4100四辊精轧机液压弯辊系统液压冲击的分析与解决措施.pdf

总 第 2 0 3期 2 0 1 2年 第 l 1期 河 北冶金 H EBEI M ETALLU I G Y T ot a 1 N O 203 2 Ol 2． Nu mbe r 1 1 4 1 0 0四辊精 轧机 液压弯辊 系统液压 冲击 的分 析与解 决措施 程 龙 河 北钢铁集团 舞钢公 司 检修厂 ， 河南 舞钢 4 6 2 5 0 0 摘要 介绍 了舞钢 4 1 0 0四辊精轧机液 压弯 辊控制 系统 的原理 ， 针对 生产中弯辊 液压 系统 的液 压冲击故 障 ， 详细分析 了故障产生 的原 因及机理 ， 重新调整蓄 能器的压力 、 更换 控制盖板 内的调 速阀和 减压阀捕 件 后 ， 解 决 了 由液 压 冲击 造 成 的系 统 不 稳 定 问题 。 关键 词 四辊精轧机 ； 液压弯辊系统 ； 液压 冲击 ； 分析 ； 措施 中 图 分 类 号 T G3 3 3 ． I 7 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 1 0 0 65 0 0 8 2 01 2 1 I一0 0 5 70 3 ANALYS ES AB 0UT HYDRAULI C I M PACT 玳HYDRAULI C BEND G ROLL S YS TEM I N 4 1 0 0 F OUR HI GH FI NI S H G M Ⅱ AND SOLV G MEAS URES Ch e n g Lo n g Ma i n t e n a n c e P l a n t ，Wu y a n g I r o n a n d S t e e l Co mp a n y，He b e i I r o n a n d S t e e l Gr o u p ，Wu g a n g，He n a n， 4 6 2 5 0 0 Abs t r a c t I t i s i nt r od u c e d t h e pr i nc i p l e o f hy d r a ul i c be n d i n g r o l l c o nt r ol s y s t e m i n 41 00 f o u r h i g h f i n i s h i n g m i l 1 ． To t he h yd r a u l i c i m pa c t b r e a kd o w n o f t h i s s y s t e m i n p r o du c t i o n，i t i s a n a l y z e d i n de t a i l t h e r e a s on a n d me c h a n i s m．Wi t h a a j u s t i n g a g a i n t h e p r e s s u r e o f a c c u mu l a t o r a n d e x c h a n g i n g t h e p l u gi n u n i t s o f s p e e d c o nt r o l v a l v e a n d p r e s s u r e r e d u c i n g va l v e i n c o nt r o l c ov e r ，t h e p r o bl e m o f s ys t e m be i n g n o t s t e a d y i s s o l ve d． Ke y W o r ds f o u rhi gh f i n i s h i n g mi l l ；hy dr a ul i c b e n di n g r o l l s y s t e m ；hy d r a ul i c i mp a c t ；a n a l ys i s ；me a s ur e s 1 前 言 液 压弯 辊技 术 在 2 0世 纪 6 0年 代 初 期 出 现 以 来 ， 发展 十分 迅速 ， 目前 液压 弯辊 装置 已成 为各 种 板 带轧 机 上必 不可 缺 少 的设 备 。舞 钢 4 1 0 0四辊 精 轧 机 的弯辊 装置 设 置 在 上 下工 作 辊 轴 承 座 中间 ， 实 现 工作 辊弯 辊 。弯辊 对控 制钢 板横 向厚 度及平 直 度具 有重 要作 用 ， 直 接 决 定产 品 的质 量 。在 目前 钢 铁 行 业形 势低 迷 的情 况 下 ， 用 户 对 钢板 质 量 的要 求 越来 越高 ， 弯 辊系统 的 可靠 运 行 对 提 高产 品质 量 具 有 重 要意 义 。 2 液压 弯辊 原理 舞钢 液压 弯辊 系统 主 要 由 弯辊 块 、 液 压控 制 系 统和 电气控 制 系统 组成 。弯辊 块施 加弯 辊力 于 上下 工作辊轴承座之间， 4个弯辊块分别布置在工作辊 收稿日期 2 0 1 21 01 6 作者简 介 程龙 1 9 8 l一， 男 ， 助理工 程师 ， 2 0 0 7年毕业 于河 南理工 大学热能 与动力工程专业 ， 现在河北钢铁 集团舞钢公 司检修 厂从事 轧钢机械检修工作 ， 电话 1 5 0 9 3 8 3 0 2 9 7 轴 承座 的 4个 角 落 ， 每个 弯 辊 块有 4个 弯 辊 缸 。液 压 控制 系统具 有 弯 辊 和平 衡 功 能 ， 弯 辊 功 能用 于轧 制过 程 中提供 弯 辊 力 、 平衡 功 能用 于 非 轧 制情 况 下 平衡上工作辊重量。电气控制系统采集轧制过程 中 的各 种信 息 ， 通 过 模 型 计算 后 控 制 弯 辊 系统 来 修 正 板 型。 液压 控制 回路分 别 实现对 弯辊 缸无杆 腔 和有 杆 腔 的压力 控制 ， 无 杆 腔压 力 控 制 又 有 高 压 和 低 压 2 个 回路 。高压 回路 由 电液 伺 服 阀控 制 ， 可实 现 弯 辊 功能 ， 系统将 检 测 弯 辊缸 内 的压 力 值 和 目标 值 相 比 较后 驱动 电液 伺服 阀实 现 闭环 控 制 。低压 回路 由 1 个 减 压 阀 和 1个 溢 流 阀共 同组 成 恒 压 回路 控 制 ， 实 现工作 辊平 衡 的 功 能 。在 系 统 需 要 实 现 不 同功 能 时 ， 高 压 回路 和 低 压 回路 随时 通 过控 制 相 应 的闭锁 阀进行 切换 。有 杆腔 的压力 由另 一个 高精度 恒 压 回 路单独控制 ， 无论系统工作在弯辊状态还是平衡状 态 ， 有 杆腔始 终 为一个 恒定 的压 力 。 3 有杆腔 恒压 回路 S7 总 第 2 0 3期 如 图 1 所 示 ， 该 恒 压 回路 由插 装 减 压 阀 1和 插 装溢 流 阀 2组成 ， 减 压 阀弹 簧 开启 压 力 3 b a r ， 溢 流 阀弹 簧 开启 压 力 位 4 b a r 。这 2个插 装 阀共 用 1个 调压 盖板 。调压 盖板 中集成 有 1 个 调速 阀 3和溢 流 阀 4 ； 另外 该 回路 中布置有 一组 蓄能器 。 图 1 有 杆 腔 恒 压 回 路 控 制 原理 F i g．1 Co n t r o l p r i n c i p l e o f c o n s t a n t p r e s s u r e l o o pt a n k o f p i s t o n b o r e 在该 回路 中 ， 来 自 P 口的压 力油 经 过 插 装减 压 冲击 。另 外 ， 有 杆 腔 压 力 波 动很 大 ， 设 定 为 1 8 b a r ， 阀进行 减 压 至 设定 的 1 8 b a r ， 然 后供 给 弯 辊 缸 的有 实 际波 动为 8～1 8 b a r ， 波 动周 期 约 2 S ， 且 在 弯辊 缸 杆腔 ， 此 时插装 溢流 阀关 闭 。当弯辊缸 需要 伸 出时 ， 动 作时波 动最 大 。根 据 有杆 腔 压 力 波动 ， 判 断有 杆 无 杆腔 压力 升高 推 动 活塞 伸 出 ， 有 杆腔 压 力 被 动升 腔 的恒压 回路 控 制精 度 差 响应 速 度 慢 ， 于 是 检查 控 高 ， 插装减压阀关 闭， 溢流阀打开 ， 有杆腔压力由溢 制盖板内的调速阀发现调速 阀弹簧断裂成碎屑如图 流 阀控 制 ， 此 时有 杆 腔 压 力 为 1 9 b a r 。 当 活塞 回缩 2所示 。 时 ， 有 杆腔压 力 降低 ， 插 装减压 阀 打开 ， 溢 流 阀关 闭 ， 有 杆腔 压力 由减压 阀控 制 。 该 回路 的控 制盖板 用外控 外排 方式对 2个 插装 阀进行 控制 ， 以提 高控 制精 度 和 响应 速 度 。在 先 导 回路 中 ， 调 速 阀 3控制通 过溢 流 阀的流量 为恒 定 ， 进 一 步保 证 了溢 流 阀前 先 导油 的压 力稳 定 ， 隔离 了调 速 阀前 压力 波动 对 溢 流 阀压 力 的影 响 ， 从而 提 高 对 两个插 装 阀控制 的精度 。同时先 导 回路 中始 终流 动 的恒流 量 的先导 油 使 先 导控 制 压 力 波动 尽 可 能小 ， 从而 提高 了响应 速度 。 该 回路 还 布置 了 2个 3 2 L的 蓄能器 ， 它 们在 弯 辊缸 快速 伸 出时 吸 收有 杆 腔 管路 上 的 压力 冲击 ， 在 弯辊 缸快 速 回缩 时辅 助减 压 阀向弯辊缸 内供 油 。 4 弯辊 系统液 压 冲击分 析及解 决方 法 近段时间弯辊液压系统 冲击剧烈 ， 导致 阀台管 路震 裂 ， 对生 产造 成 了很 大影 响。通 过 对 运行 过 程 的分析发现， 液压冲击产生在两种情况下 第一是在 在轧机咬钢瞬间， 会产生一次剧烈的液压冲击 ； 第二 是 在咬 钢前设 定预 弯辊力 时 ， 会 出现 一连 串 的振荡 58 图 2 调 速 阀及 断裂 的 弹簧 Fi g ．2 S p e e d c o n t r o l v a l v e a n d b r o k e n s p r i n g 调速 阀正常 工作 时 ， 通过 调速 阀流量 变小 时 ， 弹 簧 推动 阀芯打 开阀 口以增大 流量 ， 如 图 3所示 ； 调 速 阀在 没有 弹簧 时 ， 阀芯位 于右 端 ， 阀 口几乎 关 闭 。通 过 调速 阀的流 量变 得 很 小且 不 稳 定 ， 过小 的流 量 与 下 游溢 流阀 的流量 特 性 不 相 匹配 ， 所 以该控 制 盖 板 不 能快速 准确 地控 制 插 装减 压 阀和插 装 溢 流 阀 ， 造 成有杆腔压力不稳定 ， 也对液压冲击有促进作用。 河 北 冶金 2 0 1 2年 第 1 1期 图 3 恒 压 回路 控 制 盖 板 原 理 F i g 3 Pr i n c i p l e o f c o n t r o l c o v e r o f c o ns t a n t p r e s s u r e l o o pt a n k 进一 步检 查 发 现插 装 减 压 阀 的阀 卡 簧 断 裂 ， 盖板 被 阀芯撞 击损 坏严 重 ， 如 图 4所示 。所 以 ， 进 一 步锁 定液 压 冲击产 生在 有杆 腔 回路 。 图 4 被 阀 芯 撞 击 损 伤 的 插 装 阀盖 板 Fi g 4 Cove r of pl ug f i xe d v al ve br o ken b y i m pa ct of va l v e c or e 综 合 整个 系统 的分析 结 果 为 当轧 机 咬过 时 ， 轧 辊 的冲击 和轧 机机 械 的弹性 形变 致使 辊缝 在 瞬 间增 大 ， 弯 辊缸 在弯 辊力 的作 用下 瞬 间伸 出 ， 有 杆腔 压 力 出现一个瞬间的峰值 。当咬钢前轧机设定预弯辊力 时 ， 无杆 腔 压力 在伺 服 阀的控 制下 迅速 升高 ， 活 塞杆 快速微 量 伸 出 ， 有 杆 腔 也 出现 一 个 压 力 峰值 。 有 杆 腔 内的 油液 回流 到恒 压 回路 的 2个 控 制 阀 ， 冲 击 减 压 阀瞬 间关 闭 ， 溢 流阀瞬 间打 开 ， 减 压 阀的 瞬间 关 闭 导致 阀芯 和盖板 剧烈 相撞 。插 装减 压 阀的控 制 腔 内 的先导 油 也 随 阀 瞬 间 移 动 而 快 速 流 出 到 控 制 盖 板 ， 冲击 调 速 阀 ， 长久 冲击 致使 调 速 阀弹簧 断 裂 ， 弹 簧 的断 裂进 一 步 削弱 了插 装 减 压 阀 的调 节 能 力 ， 于 是 系统 冲击 进一 步剧 烈 ， 最 终 导 致 管 路 震 裂 的设 备 事 故 。 进 一步 分析 发 现 ， 有 杆 腔设 置用 于 吸收 冲击 的 蓄 能 器 组 。 该 蓄 能 器 组 设 计 容 量 6 4 L， 充 气 压 力 7 ． 5 b a r 、 工作 压 力 l 8 b a r 、 冲 击 压 力 约 2 4 b a r ， 此 冲 击压 力 可实现 蓄 能器作 为辅 助 动力 源 。该 蓄 能器 工 作 在等 熵过程 中 ， 在预 充气 7 ． 5 b a r 、 工 作压 力 1 8 b a r 时 ， 蓄 能器 内气体 体积 为 V 6 4 7 ． 2 ／ 1 8 2 7 L 假 定该 处蓄 能 器单 纯 吸 收 冲 击 时 ， 需 要 的 有效 容 积 为 V 02 4 0 q P 2 0 ． 0 1 6 4 Lt ／ P 2一P 1 式 中 ， g 冲击 流量 ； L 产 生 冲击 的管路 长度 ， 取 2 0 m； P ． 最低 工作 压力 ， 取 1 8 b a r ； P ， 冲击 压力 ， 取 2 4 b a r 。 根 据 i b a曲线 得知 ， 冲击 过程 0 ． 1 S ， 弯辊 缸瞬 问 伸 出 1 ． 1 5 mm， 缸 径 2 5 0 mm， 所 以冲击流 量 q l 6 X 3．1 4 X 2 5 0 X 2 5 0 1． 1 5 1 0 9 ／ 0．1 0． 0 3 6 m ／s 代 入下 式 V 02 4 00． 0 3 62 9 0． 0 1 6 42 00 ． 1 ／ 2 4 1 87． 5 L 根 据贺 德克 蓄 能 器选 型 要 求 ， 蓄 能 器 有 效 容 积 系数为 0 ． 7 5 ， 所 以该 蓄 能 器组 在 预 充 气 7 ． 5 b a r 、 f 作 压力 1 8 b a r的 情 况 下 ， 用 于 吸 收 冲 击 的 有 效 容 积 为 V。2 70． 7 52 0． 2 5 L 由计算 得知 V V 0 该 蓄能器 具 备 了 吸收 液 压 冲击 的能 力 ， 据 此认 为 该 蓄能 器 组 具备 2个 作用 ， 即在 弯 辊缸 活 塞 快速 收缩 时 做辅 助油 源 ， 在 弯 辊 缸 快 速伸 出时 吸 收 液压 冲击 。 由前面分 析得 知 ， 有 杆 腔 的冲 击 没有 被 蓄能 器 有效 吸 收 ， 于是检 查蓄 能器 预充气 压力 ， 检查 发 现 蓄 能 器 压 力 过 低 ， 只 有 大 约 2 ． 5 b a r 。在 此 充 气 压 力 下 ， 工作 压力 为 1 8 b a r 时 ， 该蓄 能器 吸收 冲击 的有效 容积 为 V 26 4 2． 5／1 80． 7 56． 6 L V o 由此 得知 ， 该 蓄 能器 不 足 以吸 收有 杆 腔 的液 压 冲击 。 针对 以上结 果 ， 重 新 对 蓄 能 器 的压 力 进 行 了调 整 ， 并 更 换 了控 制 盖 板 内 的 调 速 阀和 减 压 阀 插 件 。 之后试 车 运行 正 常 ， 在 生产 过 程 中观 察 发 现 弯辊 液 压系统 运行 平稳 ， 咬钢等 过程 的液 压冲击 完全 消除 。 5 结论 通 过 对弯辊 液 压 系 统 冲击 问题 的分 析 和 解 决 ， 使 弯辊 液压 系统 运 行 平 稳 ， 消 除 了轧机 运 行 中 的隐 患 ， 保 证 了轧制 过 程 中对板 型 的有 效 控 制 。此 次 问 题 也反 映 出在液 压 系统 中 ， 故 障具有 隐性 的特 点 ， 而 且 各部 位相 互关 联 ， 在 处 理 液 压 故 障 中要 能 抽 丝剥 茧 ， 找 到 问题 的关 键 。 5 9