2.7 钢卷翻卷机液压系统
2.7.1 主机功能结构
翻卷机是冷轧生产中必不可少的钢卷运输及生产工艺设备，它将进入罩式炉前卧式放置的钢卷，经过翻卷机翻卷处理，再由吊车将立式钢卷吊送退火炉台上装炉，来完成生产要求。此处介绍的翻卷机（图2-12）是20世纪70年代引进的设备，其最大承载重量为23t，钢卷最大直径2000mm，它将卧卷由右侧翻转到左侧，形成立卷。近几年来，随着冷轧产量的攀升，钢卷规格增大，翻卷机工作负荷加剧，经常出现液压缸缸杆断裂、液压缸前端盖损坏、液压缸固定螺栓拉断等故障，造成设备停机，严重时造成钢卷脱落，给生产运行和人身安全带来很大危害。
图2-12 钢卷翻卷机结构简图
2.7.2 液压系统原理
（1）原系统原理及其存在问题
图2-13所示为翻卷机液压系统原理，液压系统的油源为柱塞式液压泵1，其压力控制与卸荷由溢流阀3和二位二通电磁换向阀2控制。系统的执行元件为液压缸11（用于驱动翻转机），其运动方向由三位四通电磁换向阀4控制，缸11的运动速度由双单向节流阀5控制。由水冷却器8、过滤器9和循环泵10组成的循环系统保证油液温度及油液过滤。
图2-13 钢卷翻转机液压系统原理
1—液压泵；2—二位二通电磁换向阀；3—溢流阀；4—三位四通电磁换向阀；5—双单向节流阀；6—球阀；7—截止阀；8—水冷却器；9—过滤器；10—循环泵；11—液压缸
近年来，随着冷轧产量的攀升，钢卷规格增大，翻卷机工作负荷加剧，经常出现液压缸缸杆断裂，液压缸前盖损坏、液压缸固定螺栓拉断等故障，造成设备停机，严重时造成钢卷脱落，给生产和操作者人身安全带来很大危害。
通过长期对翻卷机运行状态的监测及对液压系统进行分析，发现产生上述问题的主要原因是原系统有以下设计缺陷。
①压力监测缺陷。原系统设计缺少测压点，在翻卷机运行时，无法测量管路压力，导致在日常点检过程未能发现此缺陷，也对于翻卷机故障分析造成很大困难。在原系统中增加液压缸有杆腔及无杆腔测压点，并在翻卷机负载运行过程中，测得系统液压缸有杆腔压力由10MPa逐渐变为22MPa。
②速度控制缺陷。翻卷机运转采用三位四通电磁换向阀进行方向控制，采用双单向节流阀回油节流方式控制速度。通过对系统运行压力变化进行分析，当钢卷重心运转到转轴左侧时，钢卷会产生翻转力矩，且随着翻转角度增大，力矩逐渐增大。由于翻卷机翻转过程引起的负载及其压力变化，使节流阀口前后压差发生改变，在翻卷过程，通过节流口的流量不断改变，导致速度控制平稳性差。
当翻卷机翻转到位后，换向阀换向，阀口迅速关闭，翻卷机停止运动，这样就会产生很大压力冲击。通过核算分析，液压系统压力冲击主要原因是由于翻卷机制动时系统速度控制不稳定造成，另外，回路缺少安全阀保护，也是回路压力超高的另一原因，使液压缸两腔压力值接近系统元件最高安全使用压力，影响元件寿命，造成系统元件发生故障。
③液压缸锁紧回路设计不足。原系统直接采用三位四通换向阀的O型中位机能进行回路锁紧，由于滑阀阀芯与阀体配合间隙及其泄漏的原因，当翻卷机翻转结束后，翻卷机位置检测显示OK，但受钢卷重量影响，当运行大于20t钢卷时，经常出现翻卷机在停止位仍缓慢下降，在位置信号消失后，产生故障报警，导致下一动作无法实现。
（2）新系统及其特点
对翻卷机液压系统存在的上述问题进行改进重新设计的液压系统（部分）如图2-14所示。
图2-14 改进后液压系统原理
1—电液比例方向阀；2，3—平衡阀；4，5—液压缸；6，7—直动式溢流阀
①设计电液比例方向阀换向回路。可以通过改变比例方向阀1的电磁铁电流大小，就可以改变液压缸的运行速度，使回路具备换向平稳、无冲击、工作可靠的特点。
电液比例方向阀1为4WRZ系列W型阀芯机能。系统压力为16MPa，根据系统压差按Δp=1MPa，核算的各工况下流量为：快升，320L/min；慢升，120L/min；快降，230L/min；慢降，86L/min。选用阀的规格为通径25mm，在Δp=1MPa时的额定流量为325L/min（其特性曲线见图2-15）。通过流量参数核算，满足该阀给定值遮盖量为15%，滞后环≤6%的要求。
图2-15 通径25mm电液比例换向阀的特性曲线
②设计平衡阀2控制。平衡阀结构如图2-16所示，其阀芯为锥面结构密封，具有回路锁紧精度高的优点，同时平衡阀可以根据液压缸进口的流量来控制液压缸出口的流量。在系统回路中使用平衡阀，可以保证翻卷机负载发生改变时，平衡阀控制油压力相应改变，平衡阀的阀口也不变化，从而实现系统速度平稳控制，避免负载变化导致的液压缸速度失控现象。并且平衡阀在液压回路中具有防破裂功能，如果液压缸4、5的进油管路由于管子破裂等原因，造成控制平衡阀阀芯开启的压力下降，平衡阀主阀芯立即关闭，翻卷机停止运行。
图2-16 平衡阀结构
③设计安全回路。在系统回路中增加DBD系列直动式溢流阀6、7，在翻卷机停止时，限制液压缸两腔回路压力，对系统元件起到安全保护作用，考虑负载受钢卷重量变换影响，经多次调整试验，溢流阀设定压力为回路的20%时能够满足现场要求。
④提高油质精度。油液精度控制按照“最高污染等级控制”的原则，由于比例阀对液压油的清洁度要求达到NAS7级，高于比例阀主回路要求的油质清洁度，故采用过滤比为β5≥75的过滤器（图2-16中未画出），并带有压差发信功能。
2.7.3 使用效果
经改进后的翻卷机液压系统运行稳定，可满足翻卷机技术要求，设备再未发生以往的故障。