液压AGC系统改造.pdf

2 0 0 8年 7月 第 3 6卷 第 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDR AUL I CS ．1 u 1 ． 2 0 08 Vo 1 ． 3 6 No ． 7 液压 A G C系统改造 柴光远 ，李国军 ，许玉杰 1 ．西安科技大学，陕西西安7 1 0 0 5 4 ； 2 ． 河北宾朋房地产开发有限公司，河北石家庄 0 5 0 0 0 0 摘要分析了连续热镀锌生产线上液压 A G C系统存在的问题，并对原系统进行了改造。在改造中，通过在原液压阀块 的电磁换向阀和液控单向阀处叠加新阀块 ， 将电磁换向阀的A口和 B口隔离，同时将与液控单向阀控制油口相连的管路由 回油管路改为泄油管路，从而降低了控制油口X的压力，完善了原液压系统的功能 ， 保证了该生产线的正常运行 。 关键词伺服阀； 液控单向阀； 背压 中图分类 号T H 1 3 7 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 【 2 0 0 8 71 6 1 3 0 引言 液压 A G C系统以其响应速度快、控制精度高等 优点，被广泛应用于轧机等设备的控制系统。在邯钢 热轧镀锌生产线上就采用了液压 A G C系统 ，这是国 内第一条热轧镀锌板生产线。其 中轧机 在此条生 产线上被称为光整机是镀锌线 的主要设备 ，其主 要作用是提高镀锌板 的表面质量，改善镀锌板的平直 度和平坦度。但在调试光整机时，发现该液压系统工 作异常，对镀锌线的生产造成了重大影响。笔者在分 析光整机液压系统工作原理的基础上 ，结合现场设备 的安装情况，通过故障排查，对其液压系统进行了改 造，使其存在的问题得到了解决，达到了设计者的意 图，保证了镀锌线的正常生产。 1 光整机工作现状 1 ． 1 光整机工作原理 此光整机为单机架 四辊湿式 光整机 ，工作辊为从 动辊，支承辊为主动辊。两个工作辊均可沿 “ E型 块”上下滑动。上支承辊 由蜗轮蜗杆机构进行位置 调节并定位 ；同时，由液压缸来保证上支承辊与上工 LP HP T L X 作辊的良好接触。下支承辊由液压伺服系统控制其升 降，实现对光整机两工作辊辊缝间隙的调节，达到提 高镀锌板表面质量的目的。 1 ． 2 液压 系统工作原理 原光整机下支承辊液压伺服系统原理图见图 1 。 正常工作时，高压油通过伺服阀 1 ． 1 、1 ． 2 ，经截止 阀2 ． 1 、2 ． 2 ，进入液压缸 8 ． 1 、8 ． 2的无杆腔 ，推动 光整机下支承辊向上运动 ，使工作辊对带钢具有一定 的轧制力。同时，由单 向节流阀 3 ． 1 、3 ． 2 ，液控单 向阀4 ． 1 、4 ． 2和电磁换向阀 5 ． 1 、5 ． 2组成一个保护 系统。当 伺 服 阀 1 ． 1 、1 ． 2工 作 正 常时 ，电磁 铁 1 ． 1 D T 、1 ． 2 D T得电，液控单向阀4 ． 1 、4 ． 2关闭，切 断保护系统油路，保证主液压系统正常工作；当伺服 阀 1 ． 1 、1 ． 2出现故障时，电磁铁 1 ． 1 D T 、1 ． 2 D T失 电，液控单向阀4 ． 1 、4 ． 2打开，使液压缸 8 ． 1 、8 ． 2 无杆腔的高压油泄掉，伺服阀 1 ． 1 、1 ． 2复位，液压 缸 8 ． 1 、8 ． 2回到原位，从而下支承辊快速打开 ，对 设备形成保护。另外，截止阀 6 ． 1 、6 ． 2处于常闭状 』 ，3 ． 1 l ／3 ．2 J l I[ 一 ， I Y ] 6． 2 l ] - P I r ＼ I P I r 芹【【 l l r ll l I f f [ [ [ [ [ [ 『 [ 『 [ [ [ [ [ 『 一 [ 『 【 [ 『 『 [ f -1 ． 一 一 L ⋯ ． 图 1 改造前的光整机下支承辊液压系统图 L P - 一低 压油 管 HP _高压油管 一 回油 管 L _泄 漏 管 “ ‘ 控制 油管 1 ． 1 、 1 ． 2 一伺 服 阀 2 ． 1 、 2 ． 2 --截 止 阀 3 ． 1 、 3 ． 2 一 单 向节 流 阀 4 ． 1 、 4 ． 2 _ 一 液 控 单 向阀 5 ． 1 、 5 ． 2 一电磁 换 向 阀 6 ． 1 、 6 ． 2 -- 截止 阀 7 ． 1 、 7 ． 2 一安全 阀 8 ． 1 、 8 ． 2 一液 压缸 收稿 日期 2 0 0 7 0 91 3 作者简介柴光远，西安科技大学机械工程学院教授，长期从事机电液一体化方面的教学与研究工作，发表论文多篇。联系 人李国军，电话 0 1 3 3 5 9 2 9 9 7 6 2 ，E ma i l g u o j u n l i d u n y u y a h o o ． c o i n ． c n 。 维普资讯 1 6 2 机床与液压 第 3 6卷 1 ． 3 原液压 系统存在的问题 在光整机 的调试 过程 中，当伺服 阀 1 ． 1 、1 ． 2在 左位时 ，高压油进入系统，但下支承辊不能上升 ，从 伺服阀 1 ． 1 、1 ． 2提供的压力油直接 回到油箱 ，在伺 服阀动作时 ，明显能听到液压油快速流动的响声。而 当关闭单向节流阀 3 ． 1 、3 ． 2后，下支承辊可正常上 升 ，液压系统工作正常。 2 液压系统故障分析 在分析该液压系统故障时，主要从两个方面来考 虑 第一方面 ，液压 系统 现场安装 、调试 状况 ；第 二 方面 液压系统设 计状况。 由于镀 锌线液压系统是 由 意大利 D A N I E L I 公 司设 计 ，由 R E X R O T H公 司制 造 的，该故障有可能是由于系统的现场安装、调试状况 和设计状况不符而造成的。因而首先对液压系统进行 第一方面 的检查 。 2 ． 1 液压 系统现场安装、调试 光整机液压系统的压力分为高压和低压两种 ，高 压为 2 5 MP a ，低压为 1 4 M P a 。首先检查液压系统的入 口压力，一切正常，说明从液压泵站提供的压力油可 靠地进入了光整机系统 ，排除了管路堵塞原因。接下 来进行其它方面的检查。 2 ． 1 ． 1 电气 与 D A N I E L I 公 司的专家在 现场对伺 服 阀 1 ． 1 、 1 ． 2和电磁换 向阀 5 ． 1 、5 ． 2的电气输入信号进行检 查 ，未发现异常，各 自的输入信号都能通过接 口准确 地送入到控制阀上 ，从而排除电气方面的原因。 2 ． 1 ． 2 液压参数调节及元件性能 首先对液压系统中液压阀的调节参数进行复查。 其中，安全阀7 ． 1 、7 ． 2的调节压力正常；单向节流 阀3 ． 1 、3 ． 2处于节流位置 ，节流阀口正常；截止阀 6 ． 1 、6 ． 2也处于常闭状态。其次对液压系统 中所使 LP HP T L 用的液压元件进行检查 ，未发现异常现象。 2 ． 1 ． 3 液压 阀块 参照图 1 对系统进行反复测试后发现 当关闭单 向节流 阀 3 ． 1 、3 ． 2时，液压缸 8 ． 1 、8 ． 2能正常上 升，而只要打开单 向节流阀 3 ． 1 、3 ． 2 ，液压缸 8 ． 1 、 8 ． 2就工作异常。由此可见不论电磁换 向阀 5 ． 1 、 5 ． 2得电与否，液控单向阀 4 ． 1 、4 ． 2在系统工作时 一 直处于常开状态 ，使经过伺服阀 1 ． 1 、1 ． 2的高压 油经截止阀 2 ． 1 、2 ． 2 ，单 向节流阀 3 ． 1 、3 ． 2 ，液控 单向阀4 ． 1 、4 ． 2和电磁换 向阀 5 ． 1 、5 ． 2回到油箱， 造成液压缸 8 ． 1 、8 ． 2不能正常动作。经测试 ，液控 单向阀4 ． 1 、4 ． 2 本身工作性能良好。由于此液压系 统元件较 多，系统复杂 ，故液压 阀块 的孔洞 也较 多，极有可能造成孔 的连通错误。另外 ，在调试过 程中，明显能听到液压油流回油箱 的声音 ，故需对 液压阀块进行检查。拆下液控单 向阀 4 ． 1 、电磁换 向阀 5 ． 1 ，经 检 查 后发 现 电磁换 向 阀 5 ． 1的 油 口 A和 B相通 ，造成液控单 向阀 4 ． 1一直处于常开状 态，使液压油从液控单 向阀直接流 回油箱 ，造成系 统工作异 常。 2 ． 2 液 压 系统设计 仔细分 析原液压 系统后发 现当电磁换 向阀 5 ． 1 、5 ． 2得电时，液控单向阀 4 ． 1 、4 ． 2的控制油 口 x和系统 的 回油 口 T相 连 ，由于液 压 阀块 安装 在 地 下，系统回油管路背压较大，而此压力足以把液控单 向阀 4 ． 1 、4 ． 2打 开。 因 此 ，不 论 电 磁 铁 1 ． 1 D T 、 1 ． 2 D T是否得 电，只要控制油 口 x和系统 的回油 口 T 相连，就会造成液控单向阀4 ． 1 、4 ． 2一直处于常开 状态，使系统无法保压，从而造成下支承辊不能正常 上升，影响了光整机的正常工作。 3 液压系统故障处理 』 l 3． 1 3． 2 I 1 ／4 ．2 r 01 ／ ． z I 一 Y j 2 ．2 J 6 ．2 ＼ 1 x ] ＼ f i 5 2 媾 i1．1D 越 B l_ D 菌 帝 l 。2 』 ＼ { I L P r - 、 厂 Ⅲ 卜 【 【 【 [ f [ [ [ [ f [ [ [ [ f [ [ [ [ [ L P 一 低压 油 管 H P 一高 压 油管 _r -一回 油管 L 一 泄漏 管 ⋯ x一控 制 油管 1 ． 1 、 1 ．2 一伺 服 阀 2 ． 1 、 2 ． 2 一截 止 阀 3 ． 1 、 3 ． 2 一单 向节 流 阀 4 ． 1 、 4 ． 2 一液控 单 向 阀 s ． 1 、 5 ． 2 ～ 电磁换 向阀 6 ． 1 、 6 ． 2 ～截 止 阀 7 ． 1 、 7 ． 2 ～安 全 阀 8 ． 1 、 8 ． 2 ～液 压缸 图 2 改造后的光整机下支承辊液压系统图 根据对液压阀块的检查和液压系统设计的分析 ， 欲解决光整机液压伺服系统故障，须从两方面考虑 维普资讯 第7期 柴光远 等液压 A G C系统改造 1 6 3 一 方面要截断电磁换向阀 A口和 B口的通路，另一 方面要降低液控单向阀控制油口的压力。经过认真分 析后 ，采 取 在 液 控 单 向 阀 4 ． 1 、4 ． 2和 电磁 换 向 阀 5 ． 1 、5 ． 2处叠加阀块的改造措施来解决其故障。其 中，对液压系统原理图做出如下调整把电磁换 向阀 5 ． 1 、5 ． 2的油 口T连接到系统泄漏 口L上，使电磁 铁 1 ． 1 D T 、1 ． 2 D T得 电时 ，液控单 向阀 4 ． 1 、4 ． 2的 控制油 口 x和系统泄漏 口 L相 连 ，从而消 除 了背压 ， 保证了液控单向阀 4 ． 、4 ． 2的正常工作。改造后的 光整机下支承辊液压伺服系统原理图见图2 。采取此 改造措施时 ，根据 液控单 向阀 4 ． 1 、4 ． 2和 电磁 换 向 阀5 ． 1 、5 ． 2的结构 ，并参照其安装底板图纸设计阀 块，将设计好的阀块叠加到下支承辊原液压系统的阀 块上。在电磁换向阀 5 ． 1 、5 ． 2处叠加 的阀块，堵死 了电磁换 向阀 的 A 口，并从 所叠 加 阀块 的侧 面接 通 控制油来控 制 液控 单 向 阀 4 ． 1 、4 ． 2 ，同 时把 电磁 换 向阀 5 ． 1 、5 ． 2的 回油 口从 所 叠加 阀块 的侧 面 引 出 ， 连接到系统 的泄漏管路上。在液控单向阀 4 ． 1 、4 ． 2 处叠加 的阀块 ，堵死 了液控单 向阀的控制油 口，从所 叠加 阀块 的侧 面接 控 制油路 到 电磁 换 向 阀 5 ． 1 、5 ． 2 所叠加的阀块上。系统经过叠加阀块改造后，电磁换 向阀 的 A 口和 B 口被 隔离 ，同时液控 单 向 阀也 工作 正常 。 4结论 光整机液压伺服系统经过上述改造后 ，工作状 况 良好 ，达到了设计要求。光整机投入使用多年来 ，该 液压系统工作正常，大大改善了镀锌板 的表面质量 ， 取得了很好的经济效益。总结该系统的改造过程有两 点体会，一是液控单向阀使用时，要充分考虑其现场 的安装情况 ，进而决定控制油 口的引入位置 ，防止 由 于控制油压力过高而使液控单 向阀失去其 自身的功 能，从而导致系统故障。二是在液压阀块的制作中， 要仔细认真 ，防止 由于阀块制作错误 而导致液压系统 故 障。 参考文献 【 1 】成大先．机械设计手册 单行本 ．四版．液压传动 [ M] ．化学工业出版社 ，2 0 0 4 ． 上接 第 1 4 2页 返工率、制造周期等将会大大减少 ，这必将对我国工 程机械的成本降低、效能提高以及更新换代等产生很 大的影 响 ，虚拟样 机技 术在我国工程 机械的设计与研 究 中将会发挥越来越大 的作用 。 参考文献 【 1 】MS C ．S o f t w a r e ．MS C ．A D A MS F S P基 础 培 训教 程 [ M] ．北京清华大学出版社，2 0 04． 【 2 】MS C ．S o f t w a r e ．MS C ．A D A MS ／ V i e w 高级 培训教 程 [ M] ．北京 清华大学出版社 ，2 0 04． 【 3 】V．s o b o n i ．D e s i g n o p t i mi z a t i o n o f me c h a n i c a l s y s t e ms [ J ] ．P r o d u c t T e c h n o l o g y G r o u p Me c h a n i c a l D y n a m i c s ． i n c ． 1 98 9． 【 4 】吴庆呜，梅华锋，张志强．基于 A D A MS的连杆机构 多体动 力学 仿真 研究[ J ] ．工程设 计 学报 ，2 0 0 5 6 3 4 4 3 4 7 ． 【 5 】韩宝菊，肖任贤．基于 A D A MS的装载机工作装置的 动力学分析与仿真 [ J ] ．机械工程及 自动化 ，2 0 0 6 21 1 61 1 8 ． 【 6 】陈 立 平， 张 云清， 任 卫群， 等． 机械系 统动力学分析及 A D A MS 应用教程 [ M] ．北京 清华大学出版社，2 0 0 5 ． 【 7 】郑凯 ，胡仁喜，陈鹿 民，等．A D A MS 2 0 0 5机械设计 高级应用实例 [ M] ．北京机械工业出版社 ，2 0 0 6 ． 【 8 】王 国强 ，张进平，马向丁．虚拟样机及其在 A D A MS 上的实践 [ M] ．西安西北大学出版社 ，2 0 0 2 ． 【 9 】马乐 ，赵克利，翟洪岩．大型矿用挖掘机工作装置仿 真 [ J ] ．计算机辅助工程，2 0 0 6 9 3 6 1 3 6 3 ． 上 接 第 1 4 9页 工工序信息等数据，如各种加工方法的切削速度 、进 给量、进刀深度等；第三类是用于机床功率计算、夹 具夹紧力计算、误差分析等程序数据。所有这些数据 分别类属于 4个数据库，各数据库由程序关联和通 信 ，通过交互 界面的形 式呈现 ，设计者根据输入 的参 数或属性信息实现数据库操作。 4 结束语 组合机床设计是一项复杂而繁琐的工作 ，本系统 既能使设计人员从 自动化和智能化的角度上利用先进 设计手段 ，又能充分利用历史设计经验 ，从而缩短组 合机床的设计周期 ，并在很大程度上减少了设计人员 的重复劳动 。 参考文献 【 1 】刘万强，李迎春，等．基于 S o l i d E d g e的组合机床总 体设计三维造型系统的研制 [ J ] ．机床与液压，2 0 0 5 9 1 5 01 5 2 ． 【 2 】王旭华 ，廖文和，刘德仿．基于知识的组合机床总体 方案 C A D系统的研究 [ J ] ．组台机床与 自动化加工 技 术 ，2 0 0 2 2 4 5 4 7 ． 【 3 】李春梅，崔凤奎．组合机床模块化设计 C A D系统 [ J ] ．河南 科技大学 学报自然科学版，2 0 04 ，2 5 591 2 ． 【 4 】孙建军，李玉翔，肖放．组合机床通用部件参数化绘 图系统 设计[ J ] ．天津 工业 大 学 学报，2 0 0 1 ，2 0 5 4 84 9． 维普资讯