2.7　鋼卷翻卷機液壓系統

2.7.1　主機功能結構

翻卷機是冷軋生產中必不可少的鋼卷運輸及生產工藝設備，它將進入罩式爐前臥式放置的鋼卷，經過翻卷機翻卷處理，再由吊車將立式鋼卷吊送退火爐臺上裝爐，來完成生產要求。此處介紹的翻卷機（圖2-12）是20世紀70年代引進的設備，其最大承載重量為23t，鋼卷最大直徑2000mm，它將臥卷由右側翻轉到左側，形成立卷。近幾年來，隨著冷軋產量的攀升，鋼卷規格增大，翻卷機工作負荷加劇，經常出現液壓缸缸桿斷裂、液壓缸前端蓋損壞、液壓缸固定螺栓拉斷等故障，造成設備停機，嚴重時造成鋼卷脫落，給生產運行和人身安全帶來很大危害。

2.7.2　液壓系統原理

（1）原系統原理及其存在問題

圖2-13所示為翻卷機液壓系統原理，液壓系統的油源為柱塞式液壓泵1，其壓力控制與卸荷由溢流閥3和二位二通電磁換向閥2控制。系統的執行元件為液壓缸11（用于驅動翻轉機），其運動方向由三位四通電磁換向閥4控制，缸11的運動速度由雙單向節流閥5控制。由水冷卻器8、過濾器9和循環泵10組成的循環系統保證油液溫度及油液過濾。

近年來，隨著冷軋產量的攀升，鋼卷規格增大，翻卷機工作負荷加劇，經常出現液壓缸缸桿斷裂，液壓缸前蓋損壞、液壓缸固定螺栓拉斷等故障，造成設備停機，嚴重時造成鋼卷脫落，給生產和操作者人身安全帶來很大危害。

通過長期對翻卷機運行狀態的監測及對液壓系統進行分析，發現產生上述問題的主要原因是原系統有以下設計缺陷。

①壓力監測缺陷。原系統設計缺少測壓點，在翻卷機運行時，無法測量管路壓力，導致在日常點檢過程未能發現此缺陷，也對于翻卷機故障分析造成很大困難。在原系統中增加液壓缸有桿腔及無桿腔測壓點，并在翻卷機負載運行過程中，測得系統液壓缸有桿腔壓力由10MPa逐漸變為22MPa。

②速度控制缺陷。翻卷機運轉采用三位四通電磁換向閥進行方向控制，采用雙單向節流閥回油節流方式控制速度。通過對系統運行壓力變化進行分析，當鋼卷重心運轉到轉軸左側時，鋼卷會產生翻轉力矩，且隨著翻轉角度增大，力矩逐漸增大。由于翻卷機翻轉過程引起的負載及其壓力變化，使節流閥口前后壓差發生改變，在翻卷過程，通過節流口的流量不斷改變，導致速度控制平穩性差。

當翻卷機翻轉到位后，換向閥換向，閥口迅速關閉，翻卷機停止運動，這樣就會產生很大壓力沖擊。通過核算分析，液壓系統壓力沖擊主要原因是由于翻卷機制動時系統速度控制不穩定造成，另外，回路缺少安全閥保護，也是回路壓力超高的另一原因，使液壓缸兩腔壓力值接近系統元件最高安全使用壓力，影響元件壽命，造成系統元件發生故障。

③液壓缸鎖緊回路設計不足。原系統直接采用三位四通換向閥的O型中位機能進行回路鎖緊，由于滑閥閥芯與閥體配合間隙及其泄漏的原因，當翻卷機翻轉結束后，翻卷機位置檢測顯示OK，但受鋼卷重量影響，當運行大于20t鋼卷時，經常出現翻卷機在停止位仍緩慢下降，在位置信號消失后，產生故障報警，導致下一動作無法實現。

（2）新系統及其特點

對翻卷機液壓系統存在的上述問題進行改進重新設計的液壓系統（部分）如圖2-14所示。

①設計電液比例方向閥換向回路。可以通過改變比例方向閥1的電磁鐵電流大小，就可以改變液壓缸的運行速度，使回路具備換向平穩、無沖擊、工作可靠的特點。

電液比例方向閥1為4WRZ系列W型閥芯機能。系統壓力為16MPa，根據系統壓差按Δp=1MPa，核算的各工況下流量為：快升，320L/min；慢升，120L/min；快降，230L/min；慢降，86L/min。選用閥的規格為通徑25mm，在Δp=1MPa時的額定流量為325L/min（其特性曲線見圖2-15）。通過流量參數核算，滿足該閥給定值遮蓋量為15%，滯后環≤6%的要求。

②設計平衡閥2控制。平衡閥結構如圖2-16所示，其閥芯為錐面結構密封，具有回路鎖緊精度高的優點，同時平衡閥可以根據液壓缸進口的流量來控制液壓缸出口的流量。在系統回路中使用平衡閥，可以保證翻卷機負載發生改變時，平衡閥控制油壓力相應改變，平衡閥的閥口也不變化，從而實現系統速度平穩控制，避免負載變化導致的液壓缸速度失控現象。并且平衡閥在液壓回路中具有防破裂功能，如果液壓缸4、5的進油管路由于管子破裂等原因，造成控制平衡閥閥芯開啟的壓力下降，平衡閥主閥芯立即關閉，翻卷機停止運行。

③設計安全回路。在系統回路中增加DBD系列直動式溢流閥6、7，在翻卷機停止時，限制液壓缸兩腔回路壓力，對系統元件起到安全保護作用，考慮負載受鋼卷重量變換影響，經多次調整試驗，溢流閥設定壓力為回路的20%時能夠滿足現場要求。

④提高油質精度。油液精度控制按照“最高污染等級控制”的原則，由于比例閥對液壓油的清潔度要求達到NAS7級，高于比例閥主回路要求的油質清潔度，故采用過濾比為β₅≥75的過濾器（圖2-16中未畫出），并帶有壓差發信功能。

2.7.3　使用效果

經改進后的翻卷機液壓系統運行穩定，可滿足翻卷機技術要求，設備再未發生以往的故障。