大直径钢管剪板机的改进

大直径钢管剪板机的改进

1板料的剪切力在螺旋焊管的生产中，钢卷板头和板尾的切割是一个重要的过程，该过程直接影响螺钉焊接管前端焊接的焊接质量。渤海装备扬州钢管公司(以下简称“扬州钢管”)使用的QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机采用合理的刀片间隙,借助运动的上刀片及固定的下刀片,对不同钢级、不同厚度的板料施加剪切力,将带钢头、尾整齐切断,为对焊工序做准备。QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机结构如图1所示,主要由机架、刀架、油缸、压料脚、对线装置、间隙调整装置、液压系统及电气系统等部分组成。剪板机在对板料进行剪切时,液压系统压力设定值与刃口间隙值直接影响切口质量。本机推荐间隙值为被剪板厚的10%~15%,并且要求在剪切强度大、硬度高的板料时采用较小值。扬州钢管在对X80钢级Φ1219mm×22mm钢管试制过程中,出现了带钢剪不断的现象。针对此现象,首先对刃口间隙进行测量,测量值为2.4mm,接近较小值2.2mm(22mm×10%),符合本机对刃口间隙值的调整要求,且剪刃固定可靠、平整。因此,初步判断造成带钢剪不断是由于本机液压系统调定的剪切力过小造成的。2插装阀液压系统工作原理QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机液压系统原理如图2所示。从图2可看出,液压系统是由插装结构的集成式块阀、电机、油泵及其管路等组成,是高压大流量液压系统(液压系统最高工作压力29MPa,流量为50~160L/min)。普通液压方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀已经无法满足此系统的参数要求,所以采用插装阀结构液压系统。插装阀液压系统是将若干个插装元件进行不同组合,并配以相应的先导控制级组成方向控制、压力控制、流量控制和复合控制等控制阀,此结构控制阀具有流通能力大、控制自动化等显著优势,因此成为高压大流量领域的主导控制产品(控制流量可达18000L/min)。QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机插装阀液压系统工作原理如下。(1)油泵启动。各电磁阀、电磁铁均不带电,电磁阀处于图示位置,油泵通过阻尼插件4卸荷,油泵空载运行。(2)压脚油缸压下、剪切油缸上腔进油完成剪板动作。1DT、5DT通电;1DT通电系统油液通过阻尼插件4溢流,系统压力p由调压控制盖板3调定(调压范围15~29MPa),系统油压p通过压力表M1显示;5DT通电方向插件19开启,系统油液进入压脚油缸,压脚压下;压脚油缸压住被剪切板料后,压脚油缸及连接管路内部油压升高,当达到调压控制盖板24设定的压力(即系统顺序压力,其调节范围2~11MPa),阻尼插件24开启,油液进入剪切油缸上腔,油缸下腔油液通过液控单向阀7与阻尼插件13流回油箱,直至完成剪板动作。且剪切油缸下行过程中的平衡压力(即有杆腔油压)由调压控制块14b调节(调压范围2~4MPa),此时压力表M2显示调压控制块14a调定的平衡压力。(3)压脚油缸抬起、剪切油缸下腔进油完成返程动作。1DT、2DT、3DT及4DT通电;1DT通电建立系统压力;3DT通电方向插件18开启,压脚油缸上腔油液通过18回油箱,压脚抬起;4DT通电方向插件12开启,系统油液通过方向插件5、方向插件12与液控单向阀7进入剪切油缸下腔,此时2DT通电,阻尼插件13开启溢流,因此剪切油缸的抬刀压力由调压控制块14a调节(调压范围5~7MPa),此时压力表M2显示14a调定的抬刀压力,5DT不通电,方向插件23开启,剪切油缸上腔压力通过方向插件23流回油箱,完成返程动作。(4)刀架静止支承,停留在生产所需的任一位置。图2中电磁铁全部断电,油泵卸荷,空载运行,液控单向阀7的控制油压接油箱,控制油压为0,液控单向阀7关闭,刀架可长时间停留在任一位置,此时压力表M2显示静止支撑压力。安全阀9在此液压系统中起安全作用,防止因系统中液控单向阀7、阻尼插件13及调压控制块14损坏,剪切油缸有杆腔无背压导致剪切油缸快速下落造成安全事故。QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机插装阀液压系统电磁铁动作顺序见表1。图3是QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机普通液压回路原理图,图2所示插装阀液压系统就是在图3所示的普通液压回路工作原理的基础上设计而来的。图3中先导电磁阀3等效于图2中的2、3、4;单向顺序阀5等效于图2中的24、25;安全阀6等效于图2中的9;液控单向阀7等效于图2中的7;直动式溢流阀9等效于图2中的14a,调节抬刀压力;直动式溢流阀10等效于图2中14b,调节平衡压力。QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机普通液压回路工作原理,其电磁铁动作顺序见表2。3qc12y-25023000自动块切割装置的故障分析3.1剪切角度对剪切力的影响QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机插装阀主要技术参数见表3。摆式剪板机剪切力计算一般采用刀架作直线运动的斜刃剪板机剪切力计算公式进行计算,即前苏联学者诺沙里公式式中:k———刀片的磨钝系数,为1.15~1.2;尽管理论上利用公式(1)计算剪切力值是可行的,但是由于目前摆式剪板机刀架安装面制造大多采用简化工艺,将刀片安装面由空间螺旋面简化成平面,从而造成在剪切过程中剪切间隙及剪切后角变化。剪切间隙变化会使剪切过程中剪切力大小发生变化,剪切质量下降;而剪切后角变化可加剧刀片与板材发生磨损甚至挤压,进而增大剪切力。因此,利用诺沙里公式计算出来的剪切力值仅作为调节剪切力大小的参考值,实际剪板过程中所需的剪切力大小都是生产现场通过不断调整辅以剪板试验得出的。3.2系统压力调整结果扬州钢管在试制X80钢级Φ1219mm×22mm钢管过程中,QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机主要技术参数分别为k=1.2、σ式中:P———系统油压,MPa;由公式(2)计算得系统油压需调至26.5MPa时才能满足生产对剪切力要求。生产现场根据系统油压计算值调节图2中溢流阀3,直至压力表M1显示系统压力为26.5MPa,进行第一次剪板试验,带钢没有被剪断。继续提高系统压力至28MPa,带钢仍未被剪断。再次将系统压力提高到液压系统所允许的最高压力29MPa,试验结果还是不能把带钢成功剪断。通过观察系统各压力值发现,剪切油缸在剪板过程中,压力表M2显示的压力值为5MPa。此压力是由图2中调压控制块14b调定的平衡压力(调压控制块14的结构如图4所示),平衡压力的作用是为了平衡剪切油缸及剪刃的自重,使剪切下落动作平稳,5MPa显然超过了平衡压力的设定范围。于是调节图4中的压力调节旋钮来降低平衡压力,在调节过程中发现,平衡压力值始终降不下来。此外,当剪切油缸返程时,压力表M2显示的是由调压控制块14a调定的抬刀压力,且压力表M2仍显示为5MPa。经多次调节图4中的压力调节旋钮,抬刀压力值也无变化。根据此现象分析,应该是图4中的阻尼插件13存在问题。发现问题后,首先关闭电机油泵组电源,使油泵停止向系统供油,再将各电磁阀均处于断电状态,且令剪切油缸处于下落最低位置,然后缓慢打开安全阀9,卸掉剪切油缸下腔油压。在系统无压状态下,将调压控制块14拆下,取出其下方的阻尼插件13(型号为Z2D-H25Z-5)。经检查发现,此插件内部锥阀芯发生卡滞现象,是导致系统平衡压力与抬刀压力不可调的主要原因。更换此阻尼插件,故障得以排除。之后将系统平衡压力调至2MPa,抬刀压力调至6MPa,但此时如将系统压力设为26.5MPa时,仍无法剪断板料,只有继续提高系统压力至29MPa,板料才被顺利剪断且切口整齐。这也说明根据诺沙里公式计算得出的剪切力值相比剪切板料所需的实际值偏小。4插装阀结构的液压系统故障,主要有以下几种扬州钢管的QC12Y-25X2000型液压摆式剪板机液压系统采用的是盖板式二通插装阀结构,此结构适用于工作压力超过21MPa,系统流量超过150L/min的高压大流量液压系统。其优点是集成度高,外形尺寸小;缺点是系统回路比较复杂,故障不易判断。因此,在处理插装阀结构的液压系统故障时,需要清楚地了解系统中各个元件的作用,必要时可以将其等效简化为普通液压阀,以便更直观地分析出各插装回路在整个液压系统中的作用,