一種軋機(jī)軋輥液壓平衡系統(tǒng)的分析及改進(jìn)

曹毅

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司流體系統(tǒng)部，重慶400013)

軋輥平衡裝置主要用來(lái)平衡軋輥及軸承座等裝配的重力，以消除由于軋輥、軸承座與壓下螺絲之間以及壓下螺絲與壓下螺母之間存在間隙所造成的軋輥咬入軋件時(shí)產(chǎn)生的沖擊。軋輥平衡裝置主要有彈簧平衡、重錘平衡和液壓平衡3 種方式。液壓平衡裝置因具有機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、速度響應(yīng)快、操作和拆卸方便等特點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。

文中以某廠大型型鋼生產(chǎn)線引進(jìn)的某種大型兩輥可逆式開坯機(jī)為例，介紹一種新型軋輥液壓平衡系統(tǒng)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。

1 軋機(jī)原有軋輥液壓平衡系統(tǒng)分析

1.1 原有軋輥液壓平衡系統(tǒng)工作原理

由于各類軋機(jī)具有各自的特點(diǎn)，而液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也應(yīng)體現(xiàn)這些特點(diǎn)，所以要想全面了解此種軋輥液壓平衡系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)就必須首先對(duì)該軋機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

圖1 為該種兩輥可逆式軋機(jī)立面示意圖，圖2 為該種兩輥可逆式軋機(jī)A－ A 斷面示意圖。該種軋機(jī)上工作輥平衡裝置7 在傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)各有一個(gè)雙作用雙活塞桿油缸，分別垂直安裝在軋機(jī)牌坊1 中傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)牌坊的外部，兩側(cè)油缸下部活塞桿通過(guò)一個(gè)框架式的橫梁連接起來(lái)，上工作輥2.2 掛在這個(gè)框架式的橫梁上，隨著整個(gè)上工作輥平衡裝置7 上升或下降。工作輥2 的輥縫通過(guò)電動(dòng)壓下裝置5 驅(qū)動(dòng)上工作輥2.2 上下調(diào)整。

圖1 兩輥可逆式軋機(jī)立面示意圖

圖2 兩輥可逆式軋機(jī)A－ A 斷面示意圖

由于上工作輥2.2 掛在上工作輥平衡裝置7 上，所以輥縫調(diào)整時(shí)上工作輥平衡裝置要一起隨動(dòng)。

接下來(lái)將軋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軋輥液壓平衡控制回路結(jié)合起來(lái)分析軋輥液壓平衡系統(tǒng)的工作原理。由于軋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了軋輥液壓平衡系統(tǒng)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)液壓缸的控制既是相對(duì)獨(dú)立的又是緊密關(guān)聯(lián)的，所以以單側(cè)液壓控制回路為例(見圖3)。

圖3 軋輥液壓平衡控制回路

如圖3 所示，每側(cè)平衡液壓缸內(nèi)裝有位移傳感器用于采集液壓缸活塞及活塞桿的位置以此來(lái)間接監(jiān)控上工作輥裝配和上工作輥平衡裝置的位置變化;每側(cè)液壓缸下有桿腔裝有壓力傳感器1 用于采集平衡工作腔的壓力以此監(jiān)控上工作輥平衡力，它與高頻響比例方向閥2 形成一個(gè)壓力閉環(huán)控制;每側(cè)液壓缸上有桿腔由一個(gè)三通減壓閥3 和一個(gè)兩位電磁換向閥4 控制，提供一個(gè)設(shè)定好的背壓。

(1)當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行平衡動(dòng)作時(shí)，高頻響比例方向閥根據(jù)設(shè)定的平衡力與壓力傳感器反饋的實(shí)際平衡力的差值不斷調(diào)整自身開口度直到實(shí)際平衡力近乎等于設(shè)定值。平衡建立后的壓下和抬起由壓下電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩側(cè)平衡缸隨動(dòng)。

(2)當(dāng)換輥時(shí)，先是上工作輥上升，此時(shí)，高頻響比例方向閥與平衡動(dòng)作時(shí)控制方式完全相同，當(dāng)上工作輥上升到一定的位置時(shí)(由平衡缸位置傳感器檢測(cè))，停止上升，拉動(dòng)下工作輥，使上、下工作輥錯(cuò)位到標(biāo)定位置后(由換輥液壓缸位移傳感器檢測(cè))，然后上工作輥開始下降，此時(shí)壓下電機(jī)一個(gè)小(剛好壓下為準(zhǔn))的電流壓下，高頻響比例方向閥處在不工作狀態(tài)，上有桿腔兩位電磁換向閥4a 端得電，同時(shí)三位電磁換向閥5a 端得電，平衡缸上有桿腔無(wú)壓，直到上、下工作輥中心距為設(shè)計(jì)要求值后，壓下電機(jī)停止壓下;之后上有桿腔兩位電磁換向閥4b 端得電，上有桿腔產(chǎn)生設(shè)定好的背壓，平衡油缸以一個(gè)小的速度繼續(xù)下降，大約行走一段距離(靠位移傳感器檢測(cè))，此時(shí)三位電磁換向閥5a 端失電，處于中位機(jī)能，平衡油缸停止下降，人為脫離鉤子，將上、下工作輥拉出軋機(jī)牌坊。以上過(guò)程要人為調(diào)節(jié)調(diào)速閥6，使操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的平衡缸速度相同。

1.2 原有軋輥液壓平衡系統(tǒng)的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)軋機(jī)軋輥平衡裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓控制回路的分析，可以發(fā)現(xiàn)該種軋輥液壓平衡系統(tǒng)有以下特點(diǎn):

(1)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)可以設(shè)置不同的平衡力，并能根據(jù)軋輥的不同隨意調(diào)整設(shè)平衡力;

(2)可以和換輥裝置配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速換輥;

(3)可以隨意調(diào)整壓下電機(jī)的匹配速度，跟隨性好;

原液壓控制回路的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了該種軋機(jī)軋輥平衡裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而且很好地滿足了設(shè)備工藝要求、自動(dòng)化程度高，但其也存在以下缺點(diǎn):

(1)每側(cè)平衡缸采用高頻響比例方向閥和壓力傳感器組成的壓力閉環(huán)控制，此種壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)和維護(hù)難度大，出現(xiàn)故障的概率也較大;

(2)兩側(cè)平衡缸還存在隨動(dòng)中的同步問(wèn)題，特別是在抬起過(guò)程中。兩側(cè)同步需要高頻響方向閥和位移傳感器配合來(lái)完成，但同步與壓力閉環(huán)控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)的匹配難度大。

2 軋機(jī)原有軋輥液壓平衡系統(tǒng)的改進(jìn)

2.1 改進(jìn)后軋輥液壓平衡系統(tǒng)工作原理

目前國(guó)內(nèi)電控在比例方向閥構(gòu)成的壓力閉環(huán)控制設(shè)計(jì)上依然與國(guó)外存在很大的差距，而且目前國(guó)內(nèi)鋼廠的電控維護(hù)水平也偏低，并不能很好地保證此種系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這都影響了該種性能先進(jìn)的大型兩輥可逆式型鋼軋機(jī)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。為了改變此種現(xiàn)狀，作者在不改變軋機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)的前提下對(duì)原有的液壓平衡回路進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)(見圖4)。

如圖4 所示，每側(cè)液壓缸仍裝有位移傳感器用來(lái)監(jiān)控上工作輥裝配和上工作輥平衡裝置的位置變化;每側(cè)液壓缸下有桿腔仍裝有壓力傳感器用于采集平衡工作腔的壓力以此監(jiān)控上工作輥平衡力;每側(cè)上有桿腔仍然由一個(gè)三通減壓閥2 和一個(gè)兩位電磁換向閥3 控制，提供一個(gè)設(shè)定好的背壓。每側(cè)平衡液壓缸下有桿腔改由三通比例減壓閥4 來(lái)控制該腔的平衡力，而兩側(cè)液壓缸同步改由帶整流板的調(diào)速閥6來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖4 改進(jìn)后的軋輥液壓平衡控制回路

改進(jìn)后當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行平衡動(dòng)作時(shí)，由于改換的三通比例減壓閥本身輸出壓力，其輸入信號(hào)與輸出壓力直接成線性比例，所以三通比例減壓閥不再需要和壓力傳感器1 構(gòu)成壓力閉環(huán)控制，只需輸入與設(shè)定平衡力相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)就可以使下有桿腔的實(shí)際平衡力達(dá)到設(shè)定值。平衡過(guò)程中壓力傳感器只起到監(jiān)控作用而不再直接參與控制。

當(dāng)平衡建立后電機(jī)壓下和抬起時(shí)，兩側(cè)平衡缸隨動(dòng)時(shí)的同步是通過(guò)調(diào)節(jié)帶整流板的調(diào)速閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且軋輥平衡裝置隨動(dòng)速度與電機(jī)壓下和抬起速度的匹配也是通過(guò)調(diào)節(jié)該帶整流板的調(diào)速閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 改進(jìn)后軋輥液壓平衡系統(tǒng)的特點(diǎn)

由以上分析可以發(fā)現(xiàn)改:進(jìn)后的液壓控制系統(tǒng)仍體現(xiàn)了該軋機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這一點(diǎn)是和原有液壓控制系統(tǒng)一致的，但它也具有以下特點(diǎn):

(1)由比例減壓閥替換比例換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制更加簡(jiǎn)單便捷，不再需要采用壓力閉環(huán)控制，電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，調(diào)試維護(hù)也更加簡(jiǎn)便;

(2)兩側(cè)液壓缸的同步采用帶整流板調(diào)速閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，而壓力由三通比例減壓閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而將壓力控制和同步控制隔離開，更易于電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作更加簡(jiǎn)單，而且日常使用的可靠性也大大提高。但是改進(jìn)后的液壓控制系統(tǒng)也存在以下缺陷:

由于采用調(diào)速閥來(lái)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)液壓缸的同步和與壓下電機(jī)速度匹配問(wèn)題，每次調(diào)整速度只能靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)兩側(cè)的調(diào)速閥，比較麻煩。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)原軋輥液壓平衡系統(tǒng)和改進(jìn)后軋輥液壓平衡系統(tǒng)工作原理、性能特點(diǎn)的分析可得出如下結(jié)論:

(1)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及改進(jìn)要充分體現(xiàn)其機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)才是正確而理想的設(shè)計(jì);

(2)改進(jìn)的液壓平衡控制系統(tǒng)在達(dá)到原有系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)和要求的同時(shí)，大大降低了電控設(shè)計(jì)、調(diào)試及日常維護(hù)的難度，更加貼近國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的基本現(xiàn)狀。

目前該改進(jìn)后的液壓控制系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)一些鋼廠得到實(shí)際應(yīng)用，取得了很好的效果，對(duì)提高我國(guó)型鋼生產(chǎn)水平起到一定的促進(jìn)作用。

［1］沈茂盛．型鋼生產(chǎn)知識(shí)問(wèn)答［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2003:82－83．

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［3］路甬祥，胡大工．電液比例控制技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1988．

［4］張樹英．軋輥平衡液壓回路的設(shè)計(jì)改進(jìn)［J］．液壓與氣動(dòng)，2007(9):72－74．