三辊联合穿轧机液压压下系统分析.pdf

第 6期 总第 1 8 7期 2 0 1 4年 1 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUTOMAT1 0N NO． 6 De c ． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 6 0 0 8 9 - 0 2 三辊联合穿轧机液压压下系统分析 陈 端 ，杨晓 明，张海龙 太原科技 大学，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 三辊联合穿轧机是 一种新 型斜 轧机 ，采用 组合 孔型轧辊和顶头 ，在一个道次 内完成钢管 的穿孔 、轧制 和均整 。基于某厂现有轧机 ，经过 多次工艺试 验，将 液压 同步缸 应用于无 缝钢 管 三辊 穿轧机 同步压下 系统 ， 并对该 同步压下 系统 的可行性进行 了仿 真分析。该项研究对轧机液压控制 系统设计 ，以及提高最终产 品的质 量和钢材成材率具有 重要 意义 。 关 键词 三辊联合穿轧机 ；液压 同步缸 ；仿 真分 析 中图分 类号 TG 3 3 TP 2 7 3 文献标识码 A 1 概 述 联合穿轧是根据三辊斜轧的原理 ， 采用组合孑 L 型 轧辊和顶头， 在一个道次 内完成钢管的穿孔 、 轧制和均 整 的轧管新工艺。该工艺的特点是流程简单 ， 占用设 备少、 生产效率高 ， 而且一个穿轧工序完成的工作就相 当于 自动轧管机组穿孔 、 轧管 和均整 3个工序完成的 工作 ， 且轧出的钢管质量好 。作为轧机关键装置的压 下 系统 ， 一般 有 电动 和液 压 两 种 型 式 。 电动 压 下 系统 由于其响应速度慢、 调整需停机等局 限性 已远远不 能 满足生产要求 。液压压下系统 由于响应快、 精度高、 可 靠性强等优点已得到广泛的应用。对于三辊联合穿轧 机 ， 不仅要求压下系统响应快 、 精度 高， 更要求其有严 格的同步性 ， 因此 ， 对液压压下系统动静态以及同步性 进行仿真分析 ， 对于控制系统的设计具有重要意义 。 2 生产 工艺 对压 下 系统 的要 求 2 ． 1精 度要 求 三辊联合穿轧机轧制的钢管精度高 ， 工作节奏快 ， 生成效率高， 压下 系统是其 主要工作机构 ，对于成 品 精度 、 成材 率具 有关键 性作 用。在 轧制 不 同规格 钢 管时 ， 精确调整轧辊压下量 、 轧辊位置及辗轧角、 送进 角等工艺参数 ， 是对压下系统精度可靠性的巨大挑战。 2 ． 2 同步性要 求 三辊穿轧机具有 3个呈 1 2 0 。 分布 的轧辊， 组成坯 料变形需要的孑 L 型 ， 每个轧辊有 自己独立的压下系统， 3个轧辊务必 同步运动才能满足工艺要求 ， 故轧辊的 压下系统必须满足同步控制要求 。 3 三 辊穿 轧机 压下 系统 组成 3 ． 1 电动 压 下 系统 三辊联合穿轧机轧辊电动压下系统结构简图如图 1 所示 。电动机 l经过减速器 2 带动蜗杆 4 ， 蜗杆 4与 蜗 轮 3 衔 接 带动 特制 大螺杆 6与 固定在 机 架 的螺 母 5 连接 ， 使螺杆 6拉动转鼓 7的升降来调整轧辊 8的压 下 ， 通过 在 电动机 处安 装 编 码 器精 确 计 算 调 整 轧辊 的 压下 量 。 1一 电动 机 ； 2一减 速 器 ； 3 一 蜗 轮 ； 4一蜗 杆 ； 5 一螺母 ； 6 一螺杆 ； 7 --转鼓； 8 一轧辊 图 1 三辊穿轧机电动压下系统结构简图 3 ． 2液压 压 下 系统 图 2为三辊穿轧机液压压下系统示 意图。三辊穿 轧 机液 压压 下系 统 的关 键 问题 是 三辊 压 下 同 步 问题 ， 本文采用一种多腔同步缸 4作为同步装置 。该同步缸 有 4腔 ， 在每腔都有活塞用一根贯穿 的活塞杆 固定 。 连接快退缸 2的 3个腔 的活塞左 、 右侧均有进油 口和 出油口， 最左边腔只有进油 口。如图 2所示 ， 同步缸的 3个腔连接 3 个快退缸 ， 由于 同步缸的每个腔尺寸、 活 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 0 ；修 回日期 2 0 1 4 0 6 2 3 作者简介 陈端 1 9 8 8 一 ，男 ，河北唐 山人 ，在读硕 士研究生 ，研究方 向为冶金设备及其关键技术。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 O 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 4年 第 6 期 塞位置全部相同， 故在液压缸弹跳相 同时 ， 3个快退缸 会在同步缸的控制下同步调整。特制的快退缸 2的活 塞 固定在 机架 上 面 ， 通 过 从 同 步缸 4给 出的 压 力 油使 快退缸的缸体下降。因为快退缸缸体底部与平衡缸 1 的活塞杆相连， 所以快退缸缸体下降会带动平衡缸的 位移 ， 从而改变轧辊压下量 。同时该系统有死油循环 补 充功 能 。 1 一平衡缸 ； 2 一快 退缸 ； 3 一单 向阀； 4 一同步缸 ； 5 一三位换 向阀； 6 一传感器 ； 7 一二位换 向阀 图 2 三辊穿轧机液压压 下系统 4压下 系统 分析 4 ． 1 模 型参 数选 取 以洛 阳某厂联合穿轧机液压系统为研究对象 ， 根 据液压压下系统现场数据对仿真模型进行参数设定。 本文中单独仿真液压同步系统， 因此忽略泵站因素， 直 接提供主油路 一1 2 ． 6 MP a的油压 ； 同步缸主阀芯最 大位移 为 1 4 0 I T l m， 内径为 0 8 0 mm， 活塞杆外 径为 0 4 0 mm； 快退 缸 内径为 0 3 5 mi l l 。 4 ． 2模 拟结 果分析 根据液压系统原理图， 利用 AME S i m软件搭建模 拟模型， 基于以上实际参数设定仿真参数 ， 仿真时间为 1 0 S ， 仿真间隔为 0 ． 0 0 5 S ， 给同步缸一个 5 mm 的位移 信号 ， 得到的模拟试验结果见图 3 ～图 8 。 由图 3可以看到 ， 快退缸很快就达到稳定状态 ， 在 t l s 坯料前进速度为 0 ． 2 m／ s时， 能够满足动态 响应要求 ， 同时 3 个快退缸位移曲线重合 ， 达到严格同步的要求 。 从图 4的同步缸和快退缸位移曲线对 比中可 以看到， 二者响应时间相近， 稳定状态下位移亦达到初始参数 设定的 比例要求 ， 即同步缸和快退 缸工作 面截面积与 位移 成反 比。 署 ＼ 目 稔 一 t ／ s 图 3 快退缸位移 曲线 ／向步 缸位移 f 棒 { 昆 Ef 描唾2 ／ 0 2 4 6 8 1 O t ／ s 图 4 快退缸与 同步缸位移对 比 当给系统如图 5所示跃 阶信号时 ， 同步缸设定 位 移依然是 5 mm， 仿真时间延长到 3 5 s ， 得 出如图 6 、 图 7 所示的快退缸 和同步缸 的位移 曲线 ， 看得 出液压 缸 往返运动平稳， 同时响应 速度也能够满足实际生产需 求 。同时改变其模型参数 比如负载， 见 图 8 ， 得到不 同工况下油缸位移响应曲线。很明显 ， 在不同负载下 ， 个别油缸响应速度、 控制精度已经不能满足生产需求 ， 这就要求设计者修改模型其他程序参数 ， 才能达到实 际生 产要求 。 图 5 连续动作信 号源 图 6 快 退缸连续动作位移曲线 图 7 同步缸连续动作位移 曲线 5 结论 济性高 ， 为实际生产 中液压 同步系统 的设计提供了一 针对三辊联合穿轧机液压压下 同步的特殊需求 ， 定的参考 。 设计 出本文所示的利用同步缸控制 的液压同步系统 ， 经过仿真分析 ， 其系统是可行的。该系统结构简单 、 经 下转第 9 3页 m 0 ∞ ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 6期 机 械 工 程 与 自 动 化 9 3 i f x 一一m． x r e t u r n Y m ． y； e l s e r e t u r n x m． x E 1 ] E 2 3 } [ 3 ] 3 结束语 本研究采用工业机、 运动控制卡和伺服单元开发 r 4 ] 开放式数控系统， 对塑料挤 出机出料段筛板加工 系统 进行构建 ， 完成 了硬 件部分连接 和软件部分 的设 计。 [ 5 ] 经过试验、 调试 、 生产实践表 明， 本系统具有很强 的实 用价值 ， 提高 了产 品的加 工精度 ， 降低 了工人 劳动强 L 6 度 ， 尤其在提高加工效率方面取得 了显著效果 。专用 可调距八轴钻床与传统钻床相 比， 加工时 间缩短 4 h 。 ‘ 以 上 。 参考 文献 A u t o C A D- b a s e d De v e l o p me n t o f A d j u s t a b l e 陈子 银． 数控机 床结 构原 理与应 用E M] ． 北京 北京 理工 大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． 徐志鹏． 一种 基于运 动控 制卡 的数控 专用 机床 [ J ] ． 微计 算机信息 ， 2 0 0 8 1 6 1 8 8 1 8 9 ． 王健石． 机械安全速查手 册[ M] ． 北京 机械工 业 出版 社 ， 2 009 ． 胡皓 ， 周 妮 娜． 基 于 V i s u a l C 的运 动控 制 系 统 开发 [ J ] ． 伺服 系统 ， 2 0 0 6 7 3 2 3 4 ． 王子茹 ， 任清波． 基 于 Vi s u a l C 的 D X F数据文件接 口 的研究[ J ] ． 厦 门理工学报 ， 2 0 0 7 1 2 6 3 0 ． 王恒． 二 维多孑 L 数控 钻床加 工路 径的生 产及 优化 [ J ] ． 机 械科学与技术 ， 2 0 0 2 ， 2 1 3 6 8 7 0 ． J a mi S h a n ． S u r v e y o f CAD f e a t u r e - b a s e d p r o c e s s p l a n n i n g a n d N C p r o g r a mi n g t e c h n i q u e s [ J ] ．C o mp u t e r Ai d e d En g i n e e r i n g J o u r n a l ， 1 9 9 1 4 2 3 - 2 4 ． i Ei g h t - a x i s CNC Dr i l l i n g M a c h i n e CHANG M i n g - qi ng，LI Gu a ng，ZHANG Li a ng Gu a n g d o n g Hu a x i n g Pl a s t i c s M a c h i n e r y Li mi t e d Co m p a ny ，Zh o n g s h a n 5 2 8 4 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t To t h e p r o b l e ms o f l o w e f f i c i e n c y o f c o n v e n t i o n a l d r i l l i n g i n p r o c e s s i n g t h e s e g me n t s i e v e i n p l a s t i c e x t r u d e r ，t h e o p e n s y s t e m t e c h n o l o g y d e v e l o p e d b y Vi s u a l Ba s i c a n d mo t i o n c o n t r o l c a r d wa s a p p l i e d t o d e v e l o p e f f i c i e n t a d j u s t a b l e e i g h t a x i s CNC d r i l l i n g ma c h i n e ．Af t e r t h e a n a l y s i s o f e x i s t i n g s i e v e p r o c e s s ，t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n e a c h a x i s i n i n t e r n a l s c r e w p r o c e s s i n g wa s e s t ab l i s he d ． A me t h od wa s p r e s en t e d t o pr oc e s s t he s e gme n t s i e ve ．The dr a wi ng s o f s i ev e p a r t s we r e s a ve d i n Au t oCAD DXF．Th e ma c h i n i n g d a t a we r e t r e a t e d b y CNC s y s t e m，a n d t h e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n Ra i s e r d mc l O 0 0 a d j u s t a b l e mo t i o n c o n t r o l c a r d f o r c o n t r o l l i n g e i g h t - a x i s d r i l l i n g ma c h i n e wa s d e s i g n e d ． A s a t i s f i e d r e s u l t h a s b e e n o b t a i n e d ． Ke y wo r d s a d j u s t a b l e e i g h t a x i s d r i l l i n g ma c h i n e ；Au t o CAD；d e v e l o p me n t 上接第 9 0页 参考文献 昌 ＼ 趟 3 O 0 0 N ， ／ ／ 6 O O C N ⋯ ／ ／ 。、 t l s 图 8不同负载下油缸位移 曲线 [ 1 ] 李 国帧． 现代钢 管轧 制工具 设计 原理 [ M] ． 北京 冶金 工 业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 孔祥东． 控制工程基础[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 王春行． 液压控 制系统[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 4 ] 韩贺永． 液压滚 切剪 液压 系统 的研 究 [ J ] ． 四川 大学学 报 工程科 学版 ， 2 0 1 1 ， 4 3 3 2 3 9 2 4 3 ． E 5 3 彭熙伟． 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 ． [ 6 3 S p e z i a l C G，T h a n g a m S ．An a l y s i s o f a n R NG b a s e d t u r b u l e n c e mo d e l f o r s e p a r a t e d f l o ws r J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g S c i e n c e ， 1 9 9 2 ， 3 0 1 0 1 3 7 9 1 3 8 8 ． S i mu l a t i o n S t u d y o n Hy d r a u l i c Pr e s s i ng S y s t e m o f Th r e e - r o l l Co m b i ne d Pi e r c i ng a n d Ro l l i n g M i l l CHEN Du a n，YANG Xi a o - mi n g，ZHANG Ha i - l o ng Ta i y u a n U n i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c hn o l o gy，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t Th r e e - r o l l c o mb i n e d p i e r c i n g a n d r o l l i n g mi l l i s a n e w t y p e o f s l a n t m i l l ，u s i n g a c o mb i n a t i o n o f r o l l s a n d p i e r c i n g p l u g，i t c a n c o mp l e t e t h e p e r f o r a t i o n， r o l l i n g a n d r e e l i n g t h r o u g h a s i n g l e p a s s ． A h y d r a u l i c s y n c h r o n i z e r i s d e s i g n e d f o r t h e h y d r a u l i c p r e s s i n g s y s t e m o f t h r e e - r o l 1 mi l l ，a n d t h e s i mu l a t i o n a n a l y s i s i s c o n d u c t e d b y AM ES i m ，wh i c h i s b a s e d o n t h e p r o c e s s p a r a me t e r s o b t a i n e d b y t h e e x p e r i me n t a l r e s e a r c h i n a c e r t a i n f a c t o r y i n Lu o y a n g ．Th e r e s u l t s o f s i mu l a t i o n a n a l y s i s s h o w t h e s y s t e m i s f e a s i b l e ． Ke y wo r d s t h r e e - r o l l c o mb i n e d p i e r c i n g a n d r o l l i n g mi l l ；h y d r a u l i c s y n c h r o n i z e r ；s i mu l a t i o n a n a l y s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m