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二通插装阀技术及在中厚板轧机上的应用
摘要：介绍了二通插装阀的特点、概况及其基本结构和工作原理，对其在中厚板轧机支承辊主平衡中的应用进行了分析。
关键词：二通插装阀；结构及工作原理；中厚板；主平衡液压系统
1.二通插装阀的特点及概况
二通插装阀（CartridgeValve），又称逻辑阀、插入阀，其控制技术是70年代初开始发展起来的一项新技术。相对于普通的滑阀式结构液压阀，它具有一系列独特的优点，如流阻小、通流能力大、密封性好、适于高水基介质、响应快、抗污染能力强、具有多机能、变型方便、可以高度集成、三化程度高等。因此，很大程度上满足了液压技术向高压、大流量、集成化方向发展的要求。
我国自70年代中期开始研究和开发二通插装阀，已陆续完成从16—160mm通径整个系列的开发定型工作，产品已批量生产，广泛应用于冶金、锻压、塑机、船舶以及其他工程、矿山等领域，取得了良好的经济和社会效益。
2.二通插装阀的基本结构与工作原理
2.1基本结构
二通插装阀通常由插入元件、先导元件、控制盖板和集成块组成，如图1所示。插入元件即二通插装阀，插装在集成块中，通过它的开启、关闭和开启量的大小来控制液流的通断和压力的高低、流量的大小，实现对液压执行元件的方向、压力和速度的控制。
插入元件由各种安装在控制盖板上的先导元件控制，根据系统控制需要选择不同的先导控制元件与控制盖板类型。控制盖板顾名思义，不仅起到盖住和固定插装元件的作用，而且是连接插入元件与先导元件的桥梁，具有多种控制机能，与先导元件一起构成对插装元件的控制部分。集成块则是提供二通插装阀的安装连接及液流流道。
2.2工作原理
插装元件的基本结构原理如图2，由阀芯、阀套、弹簧及密封件组成。它由工作腔A和B及控制腔C构成。阀芯在阀套中移动，构成阀的动作。由此可见，阀芯上合力的方向和大小决定阀的工作状态。当不计阀芯重量和摩擦阻力时，阀芯上的合力则为：

其中：AC=AA+AB
PA——作用在A腔的压力
AA——A腔作用面积
PB——作用在B腔的压力
AB——B腔作用面积
PC——作用在C腔的压力
AC——C腔作用面积
F1——弹簧力
F2——稳态液动力
对于既定的阀，A、B、C三腔的面积一定，弹簧力一定，稳态液动力只在阀芯开启较小时起作用，那么作用在三腔的压力大小便决定了阀芯的开启，控制好三腔的压力大小即控制了阀的动作。当>0时，阀芯打开。当<0时，阀芯关闭。当=0时，阀芯处于某一平衡位置。通过不同的先导控制阀和盖板的组合，即可实现方向控制、压力控制与流量控制。
3.二通插装阀在中厚板轧机主平衡系统的应用分析
图3为中厚板轧机主平衡液压系统。主平衡缸由二通插装阀控制，通过主平衡梁平衡上支承辊系、上工作辊系的重量，并产生一定的过平衡力来消除压下系统中的机械间隙，保证轧制过程中辊系弹跳在允许范围内。为满足主平衡梁的重载及压下系统快速提升、压下的响应速度，二通插装阀通径设计为DN40mm，如图3中阀V1——V5。DB1——DB3为溢流调压盖板，阀DT1——DT5为先导控制阀，阀DT1、DT2分别控制2台泵向系统中是否供压，开一备一。当DT1得电，阀V1关闭，泵向外供压；DT1失电，阀V1打开，泵至油箱内循环。DB1、DB2用于调定系统压力。泵何时供压与否，取决于系统中重锤蓄能器的重锤（图中G）高度位置，即蓄能油液容积的多少。V3——V5阀组为平衡缸的控制阀组。DT3为快速卸荷阀，事故或紧急情况下得电快速泄压；DT4控制平衡缸平衡或锁定停止，得电锁定停止，失电平衡；DT5则控制平衡缸的下降与否，得电下降，主要用于更换辊系或检修时使用。DB2、DB3对平衡系统起安全保护溢流作用。在正常轧钢时，DT3、DT4、DT5均不得电，平衡缸始终处于有压平衡状态，跟随压下机构调节辊缝。当辊缝增大时，平衡缸伸出，重锤蓄能器向上补油；辊缝减小时，压下机构迫使平衡缸回缩，油液又被压回至重锤蓄能器中存储。重锤蓄能器一定的重锤质量保证了系统的压力稳定，较大的蓄能容积又满足了平衡缸的快速运动时对流量的需求，同时兼备系统节能的优点。
由于主平衡液压系统全部采用二通插装阀进行集成，使得系统结构简单、紧凑，便于安装、调试及维护。速度快、稳定性好、响应快、精度高的特点满足了中厚板轧机主平衡的工艺要求，辅以计算机控制，方便实现自动控制。
4.结语
二通插装阀的诸多优点，得到了世界各国的普遍重视，发展异常迅速。我国虽在二通插装阀的研究、开发及生产方面有了一定基础，但与发达国家相比差距较大，工艺制造水平及质量较低，缺乏相关的工程技术人员与人才，希望有关部门大力发展、扶持相关产业，使得这一良好技术更好地服务于各个领域。
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