CN103302099A - 连轧管机支撑辊液压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种连轧管机支撑辊液压控制系统，在轧管过程中调节用来支撑芯棒和毛管的支撑辊，所述支撑辊液压控制系统包括依次通过液压管路连接的比例换向阀和伺服液压缸，所述伺服液压缸包括无杆腔、有杆腔和活塞杆及位移传感器，所述活塞杆的一端连接并支撑所述支撑辊，比例换向阀为三位四通比例换向阀，所述液压控制系统还包括系统进油口、系统回油口、系统进油管路和系统回油管路，压力油从所述系统进油口进入所述比例换向阀，根据所述比例换向阀所处的左位、右位或中位，所述压力油流入所述有杆腔、所述无杆腔或与所述有杆腔及所述无杆腔隔离，以控制所述活塞杆的落下、升起或处于中间位置。

Description

连轧管机支撑辊液压控制系统

技术领域

本发明涉及轧钢机械的液压控制系统，尤其涉及一种芯棒限动连轧管机的支撑辊液压控制系统。 

背景技术

芯棒限动连轧管机是无缝钢管生产的重要设备之一。在芯棒限动连轧管机轧制无缝钢管时需要将毛管和芯棒共同放置在轧机入口处，并将芯棒穿入毛管中，再共同送入连轧机中进行轧制，因此需要支撑芯棒和毛管的支撑辊。根据生产工艺需要这种支撑辊应具备以下功能：1、支撑位置能够依照芯棒或毛管直径大小精确调整；2、支撑位置调整灵活方便迅速，以适应快速生产节奏；3、在限动齿条等装置将芯棒毛管送入连轧机及拖出芯棒过程中能够快速升降，并具备安全自保护功能，防止意外不能下降时损坏齿条等限动装置和支撑辊装置。 

现有的芯棒支撑辊采用丝杠加液压缸结构，可参照中国实用新型专利“限动芯棒支撑装置”（公告号CN202137191）所示，其螺旋升降机的丝杆定位液压缸初始位置，通过控制液压缸的伸出和缩回，进而调整支撑辊的支撑高度和芯棒的位置。这种调整方式不但复杂费时，而且调整方式不够灵活，不能在线实时调整，在使用一段时间之后调整精度会变差，不能满足当今自动化生产线的需求。 

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的缺点，提供一种连轧管机支撑辊的液压控制系统，解决现有机构复杂，调整不便和精度差的问题。 

为实现上述目的，本发明提出一种连轧管机支撑辊液压控制系统，用于轧管过程中支撑和调节芯棒和毛管的支撑辊，所述液压控制系统还包括系统进油口、系统回油口、系统进油管路和系统回油管路，所述支撑辊液压控制 系统包括控制器和依次通过液压管路连接的比例换向阀和伺服液压缸，所述控制器信号连接于所述比例换向阀，并具有信号接收器，所述比例换向阀为三位四通比例换向阀，所述伺服液压缸包括无杆腔、有杆腔、活塞杆及位移传感器，所述活塞杆的一端连接并支撑所述支撑辊，所述位移传感器能够检测所述活塞杆的位移并发出位移信号，并传递至所述控制器的所述信号接收器，所述控制器具有预设位移值，并能够比较所述预设位移值和所述位移信号并产生控制信号，并且输入所述控制信号至所述比例换向阀以控制所述比例换向阀处于左位、右位或中位，压力油从所述系统进油口进入所述比例换向阀，根据所述比例换向阀所处的左位、右位或中位而流入所述有杆腔、所述无杆腔或与所述有杆腔及所述无杆腔隔离，以控制所述活塞杆的落下、升起或处于中间位置。 

在本发明一实施例中，所述比例换向阀具有进油口、第一工作油口、第二工作油口和回油口，所述第一工作油口连通于所述无杆腔，所述第二工作油口连通于所述有杆腔，所述比例换向阀处于中位时所述进油口、第一工作油口、第二工作油口和回油口相互隔离。 

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括过滤器和减压阀，所述过滤器的进油口连通于所述系统进油口，所述过滤器的出油口连通于所述系统进油管路，所述减压阀连接于所述过滤器的下游，并且所述减压阀的进油口和出油口均连通于所述系统进油管路。 

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括连接于所述减压阀下游的第一单向阀，所述第一单向阀的进油口和出油口连通于所述系统进油管路。 

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括连接于所述第一单向阀下游的蓄能器，所述蓄能器的压力油口连通于所述系统进油管路。 

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括安全阀和第二单向阀，所述安全阀的进油口和出油口分别连通于所述无杆腔和所述系统回油口之间，所述安全阀的设定压力高于所述减压阀的设定压力，所述安全阀在压力大于所述设定压力时开启泄压；所述第二单向阀设置在所述有杆腔和所述系统回油口之间，并能够使油液从所述系统回油口流入所述有杆腔。 

在本发明一实施例中，所述液压控制系统还包括第一压力继电器、第二压力继电器和第三压力继电器，所述第一压力继电器连接于所述比例换向阀 的上游并连通于所述比例换向阀的进油口，用来检测所述比例换向阀的进油口前的压力；所述第二压力继电器连接于所述比例换向阀的第一工作油口和所述无杆腔之间以检测所述无杆腔的压力，所述第三压力继电器连接于所述比例换向阀的第二工作油口和所述有杆腔之间以检测所述有杆腔的压力。 

在本发明一实施例中，所述第一压力继电器、所述第二压力继电器和所述第三压力继电器分别具有显示装置，以分别显示所检测到的压力。 

发明的优点在于：采用比例闭环控制系统，调整精确迅速可靠，自动化程度高；机械设备构成简单；设置减压阀，可以根据需要设置系统压力，从而获得比例换向阀的最优控制区间；恰当设置蓄能器和单向阀，补偿压力波动，消除减压阀调压对系统性能影响，同时作为辅助动力源；采用三位四通比例换向阀，既能满足生产需要，较伺服阀又可以节约成本；伺服液压缸由于将位移传感器内置液压缸中，精度高，不易损坏；设置有安全保护回路，防止损坏设备和液压缸；控制器可以方便简单地设置比例换向阀的参数，实施算法和补偿，操控性能好，能够实现实时控制，和机械式调整机构相比便捷迅速；压力继电器和位移传感器的设置可以实时监控系统状态，方便故障诊断和处理；由于采用了先进的比例控制技术，自动化程度高，更适合当今现代化生产线的需要。 

附图说明

图1所示为本发明一实施例的连轧管机支撑辊液压控制系统的示意图； 

图2所示为本发明一实施例的连轧管机支撑辊液压控制系统的控制结构示意图； 

图3为本发明一实施例的连轧管机支撑辊液压控制系统的控制示意图。 

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本发明。 

图1所示为本发明一实施例的连轧管机支撑辊液压控制系统的示意图；图2所示为本发明一实施例的支撑辊液压控制系统的控制结构示意图。如图 1和图2所示，本发明一实施例中支撑辊液压控制系统用于调节支撑辊S的高度，支撑辊液压控制系统包括系统进油口P、系统回油口T和系统泄油口L，还包括通过液压油管路依次连接的过滤器1、减压阀2、第一单向阀4、蓄能器3、比例换向阀6、伺服液压缸5和第二单向阀8。 

过滤器1连接于系统进油口P，出油口均连通于系统的进油管路，用于将从系统进油口P进入的压力油进行过滤，以提高压力油的清洁度，阻止污染物进入系统，延长液压元件的使用寿命。减压阀2连接于过滤器1的下游，其进油口2b和出油口2a均连通于系统的进油管路，泄油口2y连通于系统的泄油管路。减压阀2根据需要调整进入比例换向阀6的压力，从而获得比例换向阀的最优控制区间。第一单向阀4设置于减压阀2的下游，并且其进油口和出油口均连通于系统的进油管路，第一单向阀4不仅能够防止压力油回流，同时当减压阀2的压力降低到小于第一单向阀4下游的压力时，第一单向阀4能够自动关闭，防止压力过低对支撑辊S的高度的影响。 

蓄能器3连接于第一单向阀4的下游。蓄能器3具有压力油口3a和泄油口3b。压力油口3a连通于系统的进油管路，泄油口3b连通于系统的泄油管路。压力油通过第一单向阀4之后，部分油液从蓄能器3的进出油口3a进入蓄能器3进行储能，其余的油液则通过比例换向阀6。蓄能器3能够及时吸收来自系统的压力冲击，维持比例换向阀前的压力稳定，同时在紧急状态时能够提供动力源。 

比例换向阀6为三位四通比例换向阀，其连接于蓄能器3的进出油口3a的下游，其兼具换向和控制油液流量大小作用，比例换向阀6具有进油口6p、第一工作油口6a、第二工作油口6b和回油口6t。比例换向阀6的进油口6p连通于系统的进油管路，回油口6t连通于系统的回油管路。比例换向阀6具有信号接收端61，能根据输入的控制信号S2控制自身阀芯位移，从而控制液流方向和大小。伺服液压缸5包括无杆腔5a、有杆腔5b和活塞杆51及位移传感器52。比例换向阀6的第一工作油口6a和第二工作油口6b分别连接于伺服液压缸5的无杆腔5a和有杆腔5b，比例换向阀6的回油口6t连通于系统回油口T。比例换向阀6的构造和工作原理已是本领域普通技术人员所公知，在此不再具体描述。 

图3为本发明一实施例的连轧管机支撑辊液压控制系统的控制示意图。 如图2和图3所示，本发明的液压控制系统还包括控制器12，控制器12在一实施例中优选为PLC控制器。伺服液压缸5内置有上述位移传感器52，位移传感器52能够检测伺服液压缸5的活塞杆51的位移并发送位移信号S1，控制器12具有信号接收器121，能够接收位移传感器52发出的位移信号S1并转换成控制信号S2后输入至比例换向阀6，以对比例换向阀6进行控制。控制信号S2可以为电流信号、电压信号或其他种类的信号。举例来说，例如比例换向阀6设定能够接收到的输入控制信号S2为4～20mA，当输入信号S2为12mA时，本实施例的三位四通比例换向阀6的阀芯处于中间位置；输入信号S2在4～12mA时，阀芯处于左位，即进油口6p和第二工作油口6b相通，第一工作油口6a和回油口6t相通；输入信号S2在12～20mA时，阀芯处于右位，即进油口6p和第一工作油口6a相通，第二工作油口6b和回油口6t相通；阀开口大小取决于输入控制信号S2。 

当油液从进油口6p进入比例换向阀6并由第一工作油口6a输出至伺服液压缸5的无杆腔5a，同时有杆腔5b通过比例换向阀6的第二工作油口6b连通回油时，无杆腔5a内压力升高，活塞杆51伸出，支撑辊S的高度升高。当油液从进油口6p进入比例换向阀6并由第二工作油口6b输出至伺服液压缸5的有杆腔5b，同时无杆腔5a通过比例换向阀6的第一工作油口6a连通回油的时候，有杆腔5b的压力升高，活塞杆51缩回，支撑辊S的高度降低。而液压缸活塞杆51伸出或缩回的变化可以通过内置于液压缸5内的位移传感器52测得。控制器12将根据活塞杆51位移值的变化与事先设定的预设位移值大小比较，如果存在偏差则输出相应的控制信号S2给比例换向阀6，直至得到所要求的位移值，此后比例换向阀6将动态地保持在中间位置，即进油口6p与第一工作油口6a和第二工作油口6b动态隔离，液压缸活塞杆51因此保持在一个固定的位置上，从而通过支撑辊S支撑住不同规格的芯棒或毛管在所要求的高度上。本发明的液压控制系统由于采用闭环控制，精度较高，响应迅速，调整方便快捷。 

在一实施例中，为了防止系统设备损坏和便于系统监测和故障排除，本发明的液压控制系统还包括安全阀7、第二单向阀8、第一压力继电器9、第二压力继电器10和第三压力继电器11。安全阀7的进油口7a和出油口7b分别连通于伺服液压缸5的无杆腔5a和系统回油口T之间，其设定压力高于 减压阀2的设定压力，安全阀7处于常闭状态。倘若轧制过程中活塞杆51由于某种原因不能下降（例如比例换向阀6由于故障其第一工作油口6a和回油口6t堵塞，导致压力油无法通过的情况出现），而前行的限动齿条装置又要运行撞上支撑辊S，这时伺服液压缸5的无杆腔5a内压力迅速升高，当达到安全阀7的设定压力时，安全阀开启，迅速泄压，保护设备。因此，安全阀7用于防止负载过大等意外情况对系统或设备的损坏。第二单向阀8设置在液压缸5的有杆腔5b和系统回油口T之间，在活塞杆51迅速下降时，有杆腔5b的压力迅速降低，第二单向阀8打开，从回油管路吸油补充进有杆腔5b，有效预防伺服液压缸5吸空。因此，第二单向阀8的设置能够预防伺服液压缸5吸空。第一压力继电器9连接于比例换向阀6的上游并连通于比例换向阀6的进油口6p，用来检测比例换向阀6的进油口6p前的压力；第二压力继电器10和第三压力继电器11分别连接于伺服液压缸5的无杆腔5a和有杆腔5b的油液管路上，检测伺服液压缸5的无杆腔5a和有杆腔5b的压力，通过监测系统压力来监视系统状态，方便故障判断和处理。 

本发明一实施例中，上述第一、第二和第三压力继电器均包括具备数显和模拟量输出功能的显示装置，显示装置能显示所检测到的压力，方便使用者对系统进行检测和故障诊断。 

本发明的工作状态如下：压力油从系统进油口P进入，通过过滤器1、减压阀2以及第一单向阀4，一部分油液进入蓄能器3蓄能，另一部分从比例换向阀6的进油口6p进入比例换向阀6，当需要支撑辊S上升时，控制器12输出控制信号S2控制比例换向阀6处于右工作位，即进油口6p和第一工作油口6a连通，压力油从进油口6p进入伺服液压缸5的无杆腔5a，使得活塞杆51上升，同时伺服液压缸5中的位移传感器52将活塞杆51的实际位移值发送给控制器12，控制器12将其与给定的位移值进行比较，并将比较结果以控制信号S2的形式发送至比例换向阀6以进行实时调节。当需要支撑辊S下降时，控制器12输出控制信号S2控制比例换向阀6处于左工作位，即进油口6p和第二工作油口6b连通，压力油从进油口6p进入伺服液压缸5的有杆腔5b，使得活塞杆51下降，同时伺服液压缸5中的位移传感器52将活塞杆51的实际位移值发送给控制器12，控制器12将其与给定的位移值进行比较，并将比较结果以控制信号S2的形式发送至比例换向阀6以进行实 时调节。当活塞杆51伸出的高度到达预定的高度（即已达到预设位移值），比例换向阀6将动态地保持在中间位置，即进油口6p与第一工作油口6a和第二工作油口6b动态隔离，液压缸活塞杆51因此保持在一个固定的位置上，从而通过支撑辊S支撑住不同规格的芯棒或毛管在所要求的高度上。 

本发明的优点在于：采用比例闭环控制系统，调整精确迅速可靠，自动化程度高；机械设备构成简单；设置减压阀，可以根据需要设置系统压力，从而获得比例换向阀的最优控制区间；恰当设置蓄能器和单向阀，补偿压力波动，消除减压阀调压对系统性能影响，同时作为辅助动力源；采用三位四通比例换向阀，既能满足生产需要，较伺服阀又可以节约成本；伺服液压缸由于将位移传感器内置液压缸中，精度高，不易损坏；设置有安全保护回路，防止损坏设备和液压缸；控制器可以方便简单地设置比例换向阀的参数，实施算法和补偿，操控性能好，能够实现实时控制，和机械式调整机构相比便捷迅速；压力继电器和位移传感器的设置可以实时监控系统状态，方便故障诊断和处理；由于采用了先进的比例控制技术，自动化程度高，更适合当今现代化生产线的需要。 

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离本发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在所附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为所附权利要求所涵盖。 

Claims (8)

1.一种连轧管机支撑辊液压控制系统，用于轧管过程中支撑和调节芯棒和毛管的支撑辊（S），所述液压控制系统还包括系统进油口（P）、系统回油口（T）、系统进油管路和系统回油管路，其特征在于，所述支撑辊液压控制系统包括控制器（12）和依次通过液压管路连接的比例换向阀（6）和伺服液压缸（5），所述控制器（12）信号连接于所述比例换向阀（6），并具有信号接收器（121），所述比例换向阀（6）为三位四通比例换向阀，所述伺服液压缸（5）包括无杆腔（5a）、有杆腔（5b）、活塞杆（51）及位移传感器（52），所述活塞杆（51）的一端连接并支撑所述支撑辊（S），所述位移传感器（52）能够检测所述活塞杆（51）的位移并发出位移信号（S1），并传递至所述控制器（12）的所述信号接收器（121），所述控制器（12）具有预设位移值，并能够比较所述预设位移值和所述位移信号（S1）并产生控制信号（S2），并且输入所述控制信号（S2）至所述比例换向阀（6）以控制所述比例换向阀（6）处于左位、右位或中位，压力油从所述系统进油口（P）进入所述比例换向阀（6），根据所述比例换向阀（6）所处的左位、右位或中位而流入所述有杆腔（5a）、所述无杆腔（5b）或与所述有杆腔（5a）及所述无杆腔（5b）隔离，以控制所述活塞杆（51）的落下、升起或处于中间位置。

2.如权利要求1所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述比例换向阀具有进油口（6p）、第一工作油口（6a）、第二工作油口（6b）和回油口（6t），所述第一工作油口（6a）连通于所述无杆腔（5a），所述第二工作油口（5b）连通于所述有杆腔（5b），所述比例换向阀（6）处于中位时所述进油口（6p）、第一工作油口（6a）、第二工作油口（6b）和回油口（6t）相互隔离。

3.如权利要求2所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括过滤器（1）和减压阀（2），所述过滤器（1）的进油口连通于所述系统进油口（P），所述过滤器（1）的出油口连通于所述系统进油管路，所述减压阀（2）连接于所述过滤器（1）的下游，并且所述减压阀（2）的进油口和出油口均连通于所述系统进油管路。

4.如权利要求3所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括连接于所述减压阀（2）下游的第一单向阀（4），所述第一单向阀（4）的进油口和出油口连通于所述系统进油管路。

5.如权利要求4所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括连接于所述第一单向阀（4）下游的蓄能器（3），所述蓄能器（3）的压力油口（3a）连通于所述系统进油管路。

6.如权利要求5所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括安全阀（7）和第二单向阀（8），所述安全阀（7）的进油口（7a）和出油口（7b）分别连通于所述无杆腔（5a）和所述系统回油口（T）之间，所述安全阀（7）的设定压力高于所述减压阀（2）的设定压力，所述安全阀（7）在压力大于所述设定压力时开启泄压；所述第二单向阀（8）设置在所述有杆腔（5b）和所述系统回油口（T）之间，并能够使油液从所述系统回油口（T）流入所述有杆腔（5b）。

7.如权利要求6所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统还包括第一压力继电器（9）、第二压力继电器（10）和第三压力继电器（11），所述第一压力继电器（9）连接于所述比例换向阀（6）的上游并连通于所述比例换向阀（6）的进油口（6p），用来检测所述比例换向阀（6）的进油口（6p）前的压力；所述第二压力继电器（10）连接于所述比例换向阀（6）的第一工作油口（6a）和所述无杆腔（5a）之间以检测所述无杆腔（5a）的压力，所述第三压力继电器（11）连接于所述比例换向阀（6）的第二工作油口（6b）和所述有杆腔（5b）之间以检测所述有杆腔（5b）的压力。

8.如权利要求7所述的连轧管机支撑辊液压控制系统，其特征在于，所述第一压力继电器（9）、所述第二压力继电器（10）和所述第三压力继电器（11）分别具有显示装置，以分别显示所检测到的压力。

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