一种轧机轧辊液压平衡系统的分析及改进.pdf

2 0 1 5年 4月 第 4 3卷 第 8 期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAU 『 L I CS Ap r ． 2 0 1 5 Vo 1 ． 43 No ． 8 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 8 ． 0 2 7 一 种轧机轧辊液压平衡 系统的分析及改进 曹毅 中冶赛迪工程技术股份有 限公 司流体 系统部 ，重庆 4 0 0 0 1 3 摘要轧辊液压平衡装置普遍应用于各种轧机。以某种引进的新型轧机为例，分析其轧辊液压平衡系统的工作原理和 性能特点 ，并结合国内现状对其进行了相应改进，使其更加适合国内钢铁行业的现状。 关键词 两辊可逆式轧机 ；轧辊液 压平衡系统 ；压力控制 ；位 置控 制 中图分 类号 T G 3 3 3 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 8 - 0 7 9 - 3 An a l y s i s a nd I mpr o v e me nt f o r Hy dr a u l i c Ba l a nc e S y s t e m o f Ro l l i n g M i l l CA0 Yi F l u i d s S y s t e m D e p a r t m e n t ，C I S D I E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 1 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c b a l a n c e s y s t e m i s wi d e l y u s e d i n v a rio u s mi l l s ． T a k i n g a n i n t r o d u c e d n e w t y p e r o l l i n g mi l l a s e x a mp l e，t h e p rin c i p l e a n d p e r f o r ma n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f i t s h y d r a u l i c b ala n c e s y s t e m w e r e a n a l y z e d ．C o mb i n i n g t h e d o me s t i c s i t u a t i o n，i t wa s i m p r o v e d，ma k i ng i t mo r e s u i t a b l e f o r p r e s e nt s i t ua t i o n o f t he d o me s t i c s t e e l i n d us t r y． Ke y wo r d s T w o r o l l e r r e v e r s i b l e r o l l i n g mi l l ；Hy d r a u l i c b a l a n c e s y s t e m f o r r o l l e r ；P r e s s u r e c o n t r o l ；Po s i t i o n c o n t r o l 轧辊 平衡 装置主要用来平衡轧辊及 轴承座等装配 的重力 ，以消除 由于轧辊 、轴承座与 压下 螺丝之间以 及 压下螺丝与压下螺母之 间存 在间隙所造成的轧辊咬 入 轧件时产 生 的 冲击 。轧辊 平衡 装 置 主要 有 弹簧 平 衡 、重锤平衡和液压平衡 3 种方式。液压平衡装置因 具有机械结构紧凑、工作平稳 、速度响应快、操作和 拆卸方便等特点，得到广泛的应用。 文中 以某厂大型型钢生产 线引进的某种大型两辊 可逆式 开坯 机 为例 ，介绍 一 种新 型 轧辊 液 压平 衡 系 统 ，并根 据 国内实际情况对其进行相 应的改进 。 l 轧机原有轧辊液压平衡 系统分析 1 ． 1 原有轧辊液压平衡 系统工作原理 由于各类轧机具有各 自的特点 ，而液压系统 的设 计也应体现这些特点，所以要想全面了解此种轧辊液 压平衡 系统的工作原理及特点 就必 须首先对该轧机 的 机械结构 进行分析 。 图 1 为该种 两辊可逆式轧机立面示 意图 ．图 2为 该种两辊 可逆式轧机 AA断面示意 图。该 种轧机 上 工作辊平衡装置 7在传动侧和操作侧各有一个双作用 双活塞杆油缸，分别垂直安装在轧机牌坊 1 中传动侧 和操作侧 牌坊 的外部 ，两侧油 缸下部活塞杆通过一个 框架 式的横梁连接起来 ．上工作 辊 2 ． 2挂在这个 框架 式 的横梁 上 。随着整个上工作辊平衡 装置 7上升或下 降。工作 辊 2的辊缝通过 电动压下装 置 5 驱动上 工作 辊 2 ． 2上下调整 。 1 一轧机牌坊 卜 工作辊 2 ． 1 一 下工 作辊2 ． 2 一 上工作辊 5 _ - 电动压下装置 5 ． 1 一 电动压下装置传动 电动机5 ． 2 _ 一压下涡轮蜗杆、丝杆及螺母 5 ． 3 一制 动 器5 ． 4 一 离合 器 6 一 防 轧卡 液压 缸7 一 上 工 作辊 平衡 装 置 8 一主传动装置 8 ． 1 一主电机 8 ． 卜 减速机组 8 ． 3 一 主传动轴 9 一接 轴 托架1 O 一换辊 装置 1 O ． 1 一换 辊横移装 置l 0 ． 卜 换辊推拉 装置 图 1 两辊可逆式轧机立面示意图 1 一 轧机 牌坊 2 ． 1 -- 下工 作辊 2 ． 2 一 上工 作辊 3 一 工作 辊锁 紧 装置 4 ． 工作 辊轴 移 装置 5 _ -电动压 下装 置 6 一 防 轧卡 液压 缸 7 -- 上 工作 辊平 衡装 置 图 2 两辊可逆式 轧机 一A断面示 意图 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 0 6 作者简介曹毅 1 9 8 0 一 ，男 ，工学硕士，工程师，主要从事流体传动与控制技术的设计研究工作。E - m a i l Y i ． C a o c i s d i ． c o rn． c ao 8 0 机床 与液压 第 4 3卷 由于上工作 辊 2 ． 2挂在 上工作 辊平衡 装 置 7上 ． 所以辊缝调整时上工作 辊平衡 装置要 一起 随动。 接下来将轧机机械结构特 点和轧辊液压平衡控制 回路结合起来分析轧辊 液压平衡 系统 的工作原理 。由 于轧机机械结构特点决 定了轧辊液压平衡 系统传动侧 和操作侧液压缸的控制既是相对独立的又是紧密关联 的 ，所以以单侧 液压控制 回路 为例 见 图 3 。 n ’ l A 甲 6 6 p T X I V l r r l 8 酗 蟠 j x L l 7 L l _ f 瓤 J 岬 L 一_Pr阻 一 一 T 罐 1 一 压 力 传 感 器 卜两 频 响 比例 方 向 网 3 一 三 通 减 压 网 4 一 两 位 电磁铁 换 向 阀 5 一三 位 电磁铁 换 向 阀 6 一 调速 阀 7 一 液 控单 向阀 8 一 安 全 阀9 一 位 移传 感器 图 3 轧辊液压平衡控制回路 如图 3所示 ，每侧平衡液压缸内装有位 移传感 器 用 于采集液压缸 活塞及活塞杆 的位置 以此来 间接监控 上工作辊装配 和上工作辊平衡装置 的位置变化 ；每侧 液压缸下有杆腔装有压力传感器 1 用于采集平衡 工作 腔的压力以此监控上工作辊平衡力．它与高频响比例 方 向阀 2形成一个压力闭环控制 每侧 液压 缸上有 杆 腔由一个三通减压阀 3和一个两位 电磁换向阀 4控 制 ，提供一个设定好的背压。 1 当整个系统进行平衡动作时，高频响比例 方 向阀根据设定 的平衡力与压力传感器反馈 的实际平 衡力 的差值不断调整 自身开 口度直到实际平衡力近乎 等于设定值。平衡建立后的压下和抬起由压下电机来 实现 ，两侧平衡缸随动 。 2 当换 辊 时 ，先是 上工 作辊 上升 ，此 时 ，高 频 响比例方 向阀与平衡动作时控制方式完全相 同，当 上工作辊上升到一定 的位置时 由平衡缸位置传感 器检测 ，停止上 升 ，拉动下工 作辊 ，使 上 、下工 作 辊错位到标定位置后 由换辊液压缸位移传感器检 测 ，然后上工作辊 开始下 降 ，此 时压下 电机一个 小 刚好压下为准 的 电流压下 ，高 频响 比例方 向阀处 在不工作状态 ，上有杆腔两位 电磁换 向阀 4 a 端得 电 ， 同时三位 电磁换 向阀 5 a端得 电。平衡 缸上 有杆腔 无 压 ，直到上 、下工作辊 中心距为设计要求值后 ，压 下 电机停止 压下 之后上 有杆 腔两位 电磁换 向阀 4 b端 得 电 ，上有杆腔产生设定好 的背压 ，平衡油缸以一个 小 的速度 继续 下 降 ，大约 行走 一段 距 离 靠位 移 传 感器检测 ，此时三位电磁换向阀5 a 端失电，处于中 位 机能 ，平衡油缸停 止下 降 ，人 为脱离 钩子 ，将 上 、 下工作辊拉 出轧机牌坊 。以上过程要人为调节调速阀 6 ，使操作侧和传动侧的平衡缸速度相同。 1 ． 2 原有轧辊液压平衡 系统的特点 通过对轧机轧辊平衡装置机械结构和液压控制 回 路 的分析 ，可 以发现该种轧辊液压平衡系统有以下特 点 1 传 动 侧 和操 作 侧 可 以设 置 不 同 的平 衡 力 ， 并 能根据轧辊 的不 同随意调整设平衡力 2 可 以和换辊装置配合实现 自动快速换辊 3 可 以随意调 整压 下 电机 的匹 配速 度 ．跟 随 性好 ； 原液压控制回路的设计充分体现了该种轧机轧辊 平衡装置 的结构特点 ，而且很好地满足了设 备工艺 要 求 、 自动化程度高 ，但其也存 在以下缺点 1 每侧平衡缸采用高频响 比例方 向阀和压力传 感器组成 的压力 闭环控制 ，此种压力闭环控制系统 电 控设计和维护难度大 ．出现故障的概率也较 大 2 两侧平衡缸还存在随动中的同步问题，特别 是在抬起过程中。两侧同步需要高频响方向阀和位移 传感器配合来完成 ，但 同步与压力闭环控制 同时实现 的匹配难度大 。 2 轧机原有轧辊液压平衡系统的改进 2 ． 1 改进后轧辊液压平衡 系统工作原理 目前 国内电控在 比例方 向阀构成的压力闭环控 制 设计上依然与国外存在很大的差距。而且目前国内钢 厂的电控维护水平也偏低。并不能很好地保证此种系 统的正常运行，这都影响了该种性能先进的大型两辊 可逆式型钢轧机在 国内的推广应用。为了改变此种 现 状 ．作者在不改变轧机机械机构的前 提下对 原有 的液 压平衡 回路进行 了相应 的改进 见图 4 。 如图4所示，每侧液压缸仍装有位移传感器用来 监控上工作辊装配和上工作辊平衡装置的位置变化； 每侧液压缸下有杆腔仍装有压力传感器用于采集平 衡 工作 腔 的压 力 以此监 控 上工 作辊 平衡 力 每侧 上有 杆 腔仍 然 由一 个三通 减压 阀 2和一 个 两位 电磁 换 向 阀 3 控制，提供一个设定好的背压 。每侧平衡液压 缸下 有杆腔 改 由三通 比例 减 压 阀 4来控 制该 腔 的平 衡 力 ，而两侧 液压 缸 同步改 由带 整 流板 的 调速 阀 6 来 实现 。 第 8期 曹毅一种轧机轧辊液压平衡系统的分析及改进 8 l l 一 压 力 传 感 器 2 一 三 通 减 压 阀 3 一 两 位 电 磁 铁 抉 向 阀 4 _三通比例减压阀 5 _ _ 两位单电磁铁换向阀 6 _ - 带整流板的调速阀 7 _ _ 液控单向阀8 _ _ 安全阀 位移传感器 图 4 改进后 的轧辊液压平 衡控制 回路 改进后当整个系统进行平衡动作时，由于改换的 三通 比例 减压阀本身输 出压力 。其输入 信号与输 出压 力直接成 线性 比例 ，所 以三通 比例减压 阀不再 需要和 压力传感 器 1 构 成压力闭环控制 ，只需输入与设定 平 衡力相对 应的输入信号就可 以使 下有杆 腔的实际平衡 力达到设定值。平衡过程中压力传感器只起到监控作 用而不再 直接参与控制 。 当平 衡建立后 电机压下 和抬起 时 ．两侧 平衡缸随 动 时的同步是通过调节带整流板 的调速 阀来 实现 ．而 且轧辊平衡装 置随动速度与 电机压下 和抬起速度 的匹 配也是通 过调节该带整流板 的调速 阀来 实现。 2 ． 2改进后轧辊液压平衡 系统的特点 由以上分 析可 以发现改 进后 的液压控制 系统仍 体现了该轧机机械结构特点 。这一点是和原有液压控 制系统一致 的 ，但它也具有 以下特 点 _r t t t Ir t 1 由比例 减压 阀替 换 比例换 向阀来实 现 压力 控制 更加简单便捷 ，不再需要采用压力 闭环控制 ，电 控系统设计 更加简单 ，调试维护也更加简便 ； 2 两侧液压缸 的同步采用带整流板调速 阀来 实 现 ，而压力 由三通 比例减压 阀来实现 ，从而将压力控 制和同步控制隔离开 ，更易于 电控 系统 的设计 ，使现 场调试的工作更加简单 。而且 日常使用 的可靠性也大 大提高。但 是 改进 后 的液 压控 制 系统 也存 在 以下 缺 陷 由于采用调速阀来实现两侧液压缸 的同步 和与压 下电机速度匹配问题 。每次调整速度只能靠人工手动 调节 两侧的调速 阀，比较麻烦 。 3 结论 通过对原轧辊液压平衡系统和改进后轧辊液压平 衡 系统工作原理 、性能特点 的分析可得 出如下结论 1 液压控制系统 的设计及改进要充分体现其 机械结构特点才是正确而理想 的设计 2 改进的液压平衡控制系统在达到原有 系统技 术特点和要求的同时。大大降低了电控设计、调试及 日常维护的难度，更加贴近国内钢铁行业 的基本现 状 。 目前该改进后的液压控制系统 已经在 国内一些钢 厂得 到实际应用 ，取得 了很好 的效果 ，对提高我 国型 钢生产水平起到一定 的促进作用 。 参考文献 [ 1 ]沈茂盛． 型钢生产知识问答 [ M] ． 北京 冶金工业出版 社 ， 2 0 0 3 8 2 - 8 3 ． [ 2 ]王爱军． 车 L 辊平衡液压 回路的改进设计 [ J ] ． 河北冶金， 2 0 0 6 2 3 7 - 3 9 ． [ 3 ]路甬祥， 胡大工． 电液比例控制技术 [ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ． 1 9 8 8 ． [ 4 ]张树英． 轧辊平衡液压回路 的设计改进 [ J ] ． 液压与气 动 ， 2 0 0 7 9 7 2 7 4 ． 机器人产业大军全面出击 人工智能前景广阔 4月 2 2日召开的人工智能与服务型机器人论坛上，来 自北京市科委、中国机器人产业联盟的相关领导透露 。我国 将加快推动发展人工智能，加快国产机器人产业的发展，提升竞争力扩大市场份额。 据北 京市科 委万荣 处长介绍 ，各地都在加快发展智能机器人产业 。如北 京正在起草制 定推动北 京智能 机器人工作 意见的征求意见稿 ，2个月内这个意见稿将向社会发布，未来还将加大政府采购力度。市场对机器人有巨大的需求， 并在 助老 助残 、公 共安全 、医疗 卫生 、家政娱乐领域已经形成产 品应用 。上海 、沈 阳 、昆山等 多地 建设 了机器人产业 园区。同时中国已成为全球第一大工业机器人市场，未来发展潜力巨大。 据专业机构预测 ，2 0 1 5年工业机器人的产业规模有望超过万亿 ，智能制造及智能化设备的行业前景乐观。长期来 看 ，未来这一行业仍将保持高增长态势，产业爆发将是大概率事件。 机器人产业也 是国家重点布局 、推动发展的 “ 十三五”新兴产业 之一 。未来有 望在核心技术取 得突破性进 展 ，医 疗机器人、家用机器人等部分服务机器人实现产业化，培育出 2 3家年产千万台以上、产值规模超过百亿、具有国际 竞争力 的龙头企业 ，打造出 5 8个机器人配套产业集群 ，并在人机共融 的新一代机器人样机研制取得突破。 内容来源 互联 网 圣 _