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设计任务及控制要求 项 目 说 明 设计任务 对某热轧机进行技术改造，在已有电动压下系统的基础上，增设液压压下微调系统，提高压下系统的控制精度和响应速度，保证产品的目标厚度、同板差和异板差。 工艺及设备主要参数 坯料最大厚度、宽度、长度300mm1500mm2500mm 成品厚度5～40mm 成品最大宽度、长度2700mm28000mm 额定轧制力50000kN（5000T） 最大轧制速度5m/s 轧机综合刚度6500kN/mm 辊系重量2165000kg APC系统性能指标 压下缸额定压下力25000kN（2500T） 压下缸最大压下力30000kN（3000T） 压下缸行程60mm 压下速度≥6mm/s 快速回程速度20m/s 液压APC系统定位精度≤0.005mm 液压APC系统频宽（-3dB）≥10Hz 液压APC系统0.1mm阶跃响应时间≤50ms 电动APC系统定位精度0.1mm 出口板厚精度（同板差） 5～10mm≤0.10mm 10～20mm≤0.16mm 20～40mm≤0.22mm APC系统的控制模式及工作参数的计算 项 目 内 容 控制模式 由于压下力很大，且精度和稳定性要求很高，因此APC系统一般采用三通阀不对称缸控制模式，即用标准四通伺服阀当三通阀用，压下缸活塞腔受控，活塞杆腔通恒定低压。低压Pr的作用是轧制时Pr0.5MPa左右，防止活塞杆腔空吸并吸入灰尘；换辊时使Pr3MPa左右用于快速提升压下缸。 压下缸放在上支承辊轴承座与压下螺丝（或牌坊顶面）之间时，压下缸倒置，即活塞杆不动，缸体运动。 系统供油压力Ps 因压下力很大，为避免压下缸尺寸、伺服阀流量和供油系统参数尺寸过大，拟取经济压力；考虑液压元件及伺服阀的额定压力系列，并考虑到可靠性和维护水平，取Ps28MPa 负载压力PL 考虑到压下力很大，这里不可能按常规即最大功率传输条件取PL（2/3）Ps；但PL也不应过大， 应保证伺服阀阀口上有足够压降，以确保伺服阀的控制能力，这里取PL23MPa 背压Pr 压下控制状态取Pr0.5MPa 压下缸参数的确定与计算 活塞直径D活塞杆直径d 压下力 FAcPL-ArPr 式中 Ac活塞腔工作面积，㎡ Ar活塞杆腔面积，㎡ 令面积比αAc/Ar 得 AcF/（PL-Pr/α） 由 F25000kN，PL23MPa，Pr0.5MPa,并取α4 得 Ac10989.0110-4㎡ Dm 取Dφ1200mm dφ1050mm 则 Ac11309.7310-4㎡ Ar2650.7210-4㎡ αAc/Ar4.27 PL22.22MPa 行程S 压下缸行程可根据来料最大厚度、压下率、成品最小厚度及故障状态的过钢要求等加以确定，取S60mm 液压谐振频率核试验 对于三通阀控制的差动缸，液压谐振频率 ωh 式中 Ac11309.7310-4㎡压下缸活塞腔工作面积 βe油液的容积弹性模量，考虑到系统在23MPa左右的 高压状态下工作，取βe≈1000MPa Vc压下缸活塞腔控制容积，考虑到伺服阀块直接贴装在压下缸缸体上，管道容积极小，则VcminAcS S610-2m压下缸行程 mtmRs/2 mcy85.5103kg mRs上辊系的运动质量，mRs165103kg mcy压下缸缸体运动质量，mcy3103kg 将Ac、βe、S、mt诸参数代入ωh中，可计算出 ωh469.53rad/s74.73Hz 由于ωh很高，可以不必担心APC系统的动态响应 液压动力元件的传递函数 Whs 式中 1/Ac1/11309.7310-488.4210-2m-2 ωh469.53rad/s ξhmin≈0.2 伺服阀参数的确定 负载流量 由压下速度V6mm/s，可求出伺服阀的负载流量 QLVAc407.15L/min 伺服阀的选择及其参数 选用MOOG-D792系列伺服阀，主要参数如下 额定流量QN400L/min，单边△Pn3.5MPa 最大工作压力 35MPa 输入信号 10V或10mA 响应时间从0至100行程 4～12ms 分辨率 0.2 滞环 0.5 零漂△T55K2 总的零位泄漏量最大值 10L/min 先导阀的零位泄漏量最大值 6L/min 伺服阀的工作流量 阀口实际压降 △PPs-△Pl-PL-△PT为何有此项 式中 液压站供油压力 Ps28MPa 液压站至伺服阀的管路总压降 △Pl≈1MPa 伺服阀回油管路压降 △PT≈0.5MPa 额定负载压力 PL 22.22MPa △P 4.28MPa 于是伺服阀的工作流量 QL 实际压下速度核试验 由QL442.33L/min及Ac11309.7310-4㎡，可得实际压下速度 VQL/Ac6.52mm/s 为达到输入振幅Am0.1mm下系统频宽≥10Hz，即ω≥62.83rad/sω2πf 的条件，应使动态速度Vd≥Amω6.28mm/s 可见，选用QN400L/min伺服阀可以满足静态及动态速度要求
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