液壓伺服閥技術(shù)在連鑄機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡 波

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司制造部，山西 太原 030003）

1 連鑄機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)概述

現(xiàn)階段小方坯連鑄機(jī)使用的結(jié)晶器振動(dòng)曲線都以非正弦規(guī)律振動(dòng)為主，而非正弦振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置主要以變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式、液壓缸驅(qū)動(dòng)的液壓式和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)式。液壓伺服控制的液壓缸驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)字控制非正弦振動(dòng)。如圖1中的實(shí)線所示，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器和鋼坯二者之間存在負(fù)滑動(dòng)；速度曲線按照正弦規(guī)律變化，加速度曲線按照余弦變化。

圖1 正弦及非正弦規(guī)律曲線

液壓伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)：液壓伺服系統(tǒng)在結(jié)晶器振動(dòng)中所占的體積小，功率大、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；液壓伺服系統(tǒng)一般都應(yīng)用于高精度的設(shè)備上，采用進(jìn)口設(shè)備，保證了運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性；液壓伺服系統(tǒng)控制由計(jì)算機(jī)程序和PLC相結(jié)合實(shí)時(shí)控制。

2 液壓原理

液壓結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，原理如圖3所示，振動(dòng)信號由曲線生成器生成控制信號，通過伺服閥控制，曲線生成器由電腦通過PLC設(shè)定振動(dòng)曲線（振幅和頻率）。液壓缸反饋的壓力和位置信號由曲線生成器來修正參數(shù)，修正后的信號來控制伺服閥。只要改變曲線生成器的相關(guān)參數(shù)便可改變振動(dòng)的參數(shù)，伺服閥便可控制液壓缸按照設(shè)定的曲線進(jìn)行振動(dòng)。

圖2 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 液壓系統(tǒng)原理圖

3 設(shè)備構(gòu)成

1）振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備組成。振動(dòng)臺架、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、設(shè)備本體配管。振動(dòng)臺架由固定架、活動(dòng)架、底座、上連桿、下連桿、軸承、銷軸等組成；液壓驅(qū)動(dòng)裝置由伺服缸、伺服閥、傳感器等組成。

2）振動(dòng)曲線。正弦或非正弦，在線可調(diào)；振幅：0～6 mm，在線可調(diào)；振頻：30～300次/min，在線可調(diào)；偏白：≤0.15 mm；伺服缸：Φ80 mm/Φ50 mm；伺服閥：MOOG；傳感器：MTS。

3）液壓系統(tǒng)設(shè)備組成。液壓泵系統(tǒng)、油箱、冷卻器、過濾器、蓄能器、閥站、管路等。液壓泵系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、恒壓變量柱塞泵（美國威格士）、防振襯墊、集油盤、彈性聯(lián)軸器、聯(lián)軸器罩組成；泵組通過減震器安裝在一個(gè)共同底座上。每臺泵的吸油管路上設(shè)有帶限位開關(guān)的蝶閥和避震喉。出油管路上設(shè)有高壓軟管、壓力過濾器、單向閥、調(diào)壓閥塊、壓力表和球閥等。油箱采用不銹鋼矩形油箱，內(nèi)分吸油區(qū)和回油區(qū)，均配有檢修孔；帶隔板或隔網(wǎng)、油溫計(jì)、液位指示器、電加熱器、空氣濾清器、取樣、排污閥等。每個(gè)閥站由集成塊底座、集成塊、控制閥、閥架等組成。

4）油箱容積。3.5 m3，材質(zhì)不銹鋼，最高工作溫度：≤55℃；工作介質(zhì)：多元醇脂聚酯阻燃液壓油；恒壓變量柱塞泵：125 mL/r（122.5 L/min），3臺，2用1備，工作壓力：21 MPa；電機(jī)：55 kW，980 r/min；循環(huán)泵：190 mL/r（273.6 L/min），2臺 工作壓力：1 MPa；電機(jī)：7.5 kW；電加熱器：2 kW；過濾器：油液清潔度6級；冷卻器：列管式換熱器16M-ZZ 16 m3。

4 安裝要求

液壓伺服系統(tǒng)對液壓油清潔度要求較高，需達(dá)到NAS6級，本文主要介紹NAS6級液壓油過濾方法和結(jié)晶器與振動(dòng)架的安裝要求，其他設(shè)備不再贅述。國產(chǎn)46號液壓油一般為NAS10級，無法滿足伺服系統(tǒng)需求，進(jìn)口NAS6級液壓油成本太高，因此選用現(xiàn)場過濾方式，將NAS10的國產(chǎn)新油過濾至NAS6級，具體方法如下。

4.1 液壓站內(nèi)液壓油的循環(huán)過濾

準(zhǔn)備1 000 L的循環(huán)泵1臺，1 000 L的過濾器10套（配10μm濾芯），濾芯20個(gè)（5μm/3μm各10個(gè)）。

1）先用20μm的濾芯打循環(huán)1 d，中間取油樣進(jìn)行檢測2～3次，若沒有達(dá)到NAS9級，繼續(xù)打循環(huán)，直到達(dá)到為止。

2）達(dá)到NAS9級后，過濾器換5μm的濾芯繼續(xù)打循環(huán)1～2 d，中間取油樣進(jìn)行檢測3～5次，同上，直到油液清潔度達(dá)到7級為止。

3）達(dá)到NAS7級以后，過濾器換3μm的濾芯繼續(xù)打循環(huán)2 d，中間取油樣進(jìn)行檢測3～5次，直到油液清潔度達(dá)到NAS6級，滿足使用要求為止。

4）建議。5μm，3μm的濾芯各多備10個(gè)，當(dāng)超過計(jì)劃時(shí)間后油液清潔度仍沒有達(dá)到相應(yīng)級別，更換濾芯再繼續(xù)打循環(huán)。

4.2 配管管路吹掃和沖洗

配管完成后，與液壓站連接處、各油缸用點(diǎn)連接處斷開，通壓縮空氣吹掃（可分段吹掃），清除管路施工過程中留下的殘?jiān)?。然后將油缸用點(diǎn)通過軟管短接，用循環(huán)泵（自備油箱）沖洗1 d。

4.3 結(jié)晶器與振動(dòng)架安裝技術(shù)要求

結(jié)晶器和振動(dòng)架之間需進(jìn)行密封實(shí)驗(yàn)，用1.25 MPa的壓力水保壓15 min，檢查滲漏情況。

振動(dòng)架上表面與外弧基準(zhǔn)線保證符合表1要求，通過實(shí)驗(yàn)墊片調(diào)整振動(dòng)架使其上表面水平度誤差控制在0.2/1 000以內(nèi)。

表1 振動(dòng)架上表面與外弧基準(zhǔn)線 mm

振幅的調(diào)整使用百分表檢查結(jié)晶器內(nèi)壁的擺動(dòng)量，測量前將結(jié)晶器內(nèi)壁清理干凈，制作百分表支架固定在澆筑平臺上，將百分表指針打在結(jié)晶器內(nèi)壁，開始振動(dòng)，測量橫擺量，以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)進(jìn)行測量調(diào)整。

5 結(jié)語

小方坯結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)自2019年9月投入運(yùn)行后，具有以下功能。

1）實(shí)現(xiàn)4.3 m/min的拉速，提高坯面質(zhì)量，減少了結(jié)晶器振動(dòng)臺的設(shè)備故障和維修成本。

2）液壓伺服振動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)拉速和振動(dòng)頻率、振幅自動(dòng)連鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3）采用高振頻、小振幅，將振頻隨拉速增加而減小改為振頻隨拉速增加而增大，適應(yīng)板坯連鑄的生產(chǎn)需要。

4）采用液壓伺服振動(dòng)裝置降低了生產(chǎn)成本，減少了能源的消耗，改善了崗位工人的操作環(huán)境，減輕了操作工人的工作環(huán)境。