／ 7 0 9 0 带有位置传感器 ； 速度要求 5 0 0 m s 内完成每 曩 一 个动作 ； 定位要求 3 I T l m以内。 3 故障分析 3 ． 1 故障现象 。 在穿孔轧完钢后 ， 升降辊道升至毛管位时， 每个 毛管位的高度不完全一致，最大高度差达到 l 0 m m， 毛管经常带不出来， 严重制约生产顺行。通过调整 比 誊 例阀的给定值 ， 可以把毛管带出来， 但升降辊道动作 i 很慢， 每个动作近 2 0 0 0 ms ， 严重影响生产节奏。 总的 ≯ 。 来说 ， 升降辊道液压缸动作慢 ， 而且液压缸定位精度 。 低， 满足不了生产需要。 曩 3 ． 2 故 障分析 图 2 是 比例阀设定、 液压缸位置设定、 液压缸实 际位置曲线图，图中线 1 代表液压缸位置给定线 2 代表液压缸实际位置线 3 代表比例阀的设定线。从 图 2中可以看出， 升降辊道中完成一个给定动作最快 需要 2 0 0 0 ms 左右。 从图 2中也可以看出， 比例阀的开口度给定只有 在大于 1 5 ％左右时， 液压缸才开始动作。虽然通过调 技 术 改 造 一 2 9 天津 分 l 2 5 0 ， l| || ＼ | l ＼ i } ＼ || ＼ ／ ＼ ／ ＼ ／ ＼ ／ ＼ ／ ＼ ／ ＼ 0 5 0 0 1 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 2 5 o o 3 0 0 0 3 5 0 0 t ／ ms 注 1 ． 液压缸设定值； 2 ． 液压缸实际值； 3 ． 比例阀给定值 图 2 比例阀给定、 液压缸实际位置图 节比例阀的开 口度 ， 可以加大统回路流量， 速度也随 之变快， 但实现液压缸位置很不稳定。导致升降辊道 经常找不到毛管位、 顶杆位 ， 辊道不停的上下抖动 ， 这 种情况下根本带不出毛管。 为了更好地保证液压缸动 作的准确性和稳定性 ， 要求比例阀开 口度设定必须减 少， 同时又必须确保实现动作的快捷。 通过对控制图分析 ， 可以判断出比例阀的控制方 式有一定问题。如图 2 所示， 从线 3 可知只有当比例 阀的给定大于 1 5 ％时， 比例阀阀芯才打开， 液压缸才 开始动作 ， 而在比例阀打开期间， 有一个很长的过渡 区间。比例阀达到 1 5 ％给定值时，已经消耗近 1 0 0 0 m s 。比例阀阀芯打开的等待时间完全没有必要， 这个 过渡区间严重影响到比例阀开口度打开， 影响了液压 缸的动作时间。 从上述分析可判断， 在比例阀的控制方式上存在 很大的缺陷； 比例阀的死区太大 ， 影响动作控制精度 ， 因此比例阀需要重新选型。 4 解 决措施 4 ． 1 比例 阀控制 方式更 改 通过故障分析可以知道， 比例阀的控制方式存在 一 定的问题 ， 影响液压缸的速度。图3所示为改造完 成后比例阀闭环控制原理。 跺 婷 5 e 闭环控制单元 比例阀 液压缸 位 置测量系统 图3 比例阀闭环控制原理图 通过液压缸位移传感器得到液压缸实际位置和 一 3 0一 液压缸设定值作比效 ， 把它们的差值经过放大器等环 节进行信号处理 ， 把最终值传输给 比例阀， 控制 比例 阀阀芯开口度。当最开始动作时 ， 液压缸的实际值与 给定值差值最大， 通过比例计算 ， 控制比例阀的给定 值也最大 ， 阀的开口度最大， 液压缸的起启动速度很 快 但随着液压缸逐步到位 ， 差值越来越小 ， 控制比例 阀的给定也越来越小 ， 阀的开 口度出逐步减少 ， 液压 缸的的速度越来越慢；最后实际位置和设定值相等 ， 差值为零， 比例阀的给定也为零， 阀芯开口关闭动作 ， 最终液压缸停止不动。 这种控制在整个控制过程中， 比例阀的给定值是 动态控制， 在启动时， 比例阀的给定达到最大 ， 液压缸 启动很快， 速度也很快； 当快到位时 ， 由于位置接近 ， 比例阀的给定值减少 ， 动作变慢。 这种 比例阀控制方式理论上完全能满足液压缸 启动快、 停止定位精确要求。 4 ． 2比例 阀重新选型 从改造前控制度图 2中可以看出， 当比例阀的设 定值大于 1 5 ％， 液压缸才开始动作。查阅力士乐比例 阀样本中4 WR K E 1 0 E的比例阀流量特性。从图4中 可以看出这种阀有 1 5 ％的死区，阀的给定值一旦进 入死区后 ， 这种阀是没有流量输 出的， 液压缸也就没 有动作 ， 死区严重影响了整个闭环控制。 为了解决这种问题 ，比例 阀必须重新选型， 把 4 WR K E 1 0 E阀换成 4 WR T E 1 0 V阀。从图4中可以看 出这种阀的死区只有 0 。 5 ％， 死区几乎为零。 在改变比例阀的控制方式后 ，选用 4 WR T E 1 0 V 比例阀， 能满足液压缸定位准确的需要。 5 改造后的效果 1 从改造完成后的控制图 5中可以看出， 液压 技 术 改 造 穿孔后台升降辊道液压系统改造 阀芯特性 曲线为 ， J 1 O O 8 O 蚓 6 0 4 0 2 O 1 0 l ／‘ ／ ／ 。 f ．／ l } l ． ； 1 5 3 6 ． 2 5 5 7 ． 5 7 8 ．75 1 0 0 给定值／ ％ a 4 WRK E 1 0 E 特性 曲线为 的阀芯 ／ ／ ‘ ／ ／ ． ／ ／ 0 2 5 5 O 7 5 1 0 0 1 5 3 6 ． 2 5 5 7．5 7 8 ． 7 5 1 o o 指令值／ ％ b 4 WR T E1 0 V 图 4 4 WR K E1 0 E和 4 WR T E 1 0 V流量特性 0 2 3 『 U 2 0 0 0 4 O 0 0 6 0 0 0 t ／ ms 注 1 ． f彼 压缸设定值； 2 ．液压缸实际值； 3 ． 比例阀给定值 图 5 后续改造完后效果图 缸位置设定曲线 1 和实际到位曲线 2 基本重合， 其误 3 改造完后 ， 升降辊道的每次动作都能在 0 ． 5 差不超过 3 IT l m。 内完成 ，液压缸的实际位置与设定位置能控制在 3 2 从控制信号发出 线 2开始有动作 ， 到液压 m m以内， 完全能满足生产需要 ， 加快了生产节奏 ， 提 缸实际位置到位 线 2与线 1 重合 每次动作时间都 高了生产效率。 在 0 ． 5 s 以内。 收稿 2 0 1 1 - 1 1 2 4 编辑 赵实鸣 3 改造完后的液压缸的整个动作时间， 位置精 度都达到了现场工艺要求。 ． 6 结束语 1 通过对穿孑 L 后的升降辊道动作的高度不一致、 无法将毛管带出这一故障现象， 进行 了深入的分析， 发 现升降辊道故障是由于整个液压回路在控制方式上存 在缺陷、 比例阀选型不合适造成的。 2 根据现场的实际情况进行改进 ， 在控制方式 上选用先进的闭环连续控制方式， 同时选用了高频响 应 、 无死 区比例 阀。 参考文献 [ 1 ] 曹玉平 ， 阎祥安． 液压传动与控制[ M ] ． 天津 天津大学出版社 2 0 0 7 l 9 4 0． [ 2 】 成大先．机械设计手册【 M ] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 2 4 0 7 2 ． 【 3 ] 邢鸿雁 ， 张磊 ．实用液压技术 3 0 0 题【 M] ．北京 机械工业 出版社 2 0 0 9 】 0 3 -】 5 2 作者简介 刘瑞， 男， 毕业于湖北工业大学， 工程师 ， 主要从事液压技术工 作 。 } 确 I 一 ， ， 一 ≈ 0 “ ， ， 0 ， ， 0 ， ≯ 一≯ 0g 0 ， ≯ ， l ≯ ， ⋯ 。 ● ，0 0 ， ， 0 0 ≯ 技 术 改 造 一 3 1 一 ∞ ∞ ∞ ∞ 加m Ⅱ 匿 丑 ∞ 如 4 2 蜷剐咖 蝇