連鑄機(jī)扇形段驅(qū)動(dòng)輥液壓同步分析

許建祥，郝麗娟，王保生

（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063299；2.唐鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司，河北 唐山 063000）

1 概述

板坯連鑄機(jī)的扇形段驅(qū)動(dòng)輥采用兩個(gè)油缸控制（見(jiàn)圖1），在驅(qū)動(dòng)輥提升和壓下過(guò)程中要保持速度和位置的同步，保證輥?zhàn)优c板坯的水平接觸和產(chǎn)生足夠的摩擦力來(lái)驅(qū)動(dòng)板坯前行，驅(qū)動(dòng)輥的同步控制采用兩個(gè)安裝在油缸上調(diào)速閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，在生產(chǎn)中經(jīng)常因?yàn)檎{(diào)速閥不同步造成的驅(qū)動(dòng)輥卡住和壓偏的現(xiàn)象，不同步形成的原因主要是存在支撐框架摩擦力不均，由于驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器造成的輥?zhàn)悠d、液壓缸泄漏不均等情況。

圖1 扇形段驅(qū)動(dòng)

2 調(diào)速閥的控制原理

扇形段的驅(qū)動(dòng)輥的負(fù)載主要為驅(qū)動(dòng)輥整體結(jié)構(gòu)的重量和導(dǎo)向板的摩擦力組成，負(fù)載在運(yùn)動(dòng)中變化不大并且同步精度要求不太高，因此采用了價(jià)格比較便宜的調(diào)速閥回路。調(diào)速閥由閥體、減壓閥閥芯、調(diào)速閥閥芯組成，具有一定壓力的液壓油先經(jīng)過(guò)減壓閥，減壓后的液壓油再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥，通過(guò)預(yù)設(shè)的彈簧力使節(jié)流閥前后的壓差保持恒定，節(jié)流口在一定開(kāi)口度下流經(jīng)節(jié)流閥的流量保持恒定，也就是調(diào)速閥的流量不受溫度和壓力的變化而保持恒定。在實(shí)際使用中通常采用先減壓后節(jié)流的結(jié)構(gòu)，因?yàn)橛鸵涸诮?jīng)過(guò)減壓閥后溫度會(huì)升高，溫度升高后粘度下降，液壓油的流量會(huì)發(fā)生變化，為避免流量不穩(wěn)定，通常采用先減壓后節(jié)流的方式。

調(diào)速閥通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的閥芯開(kāi)口度來(lái)調(diào)節(jié)流量，減壓閥的作用是隨著負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整節(jié)流閥的進(jìn)口或出口壓力，保證節(jié)流閥的進(jìn)出口壓差恒定，從而保證通過(guò)調(diào)速閥的流量恒定。調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 調(diào)速閥原理圖

系統(tǒng)的油液壓力為P1，經(jīng)節(jié)流閥后壓力減為P2，油液經(jīng)減壓閥壓力降為P3進(jìn)入執(zhí)行器，根據(jù)液壓油的不可壓縮性的原理，流經(jīng)節(jié)流閥的流量即為通過(guò)調(diào)速閥的流量，在保持節(jié)流閥開(kāi)口度不變的情況下，只要保證節(jié)流閥的前后壓差不變即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)的流量穩(wěn)定。

節(jié)流閥前后的壓差為：

△P=P1-P2

減壓閥閥芯的力平衡方程為：

P2·Ab+P2·Ac=P1·Aa+Fs

Aa為減壓閥閥芯大腔的截面積；Ab、Ac為減壓閥閥芯小腔的截面積。

Ab+Ac=Aa

Fs為彈簧力；

△P=P1-P2=Fs/Aa

當(dāng)調(diào)速閥進(jìn)出口壓力發(fā)生變化時(shí)，減壓閥閥芯的力平衡發(fā)生變化，減壓閥閥芯移動(dòng)，壓力調(diào)節(jié)后又重新達(dá)到平衡，保證節(jié)流閥前后的壓差不變，即通過(guò)節(jié)流閥的流量保持恒定。例如，負(fù)載壓力因負(fù)載變化而P3增加，根據(jù)系統(tǒng)壓力由負(fù)載決定的原理，P1壓力也隨之增大，作用在閥芯左端的壓力增大，減壓閥閥芯向右移動(dòng)，Xt的開(kāi)口度增大，流經(jīng)減壓閥閥口的截面積增大，流量增加，消除了因P3增大流量減少的問(wèn)題，同時(shí)P2經(jīng)過(guò)閥口的減壓作用減少，保證了△P=P1-P2不變，保證了節(jié)流閥流量的穩(wěn)定。

3 扇形段的驅(qū)動(dòng)輥調(diào)速閥穩(wěn)定性分析

扇形段驅(qū)動(dòng)輥由兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，每個(gè)油缸上安裝1個(gè)調(diào)速閥和疊加式整流板，見(jiàn)圖3，在上驅(qū)動(dòng)輥需要抬起和壓下時(shí)通過(guò)調(diào)速閥控制油缸的速度，保持驅(qū)動(dòng)輥的同步。安裝整流板的作用是保證進(jìn)出油缸的液壓油都通過(guò)調(diào)速閥，即能保證驅(qū)動(dòng)輥上升下降的速度保持同步。流量調(diào)定后節(jié)流閥的開(kāi)口保持不動(dòng)，流量系數(shù)Cd與流體的雷諾數(shù)有關(guān)，當(dāng)雷諾數(shù)增大到一定程度后流量系數(shù)只與孔口和管徑的面積比有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)口調(diào)定后流量系數(shù)保持不變。節(jié)流閥的開(kāi)口很小時(shí)容易因污染物和極化分子的堆積造成堵塞，節(jié)流口面積會(huì)發(fā)生變化，因此應(yīng)避免油溫過(guò)高，油液的清潔度應(yīng)保持在NAS 7級(jí)以上，閥芯應(yīng)做退磁處理并采用薄刃的結(jié)構(gòu)形式。節(jié)流閥前后的壓差△P=P1-P2=Fs/Aa，彈簧力Fs與彈簧剛度和彈簧的壓縮量成正比，彈簧力的公式為Ft=K（X0+δ-X）。

式中：

K為減壓閥的彈簧剛度；

X0為減壓閥彈簧預(yù)壓縮量；

δ為減壓閥的預(yù)開(kāi)口長(zhǎng)度；

X為減壓閥的工作開(kāi)口長(zhǎng)度。

減壓閥的開(kāi)口度X是變化的，要保持彈簧力穩(wěn)定，就要減少X對(duì)彈簧力的影響?？梢酝ㄟ^(guò)增大開(kāi)口預(yù)開(kāi)口度δ和通過(guò)減小彈簧剛度來(lái)增加彈簧預(yù)壓縮量的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)，最小壓差不能低于0.5MPa,如果低于這個(gè)最小值，減壓閥起不到調(diào)節(jié)作用。

另外，雖然液動(dòng)力和摩擦力對(duì)閥芯的運(yùn)動(dòng)影響較小，也不能忽視，可以通過(guò)改進(jìn)閥芯的結(jié)構(gòu)，例如錐形結(jié)構(gòu)和增大閥芯截面積的方式來(lái)減少液動(dòng)力的影響，提高閥加工精度和均壓槽的方式減少摩擦力的影響。

圖3 驅(qū)動(dòng)輥同步回路原理圖

4 結(jié)語(yǔ)

首先，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)橛鸵号K或油液變質(zhì)造成節(jié)流閥污染物堆積是造成調(diào)速閥流量不穩(wěn)定的主要原因；其次因?yàn)轵?qū)動(dòng)輥框架與導(dǎo)軌摩擦力不均，驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器造成的偏載以及兩個(gè)液壓缸泄漏不均等情況都會(huì)造成油缸的不同步現(xiàn)象，對(duì)這些原因都需及時(shí)進(jìn)行檢修和更換，避免盲目地調(diào)節(jié)調(diào)速閥的開(kāi)口度，造成故障的排除困難。

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