一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀.pdf

本发明公开了一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，包括阀体，阀芯，回转马达，回转马达进油单向阀，后回转调节器，后回转调节器回油单向阀，送进马达，送进马达进油单向阀，后送进调节器，后送进调节器回油单向阀，液压系统卸荷单向阀，截止阀，前送进调节器回油单向阀，前送进调节器，前回转调节器回油单向阀，前回转调节器，液压管件。本发明结构参数设计计算简单，直观明晰，结构紧凑，传动简便，控制功能良好，性能稳定。装配、调整方便，体积和布局面积小，重量轻。

1.  一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，其特征在于：包括阀体(1)，阀芯(2)，回转马达(3)，回转马达进油单向阀(4)，后回转调节器(5)，后回转调节器回油单向阀(6)，送进马达(7)，送进马达进油单向阀(8)，后送进调节器(9)，后送进调节器回油单向阀(10)，液压系统卸荷单向阀(11)，截止阀(12)，前送进调节器回油单向阀(13)，前送进调节器(14)，前回转调节器回油单向阀(15)，前回转调节器(16)，液压管件(17)；
首先由液压泵系统打出的压力油，分三路分别与回转马达进油单向阀(4)、送进马达进油单向阀(8)的进油口及阀体(1)上的P接口相连接，回转马达进油单向阀(4)的出油口与回转马达(3)的进油口相连接，回转马达(3)的出油口分两路分别与阀体(1)上的P₁接口和P₁＇接口相连接，送进马达进油单向阀(8)的出油口与送进马达(7)的进油口相连接，送进马达(7)的出油口也分两路分别与阀体(1)上的P₂接口和截止阀(12)的进油口相连接，截止阀(12)的出油口与阀体(1)上的P₂＇接口相连接；
其次是后回转调节器(5)的接口与阀体(1)上的A₁接口直接连接，后送进调节器(9)的接口与阀体(1)上的A₂接口相连接；同样，前回转调节器(16)的接口与阀体(1)上的A₁＇接口相连接，前送进调节器(14)的接口与阀体(1)上的A₂＇接口相连接；
最后是后回转调节器回油单向阀(6)的进油口与阀体(1)上的T₁接口相连接，后回转调节器回油单向阀(6)的出油口与油箱相连接，后送进调节器回油单向阀(10)的进油口与阀体(1)上的T₂接口相连接，后送进调节器回油单向阀(10)的出油口与油箱相连接；同样，前回转调节器回油单向阀(15)的进油口与阀体1上的T₁＇接口相连接，前回转调节器回油单向阀(15)的出油口与油箱相连接，前送进调节器回油单向阀(13)的进油口与阀体(1)上的T₂＇接口相连接，前送进调节器回油单向阀(13)的出油口与油箱相连接，液压系统卸荷单向阀(11)的进油口与阀体(1)上的T接口相连接，液压系统卸荷单向阀(11)的出油口与油箱相连接。

2.  根据权利要求1所述的控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，其特征在于：所述液压管件(17)包括油管和管接头。

3.  根据权利要求1所述的控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，其特征在于：所述阀体(1)与阀芯(2)采用小间隙配合方式，配合间隙控制在0.02～0.04mm以内。

4.  根据权利要求1所述的控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，其特征在于：所述阀芯(2)最高设计转速为n＝100转/分。

一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀
技术领域
本发明属于冷轧管机液压式双回转双送进机构的设计与制造技术领域，具体地说，涉及一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀。
背景技术
当前随着国内外冷轧无缝管材应用领域的不断扩大，冷轧无缝管材的需求量也不断增加，冷轧管机作为用于生产冷轧无缝管材的设备，其需求量也随之增加。冷轧管机按轧辊数量可分为二辊和多辊(三辊、五辊)两种；按回转送进方式可分为单回单送、双回单送和双回双送三种。多辊轧机一般只采用单回单送，而二辊轧机以上三种轧制方式均可采用。采用“双回双送”的冷轧管机轧制效率高；而采用“双回单送”的冷轧管机，轧制质量好。所以目前对“双回双送”和“双回单送”两种轧制方式在二辊轧机中的应用也越来越广。
用于三种轧制方式的控制机构主要有液压式、凸轮式(平面、弧面)和光电式(直流电机、伺服电机)等。目前液压式和凸轮式都仅用于“单回单送”的轧制方式。而光电式虽然适用于三种轧制方式，但由于“回转送进”动作是一种间歇运动，冲击较大，传动不平稳，这就要求直流电机或伺服电机必须有很大的起动力矩和额定功率，这不仅提高了制造商的设备成本，而且也增加了用户的用电量，造成能源浪费，轧制成本提高，也不符合国家提倡的节能环保理念。
而液压式回转送进机构由于具有结构简单、传动平稳、调整方便，尤其是制造成本和工作能耗均较低等优点，目前仍被广泛地应用。采用双回转双送进的轧制方式，能有效提高冷轧管机的生产率，而传统的液压式控制机构只能用于“单回单送”。而近年刚研发的用于“双回转双(单)送进的液压控制机构，虽然控制原理新颖，传动结构合理，但经相关企业实际应用后反馈的主要不足之处是：采用的“曲柄滑阀控制机构”结构较复杂，体积和布局面积较大，制造(加工、装配、调试等)较麻烦，控制性能不够稳定，生产成本较高。
上述的“曲柄滑阀控制机构”实质是采用了“曲柄传动机构”与两组“行程型换向滑阀”的结构组合。本发明就是为了克服上述缺点，针对原来的“曲柄滑 阀控制机构”进行创新研发，最终发明一种用于控制冷轧管机液压式双回转双(单)送进的换向转阀，以一个“换向转阀”替代原来整个的“曲柄滑阀控制机构”。
现有技术经相关企业实际应用后反馈的主要不足之处是：采用的“曲柄滑阀控制机构”结构较复杂，体积和布局面积较大，制造(加工、装配、调试等)较麻烦，控制性能不够稳定，生产成本较高。现有的“曲柄滑阀控制机构”实质是采用了“曲柄传动机构”与两组“行程型换向滑阀”的结构组合，所以总体结构庞大，制造成本很高。
其存在的主要缺点是：
1)由于采用了三位三通行程型换向滑阀来控制，必须增加曲柄传动机构，使轧机机头同步传来的旋转运动转化为来回往复运动，所以传动机构较多；
2)由于采用了两组滑阀装置，零部件数量较多(主要是五个阀块、两根阀芯加曲柄传动机构)，体积和布局面积均较大，采用的材料和总重量偏大；
3)总体结构与传动较复杂，整体曲柄轴和各阀块内腔的加工较麻烦，且该装置的装配、调整不方便，行程参数设计计算较烦琐，控制性能不够稳定，生产成本很高。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，针对原来的“曲柄滑阀控制机构”进行创新研发，最终发明一种用于控制冷轧管机液压式双回转双(单)送进的换向转阀，以一个“换向转阀”替代原来整个的“曲柄滑阀控制机构”，以解决上述的现有技术存在的缺点与不足问题。其技术方案如下：
一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，包括阀体1，阀芯2，回转马达3，回转马达进油单向阀4，后回转调节器5，后回转调节器回油单向阀6，送进马达7，送进马达进油单向阀8，后送进调节器9，后送进调节器回油单向阀10，液压系统卸荷单向阀11，截止阀12，前送进调节器回油单向阀13，前送进调节器14，前回转调节器回油单向阀15，前回转调节器16，液压管件17。
首先由液压泵系统打出的压力油，分三路分别与回转马达进油单向阀4、送进马达进油单向阀8的进油口及阀体1上的P接口相连接，回转马达进油单向阀 4的出油口与回转马达3的进油口相连接，回转马达3的出油口分两路分别与阀体1上的P1接口和P1＇接口相连接，送进马达进油单向阀8的出油口与送进马达7的进油口相连接，送进马达7的出油口也分两路分别与阀体1上的P2接口和截止阀12的进油口相连接，截止阀12的出油口与阀体1上的P2＇接口相连接；
其次是后回转调节器5的接口与阀体1上的A1接口直接连接，后送进调节器9的接口与阀体1上的A2接口相连接；同样，前回转调节器16的接口与阀体1上的A1＇接口相连接，前送进调节器14的接口与阀体1上的A2＇接口相连接；
最后是后回转调节器回油单向阀6的进油口与阀体1上的T1接口相连接，后回转调节器回油单向阀6的出油口与油箱相连接，后送进调节器回油单向阀10的进油口与阀体1上的T2接口相连接，后送进调节器回油单向阀10的出油口与油箱相连接；同样，前回转调节器回油单向阀15的进油口与阀体1上的T1＇接口相连接，前回转调节器回油单向阀15的出油口与油箱相连接，前送进调节器回油单向阀13的进油口与阀体1上的T2＇接口相连接，前送进调节器回油单向阀13的出油口与油箱相连接，液压系统卸荷单向阀11的进油口与阀体1上的T接口相连接，液压系统卸荷单向阀11的出油口与油箱相连接。
进一步，所述液压管件17包括油管和管接头。
优选地，阀体1与阀芯2采用小间隙配合方式，配合间隙控制在0.02～0.04mm以内，以确保其良好的密封性。阀芯2转速n与轧机的轧制速度相同，最高设计转速为n＝100转/分。
本发明的有益效果：
1)由于采用了“圆柱转阀装置”，控制运动即为与机头传动比一致同步的旋转运动，所以可省去了较烦琐的曲柄传动机构，而直接采用弹性联轴器联接传动；
2)用一个转阀装置替代了原两组滑阀装置，主要零件只有阀体和阀芯两个，所以大大简化了传动结构和减少了零件数量，从而减轻了总重量，节省了材料；
3)对阀体的内孔加工，用镗削就能解决；对阀芯的外圆可用车、磨加工；对阀芯上各通油槽，由于精度要求不高，可在立式铣床上，借助于回转分度式专用夹具进行铣削，故加工简便；
4)结构参数设计计算简单，直观明晰，结构紧凑，传动简便，控制功能良 好，性能稳定。装配、调整方便，体积和布局面积小，重量轻，所以生产成本很低；
5)本发明的技术由于具有以上各大优点，所以今后可将技术专利转让给相关企业进行积极的推广应用，可以预见这对企业和社会必将产生极大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀的传动原理图,其中1阀体，2阀芯，3回转马达，4回转马达进油单向阀，5后回转调节器，6后回转调节器回油单向阀，7送进马达，8送进马达进油单向阀，9后送进调节器，10后送进调节器回油单向阀，11液压系统卸荷单向阀，12截止阀，13前送进调节器回油单向阀，14前送进调节器，15前回转调节器回油单向阀，16前回转调节器，17液压管件；
图2是圆柱转阀装置的结构示意图，其中，图2a是换向转阀的主剖视图，图2b是换向转阀的俯剖视图；
图3是图2俯剖视图中的各个轴向剖面左视图,其中，图3a、图3b、图3c、图3d分别是A—A、B—B、C—C和D—D四个轴向剖面左视图；
图4是轧管机机头回转送进及轧制区示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
图1是本发明控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀的传动原理图。一种控制冷轧管机液压式双回双送的换向转阀，包括阀体1，阀芯2，回转马达3，回转马达进油单向阀4，后回转调节器5，后回转调节器回油单向阀6，送进马达7，送进马达进油单向阀8，后送进调节器9，后送进调节器回油单向阀10，液压系统卸荷单向阀11，截止阀12，前送进调节器回油单向阀13，前送进调节器14，前回转调节器回油单向阀15，前回转调节器16，液压管件17。
首先由液压泵系统打出的压力油，分三路分别与回转马达进油单向阀4、送进马达进油单向阀8的进油口及阀体1上的P接口相连接，回转马达进油单向阀4的出油口与回转马达3的进油口相连接，回转马达3的出油口分两路分别与阀体1上的P1接口和P1＇接口相连接，送进马达进油单向阀8的出油口与送进马 达7的进油口相连接，送进马达7的出油口也分两路分别与阀体1上的P2接口和截止阀12的进油口相连接，截止阀12的出油口与阀体1上的P2＇接口相连接；
其次是后回转调节器5的接口与阀体1上的A1接口直接连接，后送进调节器9的接口与阀体1上的A2接口相连接；同样，前回转调节器16的接口与阀体1上的A1＇接口相连接，前送进调节器14的接口与阀体1上的A2＇接口相连接；
最后是后回转调节器回油单向阀6的进油口与阀体1上的T1接口相连接，后回转调节器回油单向阀6的出油口与油箱相连接，后送进调节器回油单向阀10的进油口与阀体1上的T2接口相连接，后送进调节器回油单向阀10的出油口与油箱相连接；同样，前回转调节器回油单向阀15的进油口与阀体1上的T1＇接口相连接，前回转调节器回油单向阀15的出油口与油箱相连接，前送进调节器回油单向阀13的进油口与阀体1上的T2＇接口相连接，前送进调节器回油单向阀13的出油口与油箱相连接，液压系统卸荷单向阀11的进油口与阀体1上的T接口相连接，液压系统卸荷单向阀11的出油口与油箱相连接。
上述的各接点均采用螺纹接口，各配以管接头和油管形成液压管路系统。由于前、后死点之间的相位角ω取180°，所以阀体1两侧的螺纹接口也按180°对称布置。阀体1与阀芯2组成的转阀按如图1的水平位置布置，其它各元件回转马达3，回转马达进油单向阀4，后回转调节器5，后回转调节器回油单向阀6，送进马达7，送进马达进油单向阀8，后送进调节器9，后送进调节器回油单向阀10，液压系统卸荷单向阀11，截止阀12，前送进调节器回油单向阀13，前送进调节器14，前回转调节器回油单向阀15，前回转调节器16，也尽可能按如图1的水平位置布置，液压管路17可根据油箱结构灵活合理布置。
本发明的核心内容是由阀体1和阀芯2两零件组成的“圆柱转阀装置”，如图2所示。阀体1与阀芯2采用小间隙配合方式，配合间隙控制在0.02～0.04mm以内，以确保其良好的密封性。阀芯2转速n与轧机的轧制速度相同，最高设计转速为n＝100转/分。换向转阀的主剖视图F—F和俯剖视图E—E如图2所示，俯剖视图中的各个轴向剖面左视图A—A、B—B、C—C和D—D见图3示。
其中阀体1由耐磨的球墨铸铁整体制造，其内孔为圆柱通孔，两侧按180°对称布置着共14个螺纹接口，其中用于前、后死点的回转送进各6个，用于系 统卸荷的为2个。阀体的底面均匀分布着8个螺纹孔，以便于该转阀装置通过螺钉固定。阀芯2由合金钢整体制造，工作表面须淬火，以提高其耐磨性。阀芯的工作表面上分布着6条轴向长度和深度均相同的“通油槽”，其中“宽通油槽”4条，“窄通油槽”2条。在阀体与阀芯的配合传动过程中，阀芯的左肩面起到了轴向定位的作用。阀芯左端的键槽中心平面与“宽通油槽”轴向中心平面重合，所以该键槽有两方面的作用：一是与机头直接通过弹性联轴器联接，传动运动和少量转矩；二是在与机头运动匹配时作为定位基准使用，即满足当机头处于后死点时，该键槽正好处于正上方。
在图2的F—F主剖视图中，阀芯上从左到右的2条“窄通油槽”，是分别用于“回转和送进”的通油槽(使马达与调节器接通)。“窄通油槽”周向通油角度的理论值为60°(如图3的A—A所示)，考虑到与阀体相关螺纹接口的通径(一般为φ20)问题，实际的通油角度小于理论值，经计算得“窄通油槽”周向通油角度的实际值为40°(如图3的B—B所示)。
同样在图2的E—E俯剖视图中，阀芯上从左到右的2条“宽通油槽”，是分别用于回转调节器和送进调节器“回油”的通油槽(使调节器与回油管接通)。在图3中的D—D轴向剖面左视图中，有2条呈180°对称分布的“宽通油槽”，是用于液压系统“卸荷”的通油槽(使系统与回油管接通)。4条“宽通油槽”周向通油角度的理论值为120°(如图3的D—D所示)，同样经计算得“宽通油槽”周向通油角度的实际值为100°(如图3的C—C所示)。
本发明“换向转阀装置”的功能是：控制两个回转、送进液压马达出油口的“开与关”，从而达到控制两个油马达的“一转一停”的间歇式旋转运动之目的，两马达再通过各自的齿轮副减速传动后，带动杠杆和丝杆输出，从而分别带动管坯的回转与送进。而“换向转阀”的控制速度(节拍)必须与冷轧管机的机头运行速度保持同步或协调，同时又通过四个调节器来适当调整两个油马达的出油量大小，以达到调整管坯的回转角和送进量至工艺要求之目的。
图4是轧管机机头回转送进及轧制区分布示意图。对应在“圆柱转阀”上，也要求机头处于前后死点的回转送进角均为60°(图4的AD与CB区域)，其余的240°为轧制区(图4的AB与CD区域)。且前、后死点之间的相位角ω取180°，所以阀体两侧的螺纹接口也按180°对称布置。4条“宽通油槽”与2条“窄通 油槽”在圆周方向上均呈90°方位布置，其中用于系统“卸荷”的2条“宽通油槽”在圆周上呈180°对称布置。
本发明是一种用于冷轧管机液压式“双回转双送进”或“双回转单送进”动作的专用液压控制装置(或元件)，其实质是由阀体和阀芯两个零件组成的“圆柱型换向转阀”。
下面针对图1所示的传动原理图再阐述一下其控制的工作原理：
图示的转阀位置正好处于后死点的回转和送进时期(回转送进角范围均为60°)，此时两液压马达通过2条“窄通油槽”与后回转、后送进调节器接通，而其它各液压支路均被封死，从而使两液压马达各旋转一定角度，分别带动管坯在后死点的回转与送进。
当阀芯旋转60°结束后死点的回转和送进动作后，继续旋转120°时，为正行程轧制区(范围为120°)，此时后回转、后送进两调节器由前2条“宽通油槽”与装有单向阀的回油管接通，使两调节器内腔原先被充满的存油在弹簧压力作用下，全部排回至油箱，以便继续下一次的工作循环。同时在此期间(范围也为120°)，液压系统主油路通过第3条“宽通油槽”，与另一装有单向阀的回油管T接通，让液压泵打出的油全部流向油箱，使系统卸荷，以减少压力损失和系统发热。这样轧机就完成了半个轧制周期(后死点回转送进+正行程轧制)。
同样道理，当阀芯继续旋转60°时，2条“窄通油槽”由下方旋转至上方，使两液压马达分别与前回转、前送进调节器接通，而其它各液压支路均被封死，从而也使两液压马达各旋转一定角度，分别带动管坯在前死点的回转与送进。
同样阀芯继续旋转120°时，为反行程轧制区(范围也为120°)，此时前回转、前送进两调节器，也由前2条“宽通油槽”与装有单向阀的另两路回油管接通，使两调节器内腔原先被充满的存油在弹簧压力作用下，全部排回至油箱，以便继续下一次的工作循环。同时在此期间(范围也为120°)，液压系统主油路通过第4条“宽通油槽”，也与另一装有单向阀的回油管T接通，让液压泵打出的油全部流向油箱，使系统卸荷。这样轧机又完成了另半个轧制周期(前死点回转送进+反行程轧制)。
这样当阀芯旋转一周后，就完成了一个轧制周期内“双回转双送进”动作的控制工作。当轧机周而复始的轧制运动时，同步旋转的转阀也就起到了“周而复 始”的控制作用。
当前死点送进量调至零时，或用截止阀12关闭从送进马达出来的油路，则轧机可实行双回转单送进的轧制方式。所以该“转阀装置”通用于“双回双送”和“双回单送”两种控制方式，且对该两种控制方式在结构上得到了有机的统一。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。