CN112815106B - 一种高压除鳞喷射阀及气动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压除鳞喷射阀，所述喷射阀包括气动控制系统、驱动气缸、上主阀、下主阀，所述上主阀设置在驱动气缸和下主阀之间，气动控制系统用于控制驱动气缸、上主阀、下主阀的运动。该技术方案通过对关键设备除鳞阀的合理的设计，使用一个气缸就能控制上下两个柱塞，达到预冲水的效果。

Description

一种高压除鳞喷射阀及气动控制方法

技术领域

本发明涉及一种喷射阀，具体涉及一种高压除鳞喷射阀，属于热轧生产线上除鳞结构设备技术领域。

背景技术

除鳞是钢铁企业热轧生产线上的关键工序，其原理是利用高压水（压力25MPa）对轧件表面进行喷射打击，通过高压水的冲击力清除轧件表面的氧化铁皮，以减少轧件表面的氧化物从而保证带钢的表面质量。为了减少除鳞阀打开瞬间高速的高压水对管路的冲击，除鳞系统必需设计有预冲水单元，预冲水单元主要由低压水源、止回阀、安全阀、两位两通换向阀等组成。其与除鳞主管路相并联，负责向除鳞阀后的主管路输入低压水，同时挤出管路里的空气。现有的预冲水单元有以下几个缺点：1.成本高，当除鳞阀打开，为了防止高压水进入低压预冲水单元，防止造成系统零部件的损坏，对应的止回阀、安全阀、控制换向阀等阀门必不可少。2.预冲水单元是整个除鳞系统必不可少的关键单元、上述零部件的好坏直接决定了除鳞系统运行的稳定性。

经检索，中国公开专利CN201710602443.1高压除鳞喷射阀，其技术方案巧妙利用除鳞系统的关键部件“喷射阀”来产出并控制预冲水，达到预冲水效果。其缺点有两方面：一是必须有两个气缸分别控制上下柱塞，下部气缸必须提前打开，增加的气缸会造成阀体庞大，检修空间狭小；二是中间轴套设计必须选用两组密封，在实际使用过程中经常出现漏水现象。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种高压除鳞喷射阀，该技术方案通过对关键设备除鳞阀的合理的设计，使用一个气缸就能控制上下两个柱塞，达到预冲水的效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高压除鳞喷射阀，所述喷射阀包括气动控制系统、驱动气缸、上主阀、下主阀，所述上主阀设置在驱动气缸和下主阀之间，气动控制系统用于控制驱动气缸、上主阀、下主阀的运动。

作为本发明的一种改进，所述驱动气缸由限位杆、支架、接近开关、气缸活塞、气缸活塞杆、气缸缸体，气缸缸体为筒状腔体结构，通过螺栓固定在上端盖上，气缸活塞和气缸活塞杆安装在气缸缸体的腔体内。限位杆安装在气缸活塞的上端、支架固定在气缸缸体顶端、接近开关共有上、中、下三组并安装在支架上，三组接近开关的上下位置均可以调节；驱动气缸为双出杆气杆。

作为本发明的一种改进，所述上主阀主要由杆封、上端盖、阀体、上弹簧、上柱塞、上主密封，上柱塞与阀体内孔之间有上主密封；上柱塞与上端盖之间安装有上弹簧，下主阀主要由下柱塞、下主密封、节流孔板组件、下弹簧、下端盖，所述下柱塞与阀体内孔之间有下主密封；下柱塞与下端盖安装有下弹簧，上端盖和下端盖分别安装在阀体的上下两端，两端盖与气缸活塞杆之间安装有杆封。

作为本发明的一种改进，所述气动控制系统主要由气源、过滤器、气动减压阀、三位五通电磁换向阀、梭阀、气控单向阀、单向节流阀、气缸、两位三通电磁换向阀以及延时阀，气源与过滤器和气动减压阀相连，气动减压阀出口分两路：一路与三位五通电磁换向阀进气口相连，三位五通电磁换向阀初始为进出口不同的中间位置、出口两接口分别通过气控单向阀、单向节流阀接在气缸的上下两接口上；另一路延时阀、两位三通电磁换向阀通过梭阀与气缸的下腔相连。

作为本发明的一种改进，所述阀体为一筒状结构，一侧设计有一个进水孔A，另一侧有一个出水通孔B，阀体中间设计的隔圈凸台D将阀体分成上下两个相通的腔体，上下腔体内各设计了一对密封凹槽，安装上主密封和下主密封，出水通孔B位于两个上主密封中间，入水通孔A与上下腔体相通，下腔体凹槽与出水通孔B与一暗孔C相连。柱孔的截面积满足预冲水最低流量要求。两个端盖分别安装在阀体的上下两端，两者之间安装有密封，防止介质泄漏。

作为本发明的一种改进，上柱塞为一圆柱形筒状结构，其内孔的中间位置设计一隔板，隔板的中心为一通孔，通孔周围设计有若干个小圆孔，所述上柱塞上的中间隔板位于气缸活塞杆205两个隔圈之间；上柱塞本体下部设计有若干个腰形孔，腰形孔的数量和大小满足除鳞喷射阀通过最低流量的需求。

作为本发明的一种改进，所述下柱塞位于下隔圈的下方，气缸活塞杆与上柱塞、下之间均有间隙，下柱塞为凸台筒状结构，长度较短，本体周围设计有若干个小圆孔，使内外相通。柱塞本体上设计有若干个腰形孔，腰形孔的数量和大小满足预冲水通过最低流量的需求。

作为本发明的一种改进，节流孔板组件通过螺丝安装在阀体出水通孔下端的凹槽里。主要作用是将高压水通过内部的节流孔板时减压成低压水并通过出水通孔输出，达到预冲水的目的。

一种高压除鳞喷射阀的气动控制方法，其特征在于，所述方法如下：气动控制主要有以下两种模式：节能模式和常规模式。

节能模式：气缸全行程动作，在下柱塞抬起动作到位后通过延时阀的控制，气缸会停留一段时间，确保下主阀产生的预充水流量足够，主要动作如下，气缸抬起，限位杆与最下位的接近开关脱开，当动作至中间的接近开关时，电磁阀失电，同时电磁阀开始得电，延时阀开始计时，当达到设定的时长时，延时阀开启，气缸完全抬起到位，除鳞阀全开，关闭时电磁阀1的另外一侧线圈的得电，气缸下压至最下位，除鳞主阀和下阀完全关闭；

常规模式：在生产时，气缸在最上和中间的接近开关之间动作，当长时间不需要开启除鳞阀时，气缸下压至最下位，除鳞主阀和下阀完全关闭。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1）该技术方案的上下柱塞的驱动部分为一气缸，安装在阀体上端盖上，主要有活塞杆、活塞、气缸本体等构成，其主要作用是为上下两个柱塞提供位移驱动力。活塞杆上设计两个隔环，两隔环之间的间距取决于预冲水的需求量，两者成正比关系，间距越大，产生的预冲水量就越大；2）该技术方案的上下两个弹簧可以分别使上下两个柱塞复位，弹簧的弹力要足以克服上下柱塞与各自密封的摩擦力；3）三个接近开关主要起检测除鳞阀实际工作位置的检测，并反馈给后台控制程序，执行下一步动作。限位杆与最上一个限位接触时，阀门处于全开状态；限位杆与中间一个限位接触时，阀门处于上关下开状态；限位杆与最下一个限位接触时，阀门处于全闭状态；4）内平衡结构，上下柱塞上的内外相通的小圆孔，使高压水作用在柱塞的两个端面，由于柱塞上下两端作用面积相等，所以产生的力也相等，只要给予柱塞轻微的力克服密封摩擦力就可以使其位移。内平衡结构可以防止气缸突然断气而引起的阀门误动作；5）该方案大幅度降低了设备成本，原有与主管路相并联的预冲水单元（包括所有的阀门）全部省去，同时也大幅度提高了除鳞系统的稳定性；6）该方案利用气缸活塞杆上的两个隔环，使气缸形成一个“空行程”，其目的就是在上柱塞开启之前，保证阀后管路里有足够的预冲水，可以根据需要选择控制方式，节能模式在需要开启除鳞阀时才打开下主阀，待产生足够的预冲水后，上主阀才开启。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图示位置为上下柱塞均处于开启状态。

图2为本发明气动控制回路结构示意简图；

图3为本发明开启动作分解示意图；

图4为本发明关闭动作分解示意图；

图5为节流孔板结构示意图。

图中: 101-气源、102-过滤器、103-气动减压阀、104-三位五通电磁换向阀、105-梭阀、106-气控单向阀、107-单向节流阀、108-气缸、109-延时阀、110-两位三通电磁换向阀、201-限位杆、202-支架、203-接近开关、204-气缸活塞、205-气缸活塞杆、206-气缸缸体、301-杆封、302-上端盖、303-阀体、304-上弹簧、305-上柱塞、306-上主密封、401-下柱塞、402-下主密封、403-节流孔板组件、404-下弹簧、405-下端盖。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1-图5，一种高压除鳞喷射阀，所述喷射阀包括气动控制系统、驱动气缸、上主阀、下主阀，所述上主阀设置在驱动气缸和下主阀之间，气动控制系统用于控制驱动气缸、上主阀、下主阀的运动。

所述驱动气缸108由限位杆201、支架202、接近开关203、气缸活塞204、气缸活塞杆205、气缸缸体206。气缸缸体206为筒状腔体结构，通过螺栓固定在上端盖302上，气缸活塞204和气缸活塞杆205安装在气缸缸体206的腔体内。限位杆201安装在气缸活塞204的上端、支架202固定在气缸缸体206顶端、接近开关203共有上、中、下三组并安装在支架202上，三组接近开关203的上下位置均可以调节；驱动气缸108为双出杆气杆。

所述上主阀主要由杆封301、上端盖302、阀体303、上弹簧304、上柱塞305、上主密封306，上柱塞305与阀体303内孔之间有上主密封306；上柱塞305与上端盖302之间安装有上弹簧304，

下主阀主要由下柱塞401、下主密封402、节流孔板组件403、下弹簧404、下端盖405，

所述下柱塞401与阀体303内孔之间有下主密封402；下柱塞401与下端盖405安装有下弹簧404，上端盖302和下端盖405分别安装在阀体303的上下两端，两端盖与气缸活塞杆205之间安装有杆封301。

所述气动控制系统主要由气源101、过滤器102、气动减压阀103、三位五通电磁换向阀104、梭阀105、气控单向阀106、单向节流阀107、气缸108、两位三通电磁换向阀110以及延时阀109；气源101与过滤器102和气动减压阀103相连，气动减压阀103出口兵分两路：一路与三位五通电磁换向阀104进气口相连，三位五通电磁换向阀104初始为进出口不同的中间位置、出口两接口分别通过气控单向阀106、单向节流阀107接在气缸108的上下两接口上；另一路延时阀109、两位三通电磁换向阀110通过梭阀105与驱动气缸108的下腔相连。

所述阀体303为一筒状结构，一侧设计有一个进水孔A，另一侧有一个出水通孔B，阀体中间设计的隔圈凸台D将阀体分成上下两个相通的腔体，上下腔体内各设计了一对密封凹槽，安装上主密封306和下主密封402，出水通孔B位于两个上主密封306中间，入水通孔A与上下腔体相通，下腔体凹槽与出水通孔B与一暗孔C相连。柱孔的截面积满足预冲水最低流量要求。两个端盖分别安装在阀体的上下两端，两者之间安装有密封，防止介质泄漏。

上柱塞为一圆柱形筒状结构，其内孔的中间位置设计一隔板，隔板的中心为一通孔，通孔周围设计有若干个小圆孔，所述上柱塞305上的中间隔板位于气缸活塞杆205两个隔圈之间；上柱塞本体下部设计有若干个腰形孔，腰形孔的数量和大小满足除鳞喷射阀通过最低流量的需求。

所述下柱塞401位于下隔圈的下方，气缸活塞杆205与上柱塞305、下401之间均有间隙，下柱塞为凸台筒状结构，长度较短，本体周围设计有若干个小圆孔，使内外相通。柱塞本体上设计有若干个腰形孔，腰形孔的数量和大小满足预冲水通过最低流量的需求。

节流孔板组件403通过螺丝安装在阀体303出水通孔下端的凹槽里。主要作用是将高压水通过内部的节流孔板时减压成低压水并通过出水通孔输出，达到预冲水的目的。

实施例2：参见图1-图5，一种高压除鳞喷射阀的气动控制方法，所述方法如下：气动控制主要有以下两种模式：节能模式和常规模式。

节能模式：气缸108全行程动作，在下柱塞401抬起动作到位后通过延时阀109的控制，气缸108会停留一段时间，确保下主阀产生的预充水流量足够，主要动作如下，电磁阀104的线圈1A得电，阀换向至左工作位，气缸108抬起，限位杆201与最下位的接近开关203脱开，当动作至中间的接近开关203时，电磁阀104失电，气缸108处于停止不动状态，同时电磁阀110的2A线圈开始得电，延时阀109开始计时，当达到设定的时长时，延时阀109开启，气缸108完全抬起到位，此时限位杆201与最上位的接近开关203接触，除鳞阀全开，关闭时电磁阀110的2A线圈110失电，电磁阀104的另外一侧线圈的得电，气缸108下压至最下位，除鳞主阀和下阀完全关闭；

常规模式：在生产时，气缸在最上和中间的接近开关203之间动作，当长时间不需要开启除鳞阀时，气缸108下压至最下位，除鳞主阀和下阀完全关闭。

工作原理：参照图1-图5，除鳞阀初始为完全关闭状态，如图3中K1所示，此时气缸活塞204和气缸活塞杆205处于下降位置，气缸活塞杆205上下隔环分别压着上柱塞305和下柱塞401，上柱塞305抵在阀体303隔圈凸台D上，下柱塞401抵在下端盖405处；此时高压水从阀体303的入口A处输入，并充满上柱塞305和下柱塞401里外，由于上柱塞306和上主密封306的作用，上主阀处于关闭状态；同样下柱塞401的腰形孔位于下主密封402的下端，下主阀也处于关闭状态,阀的出口没有水输出。对应的气路控制系统如图一所示，气源101通过管路经过滤器102和气动减压阀103后兵分三路，一路进入三位五通电磁换向阀104，此时1A和1B均不得电，104处于中位，阀没有输出；另一路进入延时阀109，109处于常闭状态，无输出，延时阀109的延时时间可以设定在0-20秒之间；第三路进入常闭状态的两位三通电磁换向阀110，无输出。气控单向阀106可以使气缸108在无气状态下保持位置不变，单向节流阀107可以调节气缸108的升降速度。

1)阀104线圈1A失电的同时，两位三通电磁换向阀110的线圈2A得电换向，延时阀109的控制口有气压输入，计时开始，当达到设定的时间t时(t值由除鳞阀后的管路所需的预冲水量决定，时间t越长，产生的预冲水量越多，t最长只能设置为20秒)，延时阀109换向,输出压力气，经梭阀105、气控单向阀106和单向节流阀107进入气缸108的下腔，推动活塞204和活塞杆205继续上移，限位杆201与中间的接近开关203脱离，此时下柱塞401中间大端面抵在阀体303隔圈凸台下表面上保持不动；气缸活塞杆205继续上移，此时气缸出现一个“空行程”（图3中的K3所示）：即上柱塞305和下柱塞401在上弹簧304和下弹簧404作用下，分别抵在阀体303隔圈凸台的上下表面而不动，气缸活塞杆205的隔环均与上下柱塞脱离，“空行程”时间长短由气缸动作速度和气缸活塞杆205的隔环间距决定，其设计的目的就是防止延时阀的最长时间t产生的预冲水不够时，保证节流孔板组件403产生足够的“预冲水”；此时上阀依旧关闭，下阀打开状态。

2)气缸活塞204和气缸活塞杆205继续上移，当气缸活塞杆205的下隔环上移抵住上柱塞305时（图3中的K4所示），带动上柱塞305并克服上弹簧304的作用力向上移动，当上柱塞305上的腰形孔位于两道上柱塞306之间时，高压水由腰形孔输出并从阀体303的出水口B排出，此时气缸上抬到位，限位杆201与最上面的接近开关203接触，主阀完全开启，同时两位三通电磁换向阀110的线圈2A失电换向，延时阀109处于关闭状态，气缸108在气控单向阀106作用下保持最高位置不变。（图3中的K5所示）

除鳞阀关闭时，主要有以下几步：

1） 打开状态（图4G1所示）两位三通电磁换向阀110的线圈2A失电、三位五通电磁换向阀104线圈1B得电，气缸活塞204和气缸活塞杆205向下移动，下柱塞401在下弹簧404的作用下保持原位不动（下阀处于开启状态），上柱塞305在上弹簧304的作用下紧贴在气缸活塞杆205的上隔环向下移动，当上柱塞305上的腰形孔位于两道上主密封306下方时，上主阀关闭状态（（图4中的G2所示））。

2） 气缸活塞204和气缸活塞杆205继续向下移动，上柱塞305动作到位后，此时气缸同样出现一个“空行程”：即上柱塞305和下柱塞401在上弹簧304和下弹簧404作用下，分别抵在阀体303隔圈凸台的上下表面上而不动，而气缸活塞杆205上的隔环与两者均不接触。（图4中的G3所示）

3） 气缸活塞204和气缸活塞杆205继续向下移动，上柱塞305原位不动（图4中的G4所示）；当气缸活塞杆205的下隔环抵住下柱塞401并克服下弹簧404的作用力向下移动，当移至最下位时，下柱塞401上的腰形孔位于最下位的下主密封402的下方，下阀关闭（图4中G5所示）。

当选择常规模式时，开启动作只执行图3中K2-K5步骤，关闭动作只执行图4中G1-G4步骤，即下阀处于常开状态，对应的气路控制系统如图一所示，只需通过逻辑控制三位五通电磁换向阀104两个线圈的得电失电即可，使气缸108在最上面两个接近开关203之间动作。

常规模式下阀处于常开状态，存在一定的水资源的浪费，而节能模式在需要开启除鳞阀时提前开启下阀产生预冲水，待产生的预冲水满足设备功能需求时再开启上主阀，可以节约一定的水资源。

通过采取以上的措施，利用单个气缸的动作，实现预冲水的目的，避免了背景描述中的各项缺陷并顺利实现了发明内容中所述各项有益效果。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (3)

1.一种高压除鳞喷射阀，其特征在于，所述喷射阀包括气动控制系统、驱动气缸、上主阀、下主阀，所述上主阀设置在驱动气缸和下主阀之间，气动控制系统用于控制驱动气缸、上主阀、下主阀的运动，所述驱动气缸（108）由限位杆（201）、支架（202）、接近开关（203）、气缸活塞（204）、气缸活塞杆（205）、气缸缸体)(206组成，气缸缸体（206）为筒状腔体结构，通过螺栓固定在上端盖（302）上，气缸活塞（204）和气缸活塞杆（205）安装在气缸缸体（206）的腔体内,限位杆（201）安装在气缸活塞（204）的上端、支架（202）固定在气缸缸体（206）顶端、接近开关（203）共有上、中、下三组并安装在支架（202）上，三组接近开关（203）的上下位置均可以调节；驱动气缸（108）为双出杆气杆，所述上主阀主要由杆封(301)、上端盖(302)、阀体(303)、上弹簧(304)、上柱塞(305)、上主密封(306)，上柱塞（305）与阀体（303）内孔之间有上主密封（306）；上柱塞（305）与上端盖（302）之间安装有上弹簧(304)，下主阀主要由下柱塞(401)、下主密封(402)、节流孔板组件(403)、下弹簧(404)、下端盖(405)，所述下柱塞(401）与阀体（303）内孔之间有下主密封（402）；下柱塞（401）与下端盖（405）安装有下弹簧（404），上端盖（302）和下端盖（405）分别安装在阀体（303）的上下两端，两端盖与气缸活塞杆（205）之间安装有杆封（301），所述气动控制系统主要由气源（101）、过滤器（102）、气动减压阀（103）、三位五通电磁换向阀（104）、梭阀（105）、气控单向阀（106）、单向节流阀（107）、气缸（108）、两位三通电磁换向阀（110）以及延时阀（109），气源（101)与过滤器(102)和气动减压阀(103)相连，气动减压阀(103)出口分两路：一路与三位五通电磁换向阀(104)进气口相连，三位五通电磁换向阀(104)初始为进出口不同的中间位置、出口两接口分别通过气控单向阀(106)、单向节流阀(107）接在气缸（108）的上下两接口上；另一路延时阀（109）、两位三通电磁换向阀（110）通过梭阀（105）与气缸(108)的下腔相连，所述阀体（303）为一筒状结构，一侧设计有一个进水孔A，另一侧有一个出水通孔B，阀体中间设计的隔圈凸台D将阀体分成上下两个相通的腔体，上下腔体内各设计了一对密封凹槽，安装上主密封（306）和下主密封（402），出水通孔B位于两个上主密封（306）中间，入水通孔A与上下腔体相通，下腔体凹槽与出水通孔B与一暗孔C相连。

2.根据权利要求1所述的高压除鳞喷射阀，其特征在于，上柱塞为一圆柱形筒状结构，其内孔的中间位置设计一隔板，隔板的中心为一通孔，通孔周围设计有若干个小圆孔，所述上柱塞（305）上的中间隔板位于气缸活塞杆（205）两个隔圈之间，所述下柱塞（401）位于下隔圈的下方，气缸活塞杆（205）与上柱塞（305）、下柱塞（401）之间均有间隙，下柱塞为凸台筒状结构，节流孔板组件（403）通过螺丝安装在阀体（303）出水通孔下端的凹槽里。

3.采用权利要求1或2所述的高压除鳞喷射阀的气动控制方法，其特征在于，所述方法如下：气动控制主要有以下两种模式：节能模式和常规模式；

节能模式：气缸（108）全行程动作，在下柱塞（401）抬起动作到位后通过延时阀（109）的控制，气缸（108）会停留一段时间，确保下主阀产生的预充水流量足够，主要动作如下，气缸（108）抬起，限位杆（201）与最下位的接近开关（203）脱开，当动作至中间的接近开关（203），电磁阀（104）失电，气缸（108）处于停止不动状态，同时电磁阀（110）的2A线圈开始得电，延时阀（109）开始计时，当达到设定的时长时，延时阀（109）开启，气缸（108）完全抬起到位，此时限位杆（201）与最上位的接近开关（203）接触，除鳞阀全开，关闭时电磁阀（110）的2A线圈（110）失电，电磁阀（104）的另外一侧线圈的得电，气缸（108）下压至最下位，除鳞主阀和下阀完全关闭；

常规模式：在生产时，气缸在最上和中间的接近开关（203）之间动作，当长时间不需要开启除鳞阀时，气缸下压至最下位，除鳞主阀和下阀完全关闭。

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