大型宽厚板坯铸坯机液压控制系统设计.pdf

2 0 1 2年 1 1 月 第 4 0卷 第 2 2期 机床与液压 MA C HI N E T OO LHYD R AU L I C S No v ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 2 D oI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 2 ． 0 2 2 大型宽厚板坯铸坯机液压控制系统设计 王野牧 ，李 军永 1 ．沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳 1 1 0 8 7 0 ； 2 ．沈阳工业大学研究生学院，辽宁沈阳 1 1 0 8 7 0 摘要设计一种新型大型宽厚板坯铸坯机液压控制系统，可以完成设备的自动合模、自动加压、自动保压、自动减 压、自 动脱模等动作；给出设备的液压控制原理图及电磁铁动作顺序表，着重介绍模具运行过程 中的三缸同步运动控制原 理、同步误差的消除控制方法及合模保压控制方法等。 关键词大型宽厚板铸坯机 ； 液压控制系统；三通比例减压阀；比例泵；同步马达 中图分类号T G 2 3 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 2 0 6 5 3 De s i g n o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r La r g e S l a b Ca s t i n g M a c h i n e WANG Ye l n u ，L I J u n y o n g z 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， S h e n y an g Li a o n i n g 1 1 08 7 0， Ch i n a； 2 ． G r a d u a t e S c h o o l ，S h e n y ang U n i v e rs i t y o f T e c h n o l o g y ，S h e n y a n g L i a o n i n g 1 1 0 8 7 0 ，C h i n a Ab s t r a c t A n e w t y p e o f h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m f o r l a r g e s l a b c a s ti n g ma c h i n e Was d e s i g n e d ．T h e a c t i o n s ，s u c h as c l o s i n g mo l d ，i n c r e a s i n g p res s u re，k e e p i n g u p a n d r e d u c i n g p res s u re，res e t t i n g mo l d，c o uld b e a c c o mp l i s h e d a u t o ma ti c a l l y b y u s i n g t h e d e v i c e ．T h e h y dra uli c c o n t r o l d i a g r a m a n d s o l e n o i d v a l v e a c t i o n s e q u e n c e t a b l e w e re p r o v i d e d ．Th e c y l i n d e r s y n c h r o n o u s mo ti o n c o n t r o l t h e o r y ，the s y n c h r o n i z a ti o n r r o r e l i mi n a t i o n me tho d an d the c o n t r o l o f mo l d l o c k i n g w e re i l l u s t r a t e d ． Ke y wo r d s L a r g e s l a b c ast i n g ma c h i n e ； Hy d r a uli c c o n t r o l s y s t e m； e p r o p o r t i o n a l p res s u r e r e d u c i n g v a l v e ； P r o p o r t i o n a l p u mp；S y n c h r o n o u s mo t o r 1 铸坯机技术要求 目前国内对大型宽厚板坯的需求量不断上升，特 别是在某些特殊行业 ，如重型机械、造船和军工等。 同类铸坯机多为连续铸钢设备，且生产工作尺寸较 小，不能满足生产要求。因此研究一种铸造大尺寸毛 坯的设备具有实际意义。 该设备要求浇铸6 0 0 0 I I li n 4 0 0 0 i n l l l x 1 0 0 0 l l l l n 钢坯，这对模具的合模 、运动定位及施加压力都有较 高的技术要求。铸坯机运动部件主要 由4个模具构 成，每个模具都配有相应的液压控制台架，每个模具 都由3 个油缸驱动，此 3个油缸之间呈三角形布局， 上面 1 个 油缸 ，下 面 2个 油缸 ，共 同联 接 着 1个模 具。模具 1和模具 3的控制过程相同，模具 2和模具 4的控制过程相同。根据油缸输出要求 ，4个模具 l 2 个油缸的直径均为2 5 0 m i ll ，行程均为 6 0 0 m m，每个 油缸的输出力均为8 x 1 0 N 。模具及液压系统布局平 面图如图 1 所示 。 设备的主要工作流程图如图2所示。 H H 蓑 }4 }4 。增4M压 吊装板坯 H蔷 H 蒿 H冷 凝 z H 收稿 日期 2 0 1 11 11 8 作者简介王野牧 1 9 6 5 一 ，男 ，硕士，副教授，硕士生导师 ，研究方向为电液伺服、比例控制技术、计算机测控技术。 E m a i l y j l 9 1 6 3 ． c o rn。 6 6 机床与液压 第 4 o卷 2 液压控制系统说明 2 ． 1 液压 系统 整体设 计 思路 由于每个模具由 3个油缸驱动 ，模具运行过程 中没有机械导向装置来完 全限制、约束模具 的运 行 ，所以必须采用液压控制的手段来保证模具不倾 斜地向前移动 ，即保证 3个油缸同步向前或 向后运 行。考虑到设备运行 的可靠性、经济性、维护性及 制造周期 ，最终选定由液压同步马达来保证每个模 具 中的3个油缸前行及后行时的初步同步控制 ，采 用 同步马达可最大限度地保证 3个油缸的同时运动 或停止 ，不会因为液压系统误动作或故障造成模具 倾 倒 。每 个油缸 内部均装 有 1个位 移传感 器 ，它主 要起两方面的作用 I 检测油缸的实际位置，为 实现同步控制及定位控制提供连续电信号 ； 2 起 安全保护作用 ，一旦某个模具上的 3个油缸位置偏 差超过指定值 ，系统就会停止运行并给出提示 ，由 计算机或人工进行调整，使 3个油缸重新 回到位置 同步状态 。 设备运行时每个油缸的输出力均需要进行控制， 采用三通比例减压阀实现对油缸有杆腔及无杆腔的压 力控制，从而实现对油缸输出力的控制。压力传感器 可 以检测 出油缸两腔的压力 ，这样可 由计 算机 、比例 减压 阀和压力传感器构成压力 闭环控制系统 ，实 现对 油缸输出力的精确控制；同时，压力传感器还起到一 定的监控作用，一旦油缸某一腔的压力变化异常，系 统可以随时检测到，并可做进一步的分析、判断。根 据上述内容设计控制台架液压原理图如图 3 所示。图 中为一个模具控制台架的液压原理图，其他台架的液 压原理图与此相 同。 液压 系统 的能源装置 由 2个 比例泵 实现 ，采用 2 个泵的目的是将模具 1 、3的控制与模具 2 、4的控制 油路分开，这样不仅能减少 2个油路之间的相互干 扰，还可以起到备用能源的作用，当一个泵不能正常 工作时，另一个泵可代其工作 ，这样可使设备运行的 可靠性大大提高。采用二通插装阀实现两个高压油路 的切换及合流。采用比例泵的目的是根据不同工艺及 工序过程可实现不同的流量及速度输出，同时还可以 减少系统发热量 、节约能源 。液压泵站原 理图如 图 4 所示。 图 3 台架液压系统原理 图 图 4 泵站液压原理 图 2 ． 2模 具控制说 明 模具 1 、3尺寸相同，模具 2 、4尺寸相同，采用 相同的控制原理，其控制台架是相同的。控制台架被 放置在被控油缸的中间 ，与两侧的油缸保持相 同的距 离 ，这样有利于油缸 的运行 同步控制。同步马达放置 在油缸 的有杆腔侧 ，以减少 马达 的流量 及工作压 力 、 得到更高的同步精度 ，并可提高马达的寿命和可靠 性。用 1 个换 向阀实现 3个 油缸 的前 行及后行 控制 ， 与同步马达配合使用，使同步控制的可靠性和设备的 安全性大大提高。用 1 个比例减压阀通过油路的切换 来分别控制油缸两腔的压力 ，这样可在一定程度上增 加可靠性并降低成本。 以模具 1 控制为例，电磁阀动作顺序表见表 1 。 表 1 控制台架电磁阀动作顺序 动作 电磁铁序号 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 Y、 启动电机 模具前行 模具反靠 模具加压 模具回位 第 2 2期 王野牧 等 大型宽厚板坯铸坯机液压控制系统设计 6 7 2 ． 2 ． 1 模具 1 、3控制说明 1 模具前行。启动电机后给电磁铁 Y V 1 1上 电，模具前行。前行过程中同步精度超差时将电磁铁 Y V 1 1 断电，假设此时油缸 2落后于油缸 1和油缸 3 ， 则给电磁铁 Y V 4和 Y V 5上电，将比例减压阀L 3的压 力调整为最低值 接近于零以使模具轻轻调整到 位 ，这样也可以防止调整过度 ，同步超差调整完毕后 按原来的同步前行模式继续行走。当模具接近前行到 位停止点 ，即当油缸 1 、2和 3中前面的油缸已接近 定位位置时 比如相差 1 0 m m ，将 Y V 1 1 停止，采 用 与上 面相 同的办法 调整 3个油缸 的位置 。 2 模 具反 靠 到位。给 电 磁 阀 电磁铁 Y V 1 、 YV 2、Y V 3、Y V 4、Yv 5 、Y V 6、Yv 7 、YV 8和 Y V 9 上电，直接利用外围油路 ，使 3个油缸一起向后，调 定 比例减压 阀 I 3、L 4和 L 5的压力 ，实施力闭环控 制反靠到位。 3 模具后退。给主换 向阀电磁铁 Y V I O上电， 用同步马达先驱动模具后退。模具复位过程中同步精 度超差时可将主换向阀电磁铁 Y V I O停止，采用与前 进过程 中同步精度超差类似的办法调整 3个油缸的位 置，然后继续后退。当模具接近后退到位停止点时， 直接利用外围油路 ，使 3个油缸一起向后，实施力控 制后退 到位 。 设备可以根据工艺要求对每个油缸施加的压力进 行调整，由比例减压阀 I 3、L 4和 I J 5及压力传感器 WY 1 、WY 2和 WY 3构成压力闭环 ，在结晶过程中可 根据工艺要求随时改变每个油缸的压力 ，达到最优的 结晶效 果。 由于液压缸的缸径及行 程较大 ，使得 液压缸质量 及容积较大 ，在减小 同步误差的过程 中 ，为了消除启 动中可能存在的振动、冲击及运动不平稳等现象 ，在 液压缸及两位两通换向球阀之间配有阻尼孔 ，如图 3 所示 。 2 ． 2 ． 2 模具 2 、4控制说明 模具 2 、 4没有后退反靠到位停止及加力工作过 程 ，其他工作过程的控制方法与模具 1 、3的相同。 油缸有杆腔的压力传感器不起控制作用，只起监 控及保护作用。 3结束语 铸坯机液压系统可以满足大型板坯的铸坯运动控 制要求 ，系统性能可靠，故障少 ，操作简便 ，结构紧 凑 ，技术性能先进，自动化程度较高，降低了劳动强 度 ，节约了能源，降低了生产成本 ，提高 了工作效 率，对企业提高经济效益起到重大作用。 参考文献 【 1 】王野牧． 自动液压夹紧器及其液压控制系统设计 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 5 2 1 1 1 1 1 2 ． 【 2 】苏顺德． 三钢厂异型坯铸机设备管理初探[ J ] ． 马钢职 工大学学报 ， 2 0 0 3 2 5 6 5 8 ． 【 3 】 宋锦春， 苏东海， 张志伟． 液压与气压传动[ M] ． 北京 科 学出版社 ， 2 0 0 7 2 8 5 3 0 8 ． 【 4 】 侯波 ， 王志明． 插装阀在机床液压系统 中的应用研究 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 5 8 4 0 4 2 ． 【 5 】王野牧， 张旭明． 舞台升降液压泵控缸同步控制系统研 究[ J ] ． 机床与液压， 2 O 2 O 5 2 5 4 ． 【 6 】王野牧， 张延忠． 低速轮胎试验机动力滑台动态特性分 析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 9 1 9 01 9 4 ． 上接 第5 4页 1 8 0 。 状态 ，则 自动执 行 1 一 2 一 3 一 4 一 5 一 6 括号 内的翻转过程 。 5结论 全液压翻转机系统，能适应多种尺寸 、形状、质 量的工件，运行安全平稳；操作面板简单整洁，易于 现场工人快速掌握、安全使用 ；配合触摸屏的使用， 易于维修工人快速查找故障原因从 而排除故障。设备 现场运转表明相对电力驱动设备 ，全液压设备稳定 性明显提高，运行噪声小，更加利于生产现场噪声控 制，生产效率也提高了近 3 0 ％。该套全液压翻转机 对促进焊接 自动化 ，保证焊接质量 ，提高焊接生产 率，改善工人作业条件，为实现机械化、自动化有很 好的作用。 参考文献 【 1 】王政． 焊接工装夹具及变位机械 性能、 设计、 选用[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】曹玉宝． 工件翻转装置液压传动系统设计[ J ] ． 机床与 液压， 2 0 1 1 ， 3 9 4 7 3 7 4， 7 7 ． 【 3 】 吴凯， 沈丽红． 焊接机械装备中的一种多 自由度、 伺服控 制焊件变位机械设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 4 1 0 2 1 0 21 1 ． 【 4 】廖常初． s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 【 5 】张利平． 液压传动系统及设计[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 5 4 6 4 8 ． 【 6 】 周开勤， 唐容城 机械设计师应用手册[ M] ． 天津 天津 科学技术出版社 ， 1 9 9 9 2 6 7 2 6 9 ． 【 7 】蔡文彦． 液压传动系统[ M] ． 上海 上海交通大学 出版 社 ， 2 0 0 3 8 4 8 6 ．