基于二通插装阀的换辊装置液压控制回路故障分析及优化 -数控机床市场网

基于二通插装阀的换辊装置液压控制回路故障分析及优化

2016-8-16 来源：中冶赛迪工程技术股份有限公司流体系统部作者：李宇林

摘要：简要阐述了某万能轧机换辊装置的工艺要求、原设计的液压控制回路及二通插装阀的工作原理，对使用过程中的故障进行了分析与排查，并提出了优化后的控制回路。从使用效果来看，回路优化后故障彻底消除。

关键词：二通插装阀；换辊装置；故障分析；优化

某万能轧机换辊装置，其横移由一只液压缸推动，装置需要在Ａ、Ｂ两个换辊位置作较长时间的位置保持，以保证新旧辊系的顺利推入和拉出，换辊位置由行程开关检测。

1、原设计液压控制回路

原设计的液压控制回路如图１所示：液压缸采用比例方向阀控制，以满足快速２００ｍｍ／ｓ、慢速１００ｍｍ／ｓ、定位速度２０ｍｍ／ｓ的工艺动作速度要求，同时，在比例阀Ｂ位采用了特殊阀口形式，以实现液压缸伸出的差动控制，达到节能目的；在比例阀与油缸之间设置液控单向阀，以实现停位时位置保持；针对液压缸通径大、速度快、流量较大（无杆腔达９６５Ｌ／ｍｉｎ）的特点，液控单向阀采用了二通插装阀形式，所有元件均为进口产品。

图１中，元件１为比例方向阀，元件２和６为插装阀，元件３和５为盖板，电磁换向阀４畅１和４畅２用于控制插装阀的通断，其先导控制油Ｘ从压力油路Ｐ引入。

2、二通插装阀的组成及基本原理

如图２所示，二通插装阀主要包括控制盖板１和插件２（由图中红线框以内元件组成）。插件２主要包括阀套３、阀座４、复位弹簧５［１］。

图１　原液压回路图

图２　二通插装阀典型结构图

二通插装阀的驱动取决于压力。对阀的驱动，有３个重要的承压面积A１、A２、A３， A１为阀座的面积， A３为弹簧腔控制油作用面积， A２为环形面积， A２＝A３－A１。其中：面积A１和A２的液压油压力作用在阀开启方向，面积A３的控制油压力和弹簧力作用在阀关闭方向，合成力的有效方向（开启力或关闭力）决定了二通插装阀的开关状态［２－３］。

合成力公式为：

3、工作原理及故障现象

图１所示的液压回路的工作原理为：首先，换向阀４畅１和４畅２电磁铁ａ得电加载，控制油Ｘ被切断，此时插件弹簧腔与泄油管路Ｙ连通。此时，如果比例方向阀１得到正的指令信号，作用于插件２的合力ΣF ＞０，座阀打开，压力油由Ａ到Ｂ流动，到达液压缸无杆腔，同时，有杆腔压力pＢ２上升，作用于插件６的合力ΣF ＞０，座阀打开，油流从Ｂ到Ａ，液压缸伸出；相反地，如果比例方向阀１得到负的指令信号，油流方向相反，液压缸缩回。其次，当液压缸达到Ａ或Ｂ两个换辊位置时，行程开关发讯，比例电磁铁得到中位信号，换向阀４畅１和４畅２电磁铁ａ断电，控制油Ｘ与插件弹簧腔联通， pＡ１和pＡ２压力近似为零，此时，插件受到的合力ΣF ＜０，油口Ａ无泄漏关闭，理论上，液压缸停止运动并会长时间保持在停止位置。

但在调试时，不能实现要求的长时间位置保持功能。在电气控制液压缸停止后，液压缸很快就出现缓慢前伸的现象，并一直持续。一段时间后，平台位置超差报警，自动换辊失败。

4、故障分析及优化

从原理上分析，此故障现象可能是由液压缸内泄或压力油进入液压缸无杆腔而产生。作者采取了以下步骤来进行排查：

首先，关闭球阀８，液压缸停止运动，排除了液压缸内泄原因；然后，在液压缸缓慢前进时，测量液压缸两腔压力， pＢ１和pＢ２均缓慢上升，这表明有压力油同时进入了液压缸两腔管道。从图１可知，有以下几种可能会造成此情况：（１）比例阀未处于中位，压力油从Ｐ口进入Ａ口，通过插装阀进入液压缸；（２）插装阀盖板上的梭阀出现故障，关闭不严，控制油Ｘ由此与插装阀Ｂ通道联通；（３）插件的控制腔与Ｂ通道间存在内泄漏。对于可能性一，根据合成力公式（１），由于pＸ＝p， pＢ＜pＸ， A３＝A１＋A２，此时比例阀即使处于Ｐ通Ａ的状态， pＡ＝p，合力ΣF仍小于０，插装阀关闭，Ａ、Ｂ通道不能连接。对于可能性二，作者将盖板上Ｘ口封堵后，现象仍存在，不成立。对于可能性三，由图２可知，插件的阀套３和阀座５之间是滑阀结构，存在着内泄漏的可能性。经咨询制造商，其内泄量能达３２Ｌ／ｍｉｎ，但厂家的样本未做任何说明，原设计师忽略了这一因素，从而导致了故障发生。

原因查出后，对原控制回路进行优化，如图３所示。

图３　优化后液压回路图

将插装阀的Ｂ通道与比例阀、Ａ通道与液压缸相连接。这样原来的联锁关系和控制模式不发生改变，液压缸停位时，插装阀Ａ、Ｂ通道无泄漏关闭，液压缸能长时间保持位置，不产生运动，而此时插装阀的控制腔压力油虽然有部分内泄到Ｂ通道，但通过比例阀中位机能，回到油箱，对功能不产生影响。从优化后使用效果来看，液压缸实现了长时间位置保持功能，原故障彻底消除。

5、结束语

对于大流量系统，二通插装阀具有降低液阻和压力损失、提高系统效率、启闭灵敏等优点，应用比较广泛。但在设计时，要特别注意规避插装阀自身缺陷，准确选择控制油引入方式和压力油进出方向，防止因内部泄漏造成文中出现的故障现象。

参考文献：

［１］高马达，李宏伟，杨可森．二通插装阀工作原理及在锻压机械中的应用［Ｊ］．液压气动与密封，２００２（３）：４５－４６．

［２］王庆国，苏东海．二通插装阀控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．

［３］黄人豪．二通插装阀控制技术［Ｍ］．上海：上海实用科技研究中心，１９８４．

投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部，邮箱：skjcsc@vip.sina.com

分享到：新浪微博腾讯微博人人网 QQ空间

更多相关信息