方坯连铸机翻转冷床液压控制阀台的改进.pdf

液 压 气 动 与 密 a - ／20 1 6年 第 05期 d o i l O ． 3 9 6 9 ． i s s n 。 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 5 ． 0 0 9 方坯连铸机翻转冷床液压控制阀台的改进 周 鑫 ， 刘 鹃 1 ． 北京首钢 国际工程技术有限公 司 炼钢设计研究所 ， 北京 1 0 0 0 4 3 ； 2 ． 北京机床研究所 精密机电有限公司， 北京 1 0 0 1 0 2 摘要 翻转冷床是方坯连铸生产线必不可少的设备 ， 其液压缸的速度控制和同步控制是设备平稳运行的关键。该文章介绍了液压 驱动式翻转冷床的结构和工作特点 ， 以某工程为例， 分析了冷床运行存在的问题和原因， 提出了采用比例阀和同步马达开环控制冷床 液压缸的改进方案， 使翻转冷床液压缸达到实时调速和高精度的同步效果。 关键词 方坯连铸机； 翻转冷床 ； 比例阀； 同步马达 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 5 0 0 3 6 0 3 I mp r o v e me n t o n Hyd r a u l i c Va l ve S t a t i o n o f Bi l l e t Co n t i n uo us Ca s t i ng M a c hi n e Ti l t i n g Co o l i n g Be d Z HOUXi n ， LI UJ u a n 1 ． B S I E T S t e e l ma k i n g E n g i n e e r i n gR e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 0 4 3 ， C h i n a ； 2 ． B e i j i n g Ma c h i n e T o o l I n s t i tut e P r e c i s i o n Me c h a e l e c t r o n i c C o ． ， L t d ． ， B e i j i n g 1 0 0 1 0 2 ， C h i n a Abs t r a c t Ti l t i n g c o o l i n g b e d i s e s s e n t i a l e q u i p me n t f o r b i l l e t c o n t i n u o u s c a s t i n g l i n e a n d t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r s p e e d c o n t r o l a n d s y n c h r o n i - z a t i o n c o n t r o l i s t h e k e y t o the s mo o t h o p e r a t i o n o f t h e e q u i p m e n t ． I t i n t r o d u c e s t h e h y d r a u l i c t i l t i n g c o o l i n g b e d s t r u c t u r e a n d wo r k c h a r a c t e r i s t i c ， t a k i n g a p r o j e c t a s a n e x a mp l e ， a n a l y z e s t h e p r o b l e ms a n d r e a s o n s e x i s t i n g i n c o o l i n g b e d o p e r a t i n g ， p u t s f o r wa r d u s i n g p r o p o r t i o n a l v a l v e a n d s y n c h r o n o u s mo t o r o p e n l o o p c o n t r o l c o o l i n g b e d h y d r a u l i c c y l i n d e r a s t h e i mp r o v e d s c h e me ， h y dra u l i c c y l i n d e r s o f t h e t i l t i n g c o o l i n g b e d a c h i e v e r e a l - t i me s p e e d c o n t r o l a n d h i g h p r e c i s i o n s y n c h r o n i z a t i o n e f f e c t ． Ke y wo r d s b i l l e t c a s t e r ； t i l t i n g c o o l i n g b e d； p r o p o r t i o n a l v a l v e ；s yn c h r o n o us mo t o r 0 引言 翻转冷床是方坯连铸生产线 的关键设备 ， 具备运 输钢坯 、 缓冷钢坯 、 减少钢坯变形 、 减少表面划痕 的功 能 。液压驱动式 翻转冷 床主要 由活动梁齿板组 、 固定 梁齿板组、 平移液压缸、 升降液压缸、 导向装置及液压 控制系统等组成。活动梁齿板组之 间通过“ 同步梁” 固 定连接， 形成具有一定刚性的平移框架和升降框架。 冷床升降动作通过 2 个液压缸驱动升降框架沿斜台面 滚动实现 ， 升降动作时要求平移液压缸处于锁定状 态。冷床平移通过2 个液压缸驱动平移框架在升降框 架上部 的水平 台面上滚 动实现 ， 平 移动作要求升降液 压缸处于锁定状态。翻转冷床通过液压缸驱动活动梁 齿板运动 ， 完成一个“ 上升一前进 下降 后退” 的步 进循环。步进机构的运动轨迹为“ 矩形” ， 并且要按位 置 时间 一速度曲线要求运动， 如图1 所示。对升降和 平移运动的速度和加速度进行准确有效的控制 ， 保证 升降运动和水平运动开始和停止过程中， 以及在托起 和放下钢坯过程中能以设定的慢速运行 ， 防止步进机 收稿 日期 2 0 1 5 0 2 2 3 作者简介 周鑫 1 9 8 2 一 ， 男， 陕西宝鸡人， 工程师 ， 学士 ， 主要从事液压 润滑系统相关工程设计工作。 3 6 构产生冲击和振动 ， 以保护支撑梁 ， 避免引起钢坯表面 氧化铁皮的脱落和钢坯跑偏。所以， 冷床液压缸的速 度控制和 同步控制是冷床平稳运行 的关键 。 i 井 ， ．f f f ＼ 222 511 ， lf I ’ 面 [_ ■ 固 定 l 、 ～ j／ s1 } 一』一 ． 1 一 一 23 0 1■■一 后退 图 1位置 时 间 一 速度示意 图 1 翻转冷床液压控制阀台 翻转冷床的工作特征要求其液压控制系统满足以 下几个功能 ①冷床的工作周期受生产计划和生产节 奏的制约， 不同定尺的铸坯或不同的拉速等参数， 均会 影响运行速度， 所以要求冷床的工作速度能在一定范 围内连续可调。②平移液压缸和升降液压缸 ， 需要达 到较高的同步精度 ， 否则会引起“ 同步梁” 变形 ， 损坏机 械设备， 影响冷床正常运行。③冷床周而复始地完成 ●r J一 ～ l 1 ～ f Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 5 ．2 0 1 6 工作循 环 ， 液压缸要不断的启动 、 加速 、 减速 、 停止 ， 该 过程要求冷床运行具备实时调速， 确保运行既快速又 平稳， 避免冲击。④冷床工作过程中负载随铸坯重量 实时变化， 冷床要达到平稳可靠运行， 其工作速度就不 能随外界 负载的变化而变化 ， 特别是 当外界 负载突变 时不能失速。 基于翻转冷床液压控制系统 的功能分析 ， 要实现 冷床液压缸的调速、 同步功能， 就必须通过液压控制使 相同动作的液压缸在同一时刻流量相同。以某工程冷 床升降为例， 其液压控制原理如图2 所示。 。盘 Xl 1 1 i I } 1 L 。 Jll l I L _ _P 。。 。 。～ 一 } 叫 J l l ’ I ‘ 。 I l 卜 比例换 向阀2 一 球 阀3 一 平衡 阀4 一 液』 缸 图2 翻转冷床升降液压控制阀台 该 阀台通过 2 个 比例换 向阀分别控制 2 个液压缸 实现调速功能和同步控制， 平衡阀用来防止负载变化 引起液压缸突然下落。在实际生产中， 液压缸的调速、 同步却不易实现， 速度控制效果不佳。主要原因为 ① 需要同步运动的2 个液压缸由2 个比例阀分别控制， 在 开环使用的情况下， 由于比例阀个体存在制造、 安装等 固有差异， 即便型号相同、 输人电信号相同， 也不能保 证其输出流量相同。②实际工况中， 比例阀进出口压 差不恒定。比例阀的输出流量特性不仅与输入电信号 有关 ， 还与 比例阀进出 口压差有关 。即 ， 比例阀在其进 出口压差一定的情况下 ， 其输人电信号与输出流量保 持线性关系。但实际生产中冷床负载随坯料输送多少 而变化， 同时， 坯料不匀性使得同一动作的液压缸承受 的负载不尽相同。所以， 冷床负载变化复杂且无规律， 使得比例阀前后压差会随负载变化而变化。该液压系 统没有使比例阀前后压差恒定的功能， 所以， 比例阀流 量输出线性度不佳 ， 速度控制难以精准。 理论上， 该液压系统对液压缸的调速、 同步控制可 通过自动化闭环控制方式来实现。即， 液压缸内部内 置位移传感器 ， 实时监测并反馈两个液压缸的位移信 号 ， 并将位移信号反馈至 比例 阀控制器 ， 通过反馈信号 与比例阀输入信号相比较， 得到的偏差信号由比例放 大器放大后输出给比例阀， 从而控制比例阀的开口量， 来实现两个 液压缸 的调速和 同步控制要求 。但是 ， 闭 环控制 系统 自动化控 制较复杂 ， 液压 缸和 比例 阀元 件 成本高， 系统实时控制， 控制过程中比例阀阀芯动作频 繁 ， 易磨损发热， 导致比例阀寿命低、 油液易变质等问 题 ， 影响冷床工作 的稳定性和安全性 。 2 翻转冷床液压控制阀台的改进 针对翻转冷床液压控制系统存在的问题和控制要 求 ， 对翻转冷床液压控制系统进行 了改进 。图3 为新 型 翻转冷床液压控制原理框 图。图 4 为新型翻转冷床液 压阀台示意图。如图4 所示 ， 新型阀台采用比例阀和同 步马达开环控制来实现液压缸的调速同步。其中比例 阀控制冷床同一动作的两个液压缸的总流量 ， 从总量 上保证液压缸运行速度 ， 实现调速功能 ， 避免 比例 阀个 体间差异引起的控制误差。同步马达则将 同一动作要 求的总流量 自动等量分配给同一动作的两个液压缸 ， 使每个液压缸流量相 同 ， 以此实现液压缸 的精确 同步 控制。 雌 。5J 确 万 l 垦 『 I 同 步 ≤} 。 iiii ii1蔓 廛 图3新型翻转冷床液压阀台控制原理框图 卜人 口压力补偿器2 一 比例 阀3 一 平衡 阀4 一 同步马达 5 一 双向液控单向阀6 一 安全阀7 一 压力表 图4新型翻转冷床液压阀台 如图3 、 图4 所示 ， 以冷床升降为例简要说明其功 能 人 口压力补偿器的功能是使比例阀在负载发生变 化的情况下 ， 保持比例阀前后的压差不变， 使比例阀的 输人信号与输出流量保持线性关系； 该输出流量等于 工艺要求的2 个升降液压缸的总流量； 平衡阀的功能是 控制下降过程的速度， 防止冷床下降过快。同步马达 3 7 液 压 气 动 与 密 t ff ／2 0 1 6年 第0 5期 的功能是接收比例阀的输出流量， 并将其等量分配给2 个升降液压缸 ， 从而保证 2 个液压缸流量相同， 达到速 度 同步 。双 向液控单 向阀 的功 能是 隔离部分液 压 回 路， 当管路或胶管爆裂的时候 ， 作为负载失压的安全措 施 。新 型液压系统对原 阀台进行 了有效 的改进 ， 能够 使相同动作的液压缸达到连续和程序化的实时调速和 高精度的同步效果。 3 结论 1 新型翻转冷床液压控制系统采用一组阀控制 相同动作的多个液压缸， 利用同步马达对流量精确再 分配， 消除了多阀组分别控制液压缸时个体差异引起 的控制误差， 控制精度更高。 2 翻转冷床液压缸承受载荷大且不均匀， 运行过 程要求快速 、 平稳 ， 新型液压控制系统采用 比例 阀和人 口压力补偿器叠加对冷床液压缸速度进行连续有效控 制， 通过改变比例阀输入信号方便实现实时调速 ， 大大 改善速度换接 中的平稳性 。 3 新型液压控制 阀台 自动化控制为开环控制 ， 结 构简单， 调速方便。 4 新 型液压控制 阀台对液压缸 的调速 同步控制 思想不局限于翻转冷床， 可用于具有连续调速要求的 - - 一 - - 一 - - - - - 多缸同步控制， 是一种简单易行的好方法 ， 具有很好的 推广价值。 参考文献 ⋯ 1 干勇． 现代连续铸钢实用手册[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 01 0． [ 2 ] 刁玉兰． 翻转冷床液压系统改造[ J ] ． 山东 冶金， 2 0 0 9 ， 1 0 1 8 7-1 88 ． [ 3 】 张伟． 连铸步进冷床液压控制系统分析【 J 1 ． 连铸 增刊 ， 2 0 1 1 ， 9 2 5 6 2 5 7 ． 【 4 】 宋锦春． 连铸冷床平移液压系统分析与改进【 J J ． 冶金设备， 2 0 0 6 ． 5 4 6 4 7 ． 【 5 】 刘新德． 袖珍液压气动手册【 M】 ．北京 机械工业出版社， 2 0 0 4 ． 【 6 J6 刘专． 冷床液压系统的典型故障分析[ J 】 ． 金属材料与冶金工 程， 2 0 0 9 ， 1 2 3 9 4 1 ． [ 7 】 焦丽． 步进式翻转冷床液压系统故障分析与处理f J 】 ． 液压气 动与密封， 2 0 1 3 ， 4 6 4 6 5 ． 【 8 】 成大先． 机械设计手册【 M】 ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 2 ． [ 9 ] 周重威 ， 等． P WM液压控制多点同步顶升系统设计【 J 】 ． 机电 工程 ， 2 0 1 3 ， 1 ． 【 1 O 】于今 ， 蒲亨林． 轻轨转向架分离设备液压升降平台的改进【 J 】 ． 机 电工程 ， 2 0 1 2 ， 8 ． [ 1 1 ]杨莉华． 基于压下力控制模型的带钢平整分卷机组液压控 制系统 自动化改造『 J 1 ． 机电工程 ， 2 0 1 5 ， 1 1 ． 液压气动与密封 杂志 2 0 1 6 年征稿启事 我刊 1 9 8 1 年创刊 ， 到现在已经走过近3 5 年的历程 ， 特向广大读者征集有关液压 、 液力 、 气动、 密封产品的综述 、 研 究、 应用、 使用及维护方面的技术文章。 稿件格式见网站 h t t p ／ ／ w w w ． c h p s a ． o r g ． c n ／ m a g a z i n e m a i n 1 ． a s p x “ 投稿服务” 栏 目。 联系人 张婷婷 联系电话／ 传真 0 1 0 6 8 5 9 4 9 0 0 投稿邮箱 c h p s a y q m 1 6 3 ． c o m c h p s a - y q mme i ． n e t ． c n 液压气动与密封 杂志2 0 1 6 年征订启事 欢迎您订阅 液压气动与密封 杂志， 我刊为月刊， 每期定价 1 2 元 ， 全年定价为 1 4 4 元 ， 请直接到您当地邮局柜台办 理订阅， 可方便准确获取杂志， 我刊邮发代号 8 2 一 l 5 2 ， 邮局咨询电话 1 1 l 8 5 。可通过登陆 I1 L h t t p ／ ／ w w w ． c h D s a ‘ 0 r g ． n ／ ma g a z i n e _m a i n 1 ． a s p x 或收听我刊的官方微信 c h p s a - y q m了解杂志的相关情况。如遇到订阅上的问题 ， 可与我刊发行部 取得联系。 联系人 李绍云 联系电话／ 传真 0 1 0 6 8 5 9 4 9 0 0 E ma i l c h p s a f x me i ． n e t ． c a Q Q 2 1 0 8 7 6 4 8 8 6