厚板轧机平衡弯辊液压控制系统设计分析

【摘要】本文介绍4300 mm厚板精轧机平衡弯辊液压控制系统的设备组成及工作原理和设计计算。

【关键词】平衡弯辊；工作辊窜辊；轧机

0.前言

近年来，随着我国工业的飞速发展，用户在对厚扳需求量越来越大的同时，对厚板的质量要求也越来越高。。液压弯辊是目前使用最为广泛的一种板形控制手段，通过向工作辊或支承辊颈施加液压弯辊力，使轧辊产生附加弯曲变形，从而改变轧机承载辊缝的形状和轧后带材沿横向的分布，由此达到控制带材板形的目的。正因如此，液压弯辊系统已是现代厚板轧机的重要组成部分。工艺要求轧制过程中弯辊力的变化既要平稳又要有一定的快速响应性，弯辊和平衡之间的转换要平滑过渡，不应有冲击现象。本文将结合莱钢4300mm生产线的液压弯辊系统，介绍其组成和主要参数的计算及液压系统的设计方法。

1.主要工作原理及系统组成

液压平衡弯辊系统的主要设备由一套以计算机、检测元件为主的控制装置和以一套液压系统、液压伺服缸为主的执行机构组成。机架配有4套平衡弯辊缸，在每个压上缸的活塞侧和活塞杆侧均配有压力传感器，检测压上缸两侧的工作压力，从而得出弯辊力根据轧机机架的结构和轧机窜辊需要，我们首先确定了油缸尺寸和结构形式。在每个支承辊轴承座内，装有两个镶块，每个镶块内有两个上工作辊弯辊缸，共八个上工作弯辊缸（Ф260/Ф180）都装在支承辊的轴承座内。在每个牌坊窗口内，装有两个镶块，每个镶块内有两个下工作辊弯辊缸，共八个下工作辊平衡弯辊缸安装在每个牌坊窗口内。

2.液压伺服系统静态参数的计算及控制方式的确定

2.1平衡力的确定

为了有效地消除各部间隙，轧辊平衡缸的推力要略大于所需平衡的重力，即需要有一定的过平衡。通常：

F/W =f （1）

式中 F——平衡液压缸的实际推力，F=ηT

T——平衡液压缸的理论推力

η——液压缸效率，取η=0.8～0.9

W—— 所需平衡的重量

f——过平衡系数，一般取 f=1.1～1.4

W=工作辊重量+支承辊重量=78T+165T=243T

通过计算可得P1≈11Mpa

此计算为轧钢状态下所需要的平衡力。但是精轧轧机具有窜辊功能，如果要实现窜辊状态，平衡力不能过平衡，此时压力应为70bar。因此我们在设计液压系统回路时考虑以上因素设计的原理图（共有四组组成）如上图所示。

2.2工作辊平衡弯辊缸的控制

2.2.1平衡时有三种情况（选择开关“控制”位）

①平衡一轧制位： 电磁铁YVH1.11得电、电磁铁YVH1.12得电，YVH4.11处于工作状态，此时调整平衡压力为110bar。

②平衡——工作辊换辊位：电磁铁YVH1.11失电、电磁铁YVH1.12得电，YVH2.13a位脉冲得电，YVH4.11处于非工作状态，此时调整平衡压力为70bar，通过工作辊平衡力使两工作辊分开，加垫块。然后电磁铁YVH1.11失电、电磁铁YVH1.12得电，YVH2.13b位脉冲得电，YVH4.11处于非工作状态，再把弯辊缸组的无杆腔全部接回油，有杆腔则通以低压油，使所有缸的活塞杆缩回。

③平衡——工作辊窜辊位：电磁铁YVH1.11失电、电磁铁YVH1.12得电，YVH2.13a位脉冲得电，YVH4.11处于非工作状态，此时调整平衡压力为70bar，然后进行窜辊。

2.2.2弯辊有两种方式

①方式1：同平衡一轧制位一样控制，伺服阀一组投入运行，此时，两个伺服阀与相应压力传感器形成闭环控制，使弯辊力达到绐定值。

②方式2：同平衡一轧制位一样控制，伺服阀两组投入运行，此时，两个伺服阀与相应压力传感器形成闭环控制，使弯辊力达到绐定值。

2.2.3轧机停车的要求

轧机的速度很高，支承辊和工作辊的转动惯量相差很大，轧机停车过程中容易造成工作辊和支承辊之间的相对滑动，引起轧辊表面划伤，为了防止相对滑动，当轧机有停车指令时，工作辊弯辊应马上转为平衡状态，使工作辊和支承辊压紧。

2.3大量采用插装阀结构

与采用常规通用液压阀的回路相比有如下优点：

①插装阀通流能力大，压力损失小，平衡系统过平衡系数易保证。

②插装阀易于采用叠加形式，阀组体积小、重量轻，阀块简单。

③插装阀回路的控制简单，维护方便。

④插装阀是锥阀结构，与通用型阀的滑阀式结构相比泄漏量小。

3.结束语

液压弯辊电液伺服控制系统融合了机械、电子、液压以及控制理论和计算机技术，是一个典型的高精度位置-力伺服控制系统。 由于在设计阶段已特别注意到液压设备的设计及控制方式的选择，因此在调试及生产过程中少走了不少弯路。实践证明该系统具有响应快、超调量小、精确度较高、简便实用、动态性能好、易维护等优点。

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