鋼管六輥快開矯直機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鋼管六輥快開矯直機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在切割、彎曲、拉張、運(yùn)輸、冷卻、加熱和各種加工過程中，由于外部力量、溫度變化等因素，影響了夾體產(chǎn)品的質(zhì)量，如弧曲線等形狀缺陷。無法滿足精度要求和使用要求。而矯直技術(shù)作為保證鋼管產(chǎn)品質(zhì)量后部工序中的重要一環(huán),顯得至關(guān)重要。某廠的矯直機(jī)原系統(tǒng)多采用機(jī)械傳動(dòng),控制系統(tǒng)以繼電-接觸器為主,導(dǎo)致鋼管矯直精度低,生產(chǎn)效率低。根據(jù)廠方的要求和鋼管矯直工藝的特點(diǎn),結(jié)合當(dāng)前新興液壓技術(shù)、先進(jìn)的控制技術(shù)及組態(tài)監(jiān)控技術(shù),提出了鋼管六輥快開矯直機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并采用PLC控制系統(tǒng),同時(shí)組態(tài)監(jiān)控采用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)。1該項(xiàng)目的內(nèi)部設(shè)計(jì)1.1主傳動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)該矯直機(jī)機(jī)組由矯直機(jī)前臺、矯直機(jī)后臺、矯直機(jī)主機(jī)等組成。其中矯直機(jī)前臺包括升降輥道、固定導(dǎo)槽、活動(dòng)導(dǎo)槽、入口導(dǎo)衛(wèi)等;矯直機(jī)后臺包括固定導(dǎo)槽、升降輥道、開合U形導(dǎo)槽等;矯直機(jī)主機(jī)由主機(jī)本體和主傳動(dòng)裝置組成。主機(jī)本體包括:上固定梁、下固定梁、8根預(yù)應(yīng)力連接立柱、上動(dòng)梁、下動(dòng)梁、輥?zhàn)⒊C直輥裝配、壓下裝置、轉(zhuǎn)角裝置、鎖緊裝置、平衡裝置等。主傳動(dòng)裝置包括主電機(jī)(2臺)、聯(lián)軸器(2個(gè))、齒輪分配箱(2臺)、萬向聯(lián)軸節(jié)(6根)。8根立柱與上、下固定梁通過上、下固定梁上各有的8個(gè)立柱孔以預(yù)應(yīng)力方式聯(lián)結(jié),矯直機(jī)上、下矯直輥的輥?zhàn)謩e安裝在各自的動(dòng)梁上,動(dòng)梁上有4個(gè)裝有襯套的孔與各自相鄰的4個(gè)立柱套配合。動(dòng)梁帶動(dòng)矯直輥在4個(gè)立柱上滑動(dòng)以實(shí)現(xiàn)開口度調(diào)節(jié)。上矯直輥壓下調(diào)節(jié)由置于上梁的電機(jī)減速器傳動(dòng)蝸輪蝸桿減速器轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)。下矯直輥壓上調(diào)節(jié)由電機(jī)減速器通過萬向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)蝸輪蝸桿減速器、錐齒輪箱、絲杠實(shí)現(xiàn)。該矯直機(jī)的主機(jī)型式為6輥對置式、8立柱、4滑套快開型斜輥矯直機(jī),其矯直輥的輥形為雙曲線形1.2該項(xiàng)目的內(nèi)部設(shè)計(jì)1.2.1身份證控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)該矯直機(jī)液壓站原理圖如圖1所示。該液壓站主要由油箱、低壓大流量泵1和2、高壓小流量泵3、備用泵4、輔助泵5、鎖緊缸泵6、循環(huán)泵7、蝶閥(5個(gè))、電磁溢流閥(6個(gè))、低壓球閥、電加熱器、電磁球閥、過濾器(包括回油過濾器和吸油過濾器)、板式單向閥(10個(gè))、避震喉(7個(gè))、接近開關(guān)SJ(6個(gè))、液位控制器SL(3個(gè))、濾油器堵塞報(bào)警SF(8個(gè))、溫度控制器ST(2個(gè))、壓力控制器SP(2個(gè),用于鎖緊缸系統(tǒng))組成。油箱的報(bào)警控制功能設(shè)定:(1)使用溫度控制器ST1和ST2實(shí)現(xiàn)油箱油溫報(bào)警;(2)使用液位控制器SL1、SL2、SL3實(shí)現(xiàn)油箱液位報(bào)警;(3)使用SF1—SF7實(shí)現(xiàn)濾油器堵塞報(bào)警。圖1中,在油泵吸油口蝶閥設(shè)置了接近開關(guān),其中SJ0為總吸油口,SJ1為1號泵口,SJ2為2號泵口,SJ3為3號泵口,SJ4為4號泵口,SJ5為5號泵口。SJ0發(fā)訊,表示總吸油口蝶閥打開;SJ0、SJ1發(fā)訊,表示總吸油口、1號泵口蝶閥打開,1號泵可以啟動(dòng),否則不能啟動(dòng)。泵2、3、4、5同理。1.2.2原油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(1)液壓缸升降和下料鋼管的進(jìn)料、輸送和下料主要由矯直機(jī)前臺及導(dǎo)衛(wèi)裝置和矯直機(jī)后臺完成。過程如下:撥料裝置(如上料冷床)將鋼管撥入由固定導(dǎo)槽和活動(dòng)導(dǎo)槽構(gòu)成的一個(gè)封閉可開合的圓形導(dǎo)槽(分兩組,由2個(gè)液壓缸同步驅(qū)動(dòng),每矯直一根鋼管開合一次),圓形導(dǎo)槽閉合,鋼管經(jīng)前臺升降輥道(導(dǎo)槽中設(shè)有2組升降輥道,升降輥道的升降由2個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng),2個(gè)液壓缸可同時(shí)動(dòng)作,也可分別升降。分兩組各由一路油控制。每矯直一根鋼管升降輥道升降一次)的輸送,經(jīng)入口導(dǎo)衛(wèi)裝置(設(shè)在前臺與主機(jī)之間,為保證喂料可靠及穩(wěn)定,鋼管頭部進(jìn)入第一對矯直輥后,導(dǎo)衛(wèi)在液壓缸驅(qū)動(dòng)下快速打開,鋼管尾部進(jìn)入第一對矯直輥后,導(dǎo)衛(wèi)在液壓缸驅(qū)動(dòng)下快速閉合。導(dǎo)衛(wèi)裝置具有開口度調(diào)節(jié)功能。)進(jìn)入主機(jī),鋼管經(jīng)矯直輥的矯直完成后,經(jīng)后臺升降輥道(分2組,輥道升降由2個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng),2個(gè)液壓缸可同時(shí)升降,也可單獨(dú)控制。每個(gè)缸由1路油控制。每矯直一根鋼管升降輥道升降一次。)輸送,經(jīng)開啟的U形導(dǎo)槽(開合U形導(dǎo)槽由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng),每矯直一根鋼管動(dòng)作一次。)將鋼管輸送到臺架上,完成鋼管的快速下料。矯直機(jī)前臺-后臺液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。①鋼管進(jìn)料。圖2中,電磁鐵2DT1b得電,輔助泵5輸出壓力為p②鋼管輸送。圖2中,電磁鐵2DT2、2DT3得電,輔助泵5輸出壓力為p③鋼管下料。圖2中,電磁鐵3DT1、3DT2得電,輔助泵5輸出壓力為p(2)矯直機(jī)平衡-快開系統(tǒng)在矯直機(jī)的1號、3號上輥和2號下輥的壓下絲杠端頭裝有快開缸,當(dāng)管頭進(jìn)入每對矯直輥前矯直輥處于抬起狀態(tài),管頭經(jīng)過矯直輥后矯直輥快速壓下對鋼管進(jìn)行矯直;當(dāng)管尾進(jìn)入每對矯直輥前矯直輥快速抬起[由平衡缸實(shí)現(xiàn),平衡缸的作用:(1)平衡上梁輥?zhàn)友b配和動(dòng)梁的重力并消除壓下螺絲間隙;(2)完成快開缸的回退,實(shí)現(xiàn)快開功能。平衡缸應(yīng)設(shè)置中壓和高壓兩檔壓力級別,并通過壓力表可直觀顯示,且切換迅速],讓過管尾?？扉_缸在矯直鋼管過程中承受矯直力并防止事故時(shí)超載損壞設(shè)備,保證矯直過程為恒壓矯直。矯直機(jī)平衡-快開液壓系統(tǒng)原理如圖3所示。①矯直輥的壓下動(dòng)作(1號上矯直輥壓下)。圖3中,當(dāng)電磁鐵1DT1得電,二位電磁閥切換到左位,流量控制二通插裝閥1的控制腔X經(jīng)過二位電磁閥的A油口及泄油口L與油箱接通,則二通插裝閥1的A腔與B腔接通,壓力控制二通插裝閥2的控制腔X與B腔接通,則二通插裝閥2的A腔與B腔接通,所以1號低壓大流量泵和2號低壓大流量泵輸出壓力為p②矯直輥的開啟動(dòng)作(1號上輥抬起)。圖3中,當(dāng)電磁鐵1DT2斷電,高壓小流量泵3輸出的壓力為p矯直機(jī)平衡-快開系統(tǒng)為大流量液壓系統(tǒng),故選用流通能力大、壓力損失小的二通插裝閥上梁1號、3號矯直輥,2號下矯直輥平衡缸與各矯直輥柱塞式快開缸組合完成快開矯直動(dòng)作?？扉_缸負(fù)責(zé)壓下動(dòng)作,平衡缸負(fù)責(zé)打開動(dòng)作,平衡缸始終處于有桿腔充液狀態(tài)。除2號上輥平衡缸單獨(dú)控制外,其余3組平衡缸與各自對應(yīng)的快開缸聯(lián)鎖控制。矯直機(jī)主機(jī)在不同工段,電磁鐵動(dòng)作順序如表1。表1中:1DT1為1號快開缸換向電磁閥;1DT2為1號平衡缸壓力電磁閥;1DT3為2號快開缸換向電磁閥;1DT4為2號下平衡缸壓力電磁閥;1DT5為3號快開缸換向電磁閥;1DT6為3號平衡缸壓力電磁閥;BDT1為平衡缸壓力比例減壓閥;1DT7為上輥鎖緊缸電磁閥;1DT8為下輥鎖緊缸電磁閥;1DT9為換輥油缸電磁閥;1DT10為換輥油缸電磁閥。換輥液壓回路圖3中未畫出。矯直機(jī)主機(jī)系統(tǒng)工作壓力p(3)上三輥資源高效鎖定液壓系統(tǒng)矯直機(jī)上、下矯直輥的輥?zhàn)謩e安裝于各自的動(dòng)梁上,且每個(gè)矯直輥的輥?zhàn)?個(gè)法蘭式液壓缸直接與動(dòng)梁鎖緊,分2組鎖緊油路控制各上、下矯直輥鎖緊。主機(jī)共有2組12個(gè)鎖緊油缸,每兩個(gè)一組鎖緊一個(gè)矯直輥,鎖緊后保壓。上三輥6個(gè)鎖緊缸共用1個(gè)油路,3個(gè)上輥的轉(zhuǎn)角全部調(diào)整好后,同時(shí)鎖緊;下三輥6個(gè)鎖緊缸共用1個(gè)油路,3個(gè)下輥的轉(zhuǎn)角全部調(diào)整好后,同時(shí)鎖緊。液壓系統(tǒng)原理如圖5,當(dāng)1DT7得電,上梁鎖緊缸上腔(無桿腔)進(jìn)油,下腔回油,實(shí)現(xiàn)上矯直輥輥?zhàn)逆i緊,鎖緊后用6號蓄能器保壓;當(dāng)1DT8得電,下梁鎖緊缸下腔(無桿腔)進(jìn)油,上腔回油,實(shí)現(xiàn)下矯直輥輥?zhàn)逆i緊,鎖緊后用6號蓄能器保壓。矯直輥上輥和下輥轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)是通過電機(jī)、減速器、錐齒輪、小齒輪、大齒圈帶動(dòng)輥?zhàn)D(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)矯直輥輥?zhàn)D(zhuǎn)角均單獨(dú)調(diào)節(jié)。上下輥的角度量程為33°~39°。鎖緊缸由鎖緊缸泵6獨(dú)立供油,與系統(tǒng)主回路分開。鎖緊缸工作壓力p2計(jì)算和選擇主驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的主要設(shè)備2.1黨內(nèi)規(guī)格冶金機(jī)械工作壓力范圍為21~31.5MPa平衡缸規(guī)格計(jì)算。由其中:F為一個(gè)平衡缸最大載荷150kN;η每缸開啟時(shí)間(平衡缸有桿腔充油)要求在0.4s內(nèi)完成,得上矯直輥抬起時(shí)進(jìn)入平衡缸小腔的流量為100L/min。同理可得:快開缸(選用柱塞缸)規(guī)格:Φ320mm×Φ220mm×30mm(動(dòng)作時(shí)間0.4s,壓下上矯直輥時(shí),進(jìn)入快開缸的流量為480L/min);鎖緊液壓缸規(guī)格:Φ100mm×Φ56mm×10mm(動(dòng)作時(shí)間2s);前臺活動(dòng)導(dǎo)槽開合液壓缸規(guī)格:Φ100mm×190mm(動(dòng)作時(shí)間1s,q=115L/min);前臺升降輥道液壓缸規(guī)格:Φ100mm×128mm(升起時(shí)間1s,落下時(shí)間1s,q=60L/min);入口導(dǎo)衛(wèi)調(diào)節(jié)液壓缸規(guī)格:Φ40mm×108mm(動(dòng)作時(shí)間1s,q=10L/min)后臺升降輥道液壓缸規(guī)格:Φ100mm×128mm(升起時(shí)間1s,落下時(shí)間1s,q=60L/min);后臺開合護(hù)套液壓缸規(guī)格:Φ100mm×200mm(升起時(shí)間1s,落下時(shí)間1s,q=95L/min)。2.2主泵的選擇該液壓系統(tǒng)屬于間歇式大流量液壓系統(tǒng),故采用恒壓變量泵作為液壓動(dòng)力元件,再配備蓄能器以補(bǔ)充液壓系統(tǒng)中瞬間大流量的需求。根據(jù)該液壓系統(tǒng)所要求的最大工作壓力25MPa和所需的最大流量60L/min,選用PCY14-1B高壓軸向柱塞泵作為液壓系統(tǒng)的主泵(圖1(b)中的泵3),其額定壓力為31.5MPa,公稱轉(zhuǎn)速1000~1500r/min,公稱排量10~250mL/r。由同理可得:泵1和泵2型號:A7V160MA2.0RPF00,q2.3閥類主要部件的選擇主要閥類元件及輔助元件見表2。3其他部分(1)遠(yuǎn)程i/o控制方案PLC控制系統(tǒng)的控制器選用S7-300系列的CPU315-2DP,采用遠(yuǎn)程I/O控制方案。在控制系統(tǒng)中將遠(yuǎn)程I/O模塊分散配置于系統(tǒng)各控制柜、操作臺內(nèi)。PLC與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,其傳輸速率可達(dá)到500kb/s。(2)直機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用組態(tài)王KingView(V6.53版本)編程開發(fā)矯直機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對矯直流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖6為矯直機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控畫面。4鋼管矯直機(jī)驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)改造升級后的鋼管矯直過程系統(tǒng)已成功用于外徑Φ60~Φ180mm、壁厚4.5~30mm,長度