双缸式结晶器液压振动装置位置精度控制.pdf

Hy d r a ul i c s Pn e uma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 1 1 ．201 0 双缸式结晶器液压振动装置位置精度控制 付 强 日照钢铁 有 限公 司第 二炼 钢厂 ， 山东 日照2 7 6 8 0 6 摘要 本文结 合现场维 护实 践 ， 对板坯连 铸机结晶器双缸液压振动装置 控制精度 影响因素进行 了分析 ， 并 根据实践经验总结 了提高 结晶器液压振 动装置位置控制精度的有效方法。 关键词 液压振 动装 置 精度控制 中图分类 号 T H1 3 7 ． 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 l 1 0 0 4 9 0 3 Co nt r o l o f Po s i t i o n Pr e c i s i o n o f Two c y l i n d e r M o u l d Hyd r a u l i c Vi b r a t i n g D e v i c e F U Q i a g T h e S e c o n d P l a n t o f R i z h a o S t e e l C o ． ，L t d ，R i z h a o ，2 7 6 8 0 6 C h i n a Ab c t r a c t b a s e d o n ma i n t e n a n c e o f s l a b e a s t e r ． c o n t r o l a e e u r a e y f a c t o r s a f f e c t i n g t h e t w o - c y l i n d e r mo u l d h y d r a u l i c v i b r a t i o n d e v i c e a r e a n a l y z e d ， a n d a c c o r d i n g t o t h e p r a c t i c a l e x p e r i e n c e， e f f e c t i v e me t h o d s f o r i mp r o v i n g p o s i t i o n c o n t r o l a c c u r a c y o f mo u l d h y d r a u l i c v i b r a t i n g de v i c e a r e s umma r i z e d． Ke y W o r d s hy d r a ul i c v i b r a t i o n d e v i c e； a cc ur a c y c o n t r o l ； O 引言 结 晶器 振 动装 置 可 以有 效 防止 拉 坯 时铸 坯 与结 晶 器粘结 ， 大量减少漏钢事故发生 ， 提高钢坯质量 ， 是现 代连续铸钢生产过程 中的不可缺少的核心设备 。好的 结晶器振动装置不但可以提高铸坯产量 。而且可以使 铸坯质 量有 明显 改 善 。结 晶器 在振 动 过程 中 ， 当 向上 运 动时 ． 新生的坯壳会受到拉力而破裂 ， 使铸坯表面出现 裂痕 ； 反 之 ， 当其 向下 运动 时 ， 坯 壳 受 到挤 压 ， 上 升过 程 中形成 的裂 痕将 得 到愈 合 。因此 ， 理想 的结 晶 器运 动应 向上速度 比下降速度慢 。 即负滑脱要长 ， 这样既可以在 上行过程中一定程度上减轻结晶器运动对坯壳产生的 拉力 ， 较 多 融入 保 护渣 提 高 润滑 效 果减 少 拉 坯 阻力 ， 又 可以在下行过程中提高结晶器对坯壳压力促使坯壳更 好地 愈合 。而传 统 的 机械 振 动装 置 产 生 的振 动 曲线 为 正弦波 ， 其上升与下降时间基本相等 ， 不具备负滑脱时 间长的特点。为了获得符合条件的振动曲线 ， 行业专家 经过 多 年研 究 和不 断 创 新 ，在 近 几年 内开发 了结 晶器 液压 振 动装 置 。液 压 振 动装 置 可 以实 时控 制 结 晶 器振 动波 形 ． 方便 地 获得 理 想 的结 晶器 运 动 曲线 ， 同时运 动 平稳 ， 控制精度高 ， 维护简单 ， 并 可大 幅提高铸坯拉速 和表面质量 ， 较机械振动相比具有无 可比拟的优点 ， 因 此 得到 日益 广泛 的应 用 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 2 作者 简介 付强 1 9 7 2 一 ， 男 ， 毕业于太 原理工大学机 械工程 系流体传 动 与控制专业 ， 现从事液压设备维护工作 。 1 基本 原理 连 铸机 结 晶器 振 动装 置包 括振 动 台 、液 压 控制 装 置 各为 2套 和 自动控制装置部分。结晶器液压振动 控制框图． 如图 1所示。 图 1 结 晶 器 液 压 振 动 装 置 控 制 框 图 工艺人员根据产品及工艺参数确定振动波形后 ， 由计 算 机 专业 人 员 编制 程 序 ，驱 动波 形 发 生器 生 成相 应 的波 形信 号 此 波形 信 号与 P L C根 据位 置反 馈 信号 计算得 出的补偿信号叠加 ， 产生叠加信号接伺服 阀； 生 产 时 ， 伺 服 阀通 入 清 洁 、 压 力 稳 定 接 近 2 1 M P a ， 温 度 恒 定 4 0 ～ 4 5 o C 的液压 油 时伺 服 阀会 产 生 的流 量 输 出 ， 驱 动 振 动 缸 带 动 振 动 台 及 结 晶器 产 生 相 应 波 形 的 振 动 49 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 0年 第 1 1期 2 影响双缸式液压振动位置控制精度 的 因素分析及控制措施 双 缸式 液压 振动 装 置 的同步 精度 ，使 用后 期反 馈 及 同步 调整 只能 起到 微 调作用 。调整 量仅 占独 立调 节 回路的 l 5 ％。如果液压振动装置两侧同步误差较大 ， 只 依靠系统的同步控制 回路是无法调整的。因此 ， 要确保 液压振动装置有较好的同步精度 ，我们应尽可能确保 装置每个闭环 回路的参数尽可能一致 ，都具有良好 的 控制精度。 2 ． 1 伺服 阀对液压 振动装 置位 置控 制精度 的影响 伺服阀对液压振动装置精度的影响很大。图 2为 D 6 6 1系列伺服阀的流量一 指令信号曲线。由曲线可 以 看出流量一 指令信号接近线性关系 ， 但其存在一定 的零 偏 ． 且指令信号接近全开时存在一定的失真 ， 这都对双 缸 式液压 振 动装 置有 较大影 响 。虽 然 ， 目前 通过 电气 系 统和一定的算法进行补偿 ，但还是对振动装置的精度 造成 了一定影响。当伺服阀使用一段时间后 ， 内泄情况 会逐渐增大 ， 伺服阀的零位偏移也会增大 ， 流量增益会 有所衰减 ， 曲线波形变差。 图 3 ， 图 4所示为伺服阀磨损 前后振动曲线的变化。尤其 当两侧伺服阀磨损量不一 致时 ． 会很大程度损害液压振动装置的位置控制精度 ， 使系统工作失常。在现实工作中， 我单位也出现过伺服 阀两侧 磨损 量影 响 振动 装置 精度 ，导 致 系统 同步 误差 较大的故障。由于伺服阀流量增益出现差别， 所以系统 输出存在较大的同步误差， 严重影响了系统的使用。为 了解决此项问题 ， 我们将伺服阀建立 了档案 ， 按照出厂 编号成对使用 ， 两伺服 阀同时上线 ， 下线 ， 同时检测维 修， 确保其具有相同的性能。 同时， 使用一年后的伺服阀 及时安排下线， 送生产厂家清洗检测 ， 更换易损件 ， 确保 其具有良好的流量增益及响应速度等性能。 _ J 当 IN 6 o ／ m ’ 叫 A ● T b ● 个 I 则黼使f } j 另一个l wit h ， 卜 J 标准的网油r I 、 _ I f P t eA ， 一 ／ ／ ／ ／ ／ ／ 一 ／ l，／ ／ ． 。／ ／ ＼ y 、 ． ／＼ ／ ～D ／ ， ， ／ ，／ ／／ ／ ／ 。 ／ 5 0 图 2 伺服阀 D 6 6 1系列信号一 流量增益曲线 一 ／ ＼ ／ I 图 3 伺服阀正常时振动起始段液压缸位置曲线 一 、八一 V ＼ 图 4伺 服 阀 磨 损 后 璇动 起 始 段 敞 压缸 位 置 曲 线 2 ． 2 液压 系统供油对液压振动精度的影响 根据伺服 阀的使用说明书，伺服阀所给定流量增 益曲线为液压系统输入压力为 2 1 MP a 时的曲线。通常 设计伺服系统时． 阀的工况也是按照 2 1 MP a 确定的。 在 实 际使用 过程 中 ． 如果 系统实 施压 力远小 于 2 1 MP a时 ， 将造成伺服阀瞬间供给流量不足，液压缸压力响应滞 后， 进而影响液压振动装置的同步精度。我厂就曾经出 现过 由于液压泵内部磨损严重液压系统振动时压降过 大 ． 供油压力不足 ， 液压振动装置的同步精度变差的情 况。更换液压泵后 ， 系统恢复正常。 图 5为液压振动装置液压原理示意图。图中蓄能 器起到吸收流量脉动 。提高伺服液压缸开始动作时的 响应速度 ， 防止油液中混入空气 的作用 空气含量不能 超过 2 ％～ 3 ％ 。当蓄能器充气压力低或皮囊破损时， 系 统就会失去上述作用 ， 振动装置稳定性变差， 响应速度 降低， 影响系统的控制精度， 使装置同步性能变坏。 图中 提供了各蓄能器充气压力的参考值。 建议经常对蓄能器 压力 进行检 测 ， 当蓄 能器充气 压力低 于规定 8 0 ％时及 时 给蓄能器补充氮气 ， 以确保系统具有 良好的性能。 图 5 液压振动装置液压原理示意图 簧 4件 及结晶器冷却水路 图中未示 组成。振动液压 缸安装 在振动 台上 ， 与振动 台用连 杆相连 。 板簧及螺 旋簧 对结晶器起导向定位和蓄能作用。 实践证明， 为了确保系 、统的位置控制精度 ， 在使用中， 要注意板簧与螺旋弹簧的 弹性 系数应 尽可能一 致 ，液压缸 与振动 台连接部位必 须 可靠 紧 固 ， 连杆 、 浮动框 架 等必须 有相 同 的结构 与质量 。 否则 ， 系统同步性能会变差， 位置控制精度降低。 系统液压油的清洁度也会对系统控制精度造成很 大影响， 根据 MO OG伺服阀的使用说明书 ， 要求油品清 洁度最低不能超过 I S O 4 4 0 6 1 6 ／ 1 3 N A 5 1 6 3 8 7级 ． 正 常使 用 应 在 I S O 4 4 0 6 1 4 ／ 1 1 N A S 1 6 3 8 5级 。在 生 产 过程 中 ， 如 果油 液 发生 污 染 ， 会 造成 阀芯摩 擦 阻力 增 大， 加速阀磨损甚至失效 ， 系统动态响应 特性 变坏 ， 控 制精度降低 ， 严重时会 导致伺服阀失控。这样的案例 ， 在 我厂也 出 现过 。影 响油 品清洁 度 的因素 很多 ， 对 于设 计 比较 完 善 的系 统 ，除 了应 注 意 过滤 器 滤芯 阻塞情 况 并 及 时更换 外 ， 还 应确 保 系 统 密封 性 ， 对 泄漏 现 象及 时 处 理 ， 油箱 人 孔及 其他 盖板 应保 持 封 闭 油箱 用 空气 滤 清 器 呼吸 。此 外 。 还 应 十分 注 意检 修 及 维护 过 程 的二 次污染。在实际工作中， 可以在每次振动装置检修后都 对系统进行循环过滤 ． 并对油品清洁度进行检测 ， 当达 到清洁度要求方可安装伺服阀进行系统调试。其三 ， 系 统 加油 必须 经 过 三级 过 滤 ， 当使 用 加油 车 时 ， 除 小 车必 须 有 吸油粗 滤 ， 出油精 滤 外 ， 进 入 系统 也 必须 通 过 过滤 器 。此外 ， 系统还 应设 置循 环过 滤装 置 、 回油过 滤装 置 ， 对系统工作介质进行实时过滤以提高系统油 品的清洁 度 。通过 以上 措施 ， 我们 基本 上 可 以有效 避免 因液 压油 清洁度差引起的设备事故 ， 延长伺服阀使用寿命 ， 确保 系统 的控 制 精度 。 2 ． 3振 动液压 缸对 系统 精度 的影 响 振动液压缸是特殊设计 的液压缸 ，其起动力很小 不大于 0 ． 2 MP a ，它和电液伺服阀以及位移传感器组 装在一起构成伺服缸 ，在伺服系统控制装置的作用下 将 电压指令信号转换成带位移闭环反馈液压缸位移输 出 。对 于双缸 式结 晶器 液压 振 动装置 来说 ， 伺 服缸 对振 动 精度 的影 响主要 有 以下情 况 f 1 振 动 液压 缸非 同一 厂 家 或 者是 同 一 厂家 不 同 批次的产品， 因其 内部结构存在差异 ， 缸的摩擦阻力与 内泄漏 量 不 同 ， 所 以响应 速 度 也不 相 同 ， 造成 两个 伺 服 缸在生产过程中同步精度较差 。 2 一 侧 振 动 液 压 缸 发 生 泄 漏 ， 存 在 较 大 压 降 ， 所 以单侧 流 量输 出 出现 较 大 变化 ，造成 两 个伺 服缸 同 步 精 度较 差 。在实 际使用 过程 中 ， 上述 两种 情况 我们 都 曾 遇 到 过 。为此 ， 我们 在 使用 时 ， 振 动 台两 侧 相 互配 对 的 液 压缸 使 用 同一 厂 家结 构 相 同的 产 品 ，且 时 刻关 注 液 压 缸渗 漏情 况 ， 对 发 生 泄漏 液压 缸 及 时下 线 ， 并 定 期 更 换 液压缸 密 封 。通 过上 述方 法 ， 我们 很好 地避 免 了 因为 振 动液压 缸 导致 系统 同步精 度 不高 的 问题 。 2 ． 4振动 台对 系统 精度 的 影响 双缸 式结 晶器 液压振 动装置振 动台结构 原理如 图 6 所示 ． 振动 台 由固定框 架 、 浮动框 架 、 螺 栓 弹簧 2件 、 板 图 6液 压 振 动 台结 构 腺 理 图 2 ． 5 电气 控制 系统 对控 制精 度 的影响 电气控制系统对控制精度的影 响主要有以下几方面 1 输入信号的精度 ， 即输入信号与期望信号之间 的差 异 。 2 伺服阀的零位飘移的调整。 3 位移反馈信号滞后的对系统影响。目前， 通过对 液压 振动装 置 电气控 制 系统不 断优 化 ． 只要按 照系 统使 用说 明书正 确操 作和 调整 ． 基本 能够将 振 动装置 精度 控 制在 比较好 的 范围 内。 3 结束语 随着 冶金 工 业技 术 的 不断 进步 ，双缸 式结 晶器 液 压振 动装 置在 我 国冶金 工 业企 业 得到 越 来越 广 泛 的应 用。我厂通过实践 ， 得 出了控制双缸式液压振动装置位 置精度 的控制方法 ，为板坯生产优质高校运行提供 了 重要 的保 证 。 参 考 文 献 【 1 】 黄 志坚等． 板坯 连铸 机液压振动原理 与实例【 J 1 ． 液压与气动 ， 1 9 9 9 4 ． 【 2 ] 姚 良庭等 ． 板坯连铸机液压振动台故 障的诊断 【 J J ． 液压 与 气 动 ． 2 0 0 2 1 0 ． [ 3 ] 王春行． 液压伺服控制系统[ M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 7 ． 【 4 】 李 佐 军 ． 结 晶 器 液 压 振 动 系 统 及其 控 制 方 法 【 J 1 ． 孝 感 学 院 学 报 ， 2 0 01 6 ． 【 5 】 蔡云生等 ． 电液伺服 系统油液 中气泡的危害和预防措施 [ J 】 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 4 5 ． 51