双辊铸轧液压AGC系统的设计.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 2 ． 2 0 0 8 双辊铸轧液压 A GC系统的设计 李红侠杨 仁金 南昌钢铁股份有限公司 ， 江西南昌3 3 0 0 1 2 摘要 通过设计 双辊铸轧液压 AG C系统来调节辊缝间隙 ， 提高其控制精 度 、 响应速度和稳定性 。 关键词 液压伺 服系统； 位置闭环控制； 压力补偿 中图分类号 T P 2 7 1 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 0 8 0 2 - 0 0 1 3 0 3 Th e De s i g n o f Twi n r o l l Ca s t i n g Hy d r a u l i c AGC S y s t e m L ／Ho n g - x i a Y ANG R e n - fi n N a n c h a n g I r o n a n d S t e e l C o ． ，L t d ． ，N a n c h a n g 3 3 0 0 1 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T w i n r o l l c a s t i n g h y d r a u l i c A G C s y s t e m i s d e s i g n e d t o a d j u s t t h e g a p b e t w e e n d o u b l e r o l l e r s a n d i m p r o v e i t S c o n t r o l a c c u r a c y ， r e s p o n s e a c c u r a c y a n d s t a b i l i t y ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m； p o s i t i o n c l o s e l o o p c o n t r o l ； p r e s s u r e c o mp e n s a t i o n O 引言 双辊铸轧连铸技术是当今世界先进 的热门技术， 曾 经应用过 电动 AG C的方案来控制板带的厚度，但由于 响应太慢， 传动的刚性太差 而令人失望， 经过几年 的实 践，深 深体会 到要解决 连铸 中板 厚差 的 问题非 液压 A G C系统莫属。而液压 A G C的作用就是在轧制的过程 中克服来料 的不均匀， 消除轧机刚度 、 辊 系的机械精度 以及轧制速度变化的影响， 自动迅速的微调节液压缸 的 位置， 使轧机辊缝间隙恒定， 从而使 出口板厚恒定 。 l 设计参数 已知条件 ， 如图 l 所示。 图 1 条件图 F 分 8 0t ； D8 0 0 mm ； v t rz 2 5 1 2 0 m／ mi n； f o ． 3 ； 收稿 日期 2 0 0 7 0 6 2 7 作者简介 李红侠 1 9 8 0 一 ， 女 ， 安徽萧 县人 ， 毕业 于安徽工业 大学 流体传动与控制专业 ， 现从 事液压润滑技术与管理工作 。 Q l 4 O O k g ； S 2 6 mm 。 2 液压 A G C工艺构思 随着市场的扩大及对成品厚度公差要求的不断提 高 ， 电动一 机械式或人工微 调机构式辊缝 间隙的调节方 法已不能适应需要。为了改进 电动一 机械式及人工微调 机构式辊缝 间隙的繁琐性 和不准确性 ，近代机组上开 始采用液压 A GC控制系统 ， 其响应快 、 精度高 ， 可 以保 证产 品的 目标厚度差 、 同板差 和异板差等 ， 因此得到越 来越广泛的应用。根据上述条件设计成如下液压 A G C 装置 的工艺原理图 ， 如图 2所示。 、 ‘ 。 厂 ‘ i ； [ 翱 。 s ／ l ＼ L_ 图 2 双 辊 铸 轧 液 压 AGC装 置 工 艺 原 理 图 l 一 锁紧液压 缸2 一 测径仪3 一 左工 作辊 4 一 带材或坯壳厚度 5 一 右工作辊6 一 微调液压缸7 一 固定架 日一 来料板厚s 一 空载缝隙P 一 轧制力 一 满载缝隙 由图 2可知 ，当坯壳或板坯通过两工作辊之间的 缝隙时， 在轧制力的作用下坯料产生塑性变形 ， 出口就 得到比入 口薄的板带 板坯的轧制一般要经过多机架 多道次的轧制才能轧 出需要厚度的产 品，而不同的道 1 3 维普资讯 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 10 0 8年 第 2期 次需要不 同的辊缝值 ； 坯壳的厚度差等制约着成品的 几何质量 ， 这时就需要采用液压 A G C控制技术 。液压 A G C装置可以使轧机在轧制过程中克服来料厚度的不 均匀和材料物理性能的不均匀 ， 消除轧机刚度 、 辊隙的 机械精度 以及轧制速度 变化的影响 ；只要在作用液压 缸和机械锁定装置把左工作辊固定 的情况下 ，自动迅 速地调节液压缸 6的位置 ，即调节两工作辊之 间的间 隙， 使轧机两工作辊辊缝 恒定 ； 从而使板厚恒定 ， 达到 了控 制成 品厚度公差 的期望值 ，进 而满足用户 的要 求。 3 液压 A G C机构的布置 在液压 AG C系统中， h为被控制量 ， 希望 h为恒定 量； 而影响板厚变化的各种因素为扰动量。由于扰动因 素比较多 ， 且 变化 比较复杂 ， 因此液压 A GC系统 的基 本控制思想是 位置闭环控制 扰动补偿控制。 因为轧制力及波动值很大 ， 而轧机 刚度有 限， 故在 扰动量 中，由轧制力引起 的弹跳对 出口板厚的影响很 大 ， 应采用位置闭环控制 轧制力主扰动补偿构成 的液 压 A G C 。但是 ， 检测时辊缝采用检测液压缸的位移 ， 缺 点是它不能反映出轧制力引起 的弹跳对辊缝变化的影 响， 此时需要用测压仪或油压传感器来测 出压力变化 ， 以构成压力补偿环 ， 来消除轧机弹跳的影响 ， 故需加上 测厚仪监控并实现恒辊缝控制 。因此本课题采用的液 压 A G C控制是 由位 置闭环控制 压力补偿环 测厚仪 监控构成 。 轧机液压微调装置主要由泵站 、伺服阀台、液压 缸 、电气控制装置及各种检测装置组成 。其液压 A GC 机构布置图 见图 3 和双辊铸轧带厚控制系统原理图 见 图 4 如下 1 4 图3 双辊铸轧液压 A G C结构布置图 1 一 液压泵站2 一 伺服阀台 3 一 调节液压 缸4 一 油压传 感器5 一 位置传感 器 、 6 一 电控装置7 一 人 口测 厚仪8 一 出 口侧厚仪 9 一 测力仪1 o - 带材1 1 - 液压缸 图 4双辊铸轧带厚控制系统原理图 1 一 增益调节阀2 一 控制放大器3 一 位移测量放大器 4 一 放大器5 一 伺服阀6 一 微调液压缸 7 一 位移传感器8 一 力传感器9 一 测厚仪 1 o - 主传动电动机 1 1 - 定位 液压缸 1 2 一 压力传感器 根据图 3 、 图 4两组液压缸分别安装在工作辊两侧 具体安装 固定略 ， 左侧液压缸把 工作辊推到位时 ， 即 将此工作辊固定起来 ， 通过调节右侧液压缸 的位置 ， 就 可调解两工作辊辊缝的大小。同时在此 图中， 还考虑到 由于轧制力大 、 辊系重 ， 其液压缸一 负载环节 的固有频 率一般较低 ， 因此 ， 为了提高系统的快速性 ， 就需要采 取行程尽可能短的液压缸。微调液压缸位移的检测， 我 们采用磁尺位移传感器 。 4 拟定液压 A G C系统原理图 根据液压 A G C的工艺构思及控制方案 ， 拟定液压 A G C系统原 理 图 ， 如 图 5所示 。 根据图 5可看出 ，由恒定变量泵提供压力恒定 的 高压油 ，经两次精密过滤后送至普通阀台和两个伺服 阀台 ， 并且两个伺服 阀台油路基本相同， 这样可以同时 调节两个液压缸 的位移 ，也可以单独调节某一个液压 缸的位移 。 现以一个小伺服系统为例 ，微调液压缸 9的位置 由伺服阀 8控制 ， 液压缸 的伸缩 即产生了辊缝的改变。 电磁溢流阀 l l 在此回路 中起安全保护作用 ， 并可使液 压缸快速卸油 ；蓄能器 7是为了提高子系统 的快速响 应 ， 而蓄能器组 l 6是 为了减少泵站 的压力波动 ， 即吸 收压力 冲击和脉动 。控制左侧工作辊的液压缸 6是由 电磁换向阀 4和双 向节流 阀 5来实现 它的工作状态 。 双联泵 l 7供给两个低压 回路 ， 一个是微调液压缸的背 压 回路 ； 一个是冷却和过滤循环 回路 ， 它对系统油液不 维普资讯 d r a u l i e s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， N O ． 2 ． 2 O 0 8 断进行循环过滤 ，以保证油液 的清洁度 。当油液超温 时， 通过冷却器 l 2对油液进行冷却。每个微调液压缸 由两个伺服 阀控制 ，通过在一个阀的控制 电路 中设置 死区， 实现小流量时一个 阀参与控制 ， 大流量时两个 阀 共同控制。 图 5双 辊 铸 轧 液压 AGC系统 原 理 图 1 一 吸油过滤器2 一 恒压变量泵3 一 压油过滤器 4 一 电磁换 向阀 5 一 节流阀6 一 液压 缸7 一 蓄能器 8 一 伺服阀9 一 微调 液压 缸 1 O 一 压力传感 器 1 1 - 电磁溢流阀 1 2 一 冷却器 1 3 一 循环 回油过滤器 1 4 一 循环压 油过滤器 1 5 一 双联泵 1 6 一 蓄能器组 另外 ， 由于液压 A G C系统 的压力较 高 ， 工作 过程 中的流量变化较大 ， 所 以其油源采用恒压变量泵一 蓄能 器式 ，以提高工作效率 ；但由于恒压变量泵 的结构复 杂 ， 调节不够灵敏 ， 当系统需要 流量变化 较大时 ， 会产 生泵的流量不足于负载 的需要 ，从而引起较大 的压力 变化 ， 故而需配备大容量的蓄能器组 l 6 。 为 了提高生产 率 ， 采用两 台泵 ， 一 台工作 ， 一台备用。由于伺服阀对油 液的清洁度要求比较高 ， 故采用两次精过滤。值得注意 的是 伺服阀台应安装在靠近液压缸的位置 ， 这样有利 于提高液压缸一 负载环节的固有频率。蓄能器 7的体积 较小 ， 多为 2 ． 5 L或 1 ． 6 L 本课题选择 1 ． 6 L的蓄能器 ， 以便为伺服阀提供瞬时的高频流量需求 。 5 结语 通过设计液压 A G C系统来调解辊缝间隙，可 以达 到控制精度高 、 响应速度快的 良好效果 ； 而且采用液压 位置伺服系统 ， 可以由小功率 的电信号输入 ， 控制大功 率的液压能输 出 ，不仅可获得很高的控制精度和很快 的响应速度 ， 还 可以使 轧制辊工作 比较稳定 ， 冲击小 、 噪声低等良好效果。 伺服 阀是此 系统的关键元件之一 ，它具有分辨率 高 、 滞环小 、 频宽高 、 可靠性好等优 良品质 。而普通换向 阀不具有这些特点 ， 它仅仅起到换 向作用 。但是伺服阀 对油 的清洁度要求很高 ，一般情况下为 N A S 1 6 3 8 - 5 7 级。伺服系统油箱采用不锈钢油箱 ， 并用氩弧焊焊接 ， 油箱采用全封闭结构 ， 以防外部侵入污染 ， 油箱吸人腔 与回油腔应加隔板 ， 隔板上装 消泡网 ， 油箱的作用直接 影响到伺服阀的动作 。 本系统采用恒压油源 ， 供油压力恒定 ， 控制 阀的压 力一 流量特性的线性度好 ， 系统精度和响应速度高。但 唯一缺憾 的是系统效率低 。 本系统要应用闭环控制系统 ， 它具有抗干扰能力 ， 对 系统参数 变化不太 敏感 、 控制精度高 、 响应速 度快。 但要考虑稳定性 ， 而且设备成本高 开环控制不存在稳 定性问题 ， 其不具有抗干扰能力 ， 控制精度和控制速度 取决于各环节或元件 的性能 ， 控制精度低 ， 设备成本低 等 ， 所以在此采用的是闭环控制系统 。 参考 文 献 [ 1 】 路 甬祥． 液压气 动技术 手册[ M 】 ． 北京 机械工 业 出版社， 2 0 0 2 1 0 7 7 - 1 0 7 9 ． [ 2 ] 曹 鑫铭． 液压伺服 系统 嗍 ． 北 京 冶金 工业 出版社， 1 9 9 0 2 4 2 - 2 46 ． [ 3 】 刘长年． 液压伺 服系统优化设计理论[ M】 ． 北京 冶金工业出版 社， 1 9 8 9 1 5 6 1 5 8 ． [ 4 】 陈新元． 液压压 下伺服缸动态特性测试系统研究【 J 】 ． 液压气动 与密封， 2 0 0 4 3 2 9 3 0 ． [ 5 】 骆涵秀． 试 验机 的电液伺 服控制系统[ M] ． 北京 机械工业出版 社， 1 9 9 1 3 6 3 7 ． [ 6 】 干治江． 液压 自动厚度控 制伺 服系统在热镀锌机组上 的应用 及 故障分析[ J ] ． 液压气动 与密封， 2 0 0 6 3 1 5 1 7 ． [ 7 ] 彭熙伟 ， 耿 庆波等． 轧机液压 压下 电液伺服控 制系统设计 【 J 】 ． 液压与气动， 2 0 0 4 9 2 9 3 0 ． 北美工程机械市场仍然看好 美国机械设备制造商协会近期发布的年度预测报告称 ，美国和加拿大市场上工程机械的销量在 2 0 0 7 年维持往年水平 ； 在此基础上 ， 2 0 0 8年销量将出现进一步反弹 ， 迅猛增长的销售势头也将持续。预计 2 0 0 8 年美 国、 加拿大和世界工程机械市场需求均有增长 ， 其 中以世界市场增长最快 ， 三者 的增 长率将分别达到 2 ． 8 ％、 2 ． 9 ％和 8 ％。 1 5 维普资讯