200轧机液压压下装置

D01I:10.13374/i.issn1001053x.1981.04.009 北京钢铁学院学报 1981年第4期 200轧机液压压下装置 治金机械教研室程建中 张忠波 摘 要 我院冶金机械实验室200轧机液压压下装置1930年4月经冶金部科技办组织技术 签定，认为系统的动、静态指标是目前国内的最先进水平，可在有关工广的板带轧 机上推广应用。本文简要介绍了该装置的工作原理，控制系统和试验结果，着重介 绍和分析了该装置的特点。 板带轧机液压压下装置是实现厚度自动控制的基本环节。它是在六十年代随着轧机速度 和对产品精度要求的提高而发展起来的一项新技术。由于它比电动压下有调节速度快、调节 精度高的特点，所以在国外己普遍被采用。我院冶金机械实验室200轧机液压压下装置于 1979年10月试验成功，性能指标达到了较高的水平。下面对该装置的工作原理，试验结果、 系统的特点作一简要的介绍和和分析。 一、 工作原理及控制系统 1.工作原理 液压压下装置是通过精确控制压下油缸柱塞的位置S来控制轧辊辊缝的。图1是液压压· 下装置工作原理示意图。 电液问服阀 给 Q 图1液压压下装置工作原理图 位置调节器综合给定信号R,油缸柱塞位置反馈信号S,输出偏差信号E,控制电液伺服 阀SV。液压油经过电液同服阀向压下油缸充油或排油。当R与-S相加为零时，E=O,伺服 阀关闭，油缸柱塞位置S保持不变，.h也维持不变。即实现了位置闭环控制(APC)。 101

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 轧机液压压下装置 冶 金 机械 教研 室 程 致 中 张忠波 摘 要 我院冶金 机械 实验 室 轧机液 压 压 下 装置 年 月经 冶金 部 科 技 办 组 织 技术 签 定 ， 认 为系统 的动 、 静态指标是 目前 国 内的最先 进水平 ， 可在有关 工 厂 的板 带轧 机上 推广 应用 。 本 文 简要介 绍 了该装 置 的工 作原 理 ， 控 制系统 和试 验 结果 ， 着重介 绍和分 析 了该装置 的特点 。 板带轧机液压压下装置是 实现厚度 自动 控 制的 基本环节 。 它是在六十年代 随 着轧机速 度 和对产品 精度要求 的提 高而发展 起来的一项 新技术 。 由于 它 比 电动压下 有调 节速 度快 、 调节 精度 高的 特 点 ， 所 以在 国 外 己普遍 被 采用 。 我 院 冶金机械 实 验 室 轧机 液 压压 下装置于 年 月 试验成功 ， 性 能指 际达 到 了较高的水平 。 下 面对 该装 置 的 工作原理 ， 试验结果 、 系统 的特 点作一 简要 的 介绍 和 和 分析 。 一 、 工 作 原理 及 控 制系统 工 作原 理 液压压下装置是通 过精确控 制压下 油缸 柱塞 的位 置 来控 制轧辊辊缝 的 。 图 是 液压压 下装置工作原理示 意 图 。 电液仙服 阀 图 液压 压 下装里 工 作原 理 图 位 置调 节器综 合 给定 信 号 ， 油 缸柱塞位 置反 馈信 号 ， 输出偏差信 号 ， 控 制电液伺服 阀 。 拥关闭 ， 液压 油经 过 电液伺服 阀向压下 油缸充油或排 油 。 当 与一 相加 为零时 ， 。 ， 伺服 油缸 柱塞位置 保持不 变 ， 也维持不 变 。 即实现 了位 置 闭环控 制 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1981．04．009

P 在调节器上，再送入随轧制压力P变化的信号K,K一轧机的刚度，系统就可以自动 补偿由轧制压力引起的轧机弹跳量。这种控制方式称压力补偿厚度自动控制(Bisra·AGC)。 如在调节器上，加其他厚度检测的控制信号，则可构成各种不同的厚度自动控制方式，如测 厚仪鉴控，予控等等。 2,液压系统 液压压下装置的液压系统由液压油源，电液伺服阀和执行机构压下油缸组成。200轧机 液压系统原理图示于图2。 P.T WV M ⊕ ( 1-油箱；2-网式过滤器；3-温度计，4-电动机，5-轴向泵，6-粉术冶金烧结 过滤器，7-单向阀，8-单向节流阀影9-压力表，10-二位二通阀，11-溢流 阀，12-冷却器，13-纸芯过滤器，14-皮囊蓄能器，15-单向阀，16-电液伺服 阀，17-溢流阀18-压力传感器，19-油缸柱塞，20-测力计，21-皮囊着能器 图2液压系统原理图 电液伺服阀是系统的关键部件，它能以极快的速度和极高的精度把电信号转变为液压动 力去操纵很大的负载一压下油缸。为了使电液同服阀正常工作，液压油源必须保证对阀供 油清洁，压力稳定。为了得到清洁的油液，除了采用密闭油箱和在油箱内设有二次网式过滤 外，在油液进入同服阀之前还经过了一次粉末冶金烧结过滤器(40微米)和二次纸芯过滤器 (10微米)。由于在同服阀的另一侧没有过滤器，因此在油缸上设有两个油孔，可在安装阀 之前，对油缸以及它到同服阀之间的一段管路充分进行冲洗，保证工作时，从油缸返回同服 阀的油液仍然是清洁的。系统中稳定油源压力的方法主要是(1)选用性能较好的溢流阀，因 为溢流阀的调节弹簧往往产生振动，引起油源压力很大波动。(2)在系统中装一个大容量 (401)的皮囊蓄能器，吸收油压的波动。 每台伺服阀前还装有一只1.8升的皮囊蓄能器，专门给伺服阀快速供油。二位二通阀是 102

在调节器上 ， 再送 入 随轧制 压力 变化 的信 号令 ， 一 轧机的 刚度 ， 系统就可 以 自动 补偿 由轧制压 力引起 的轧机弹跳量 。 这种 控 制方式称压 力补偿厚 度 自动控 制 · 。 如在调 节器上 ， 加 其他厚 度检 测的 控制信 号 ， 则可 构成各种 不 同的厚 度 自动控 制方式 ， 如测 厚仪 鉴控 ， 予控 等等 。 液压 系统 液压压下装置 的液压 系统 由液压 油源 ， 电液伺服 阀和执行机 构压下 油缸组成 。 轧机 液压 系统原理 图示 于图 。 下 一 油箱， 一 网式 过 滤器 一温 度计， 一 电动机， 一轴 向泵 一 粉末冶金 烧结 过滤器， 一 单向 阀， 一 单向节流 阀多 一压 力表 ， 一 二 位 二 通 阀， 一 溢流 阀， 一冷却 器 一 纸芯 过 滤器， 一皮囊蓄能器 一 单向 阀， 一 电液伺服 阀， 一 溢流 阀 一压 力传 感器 一 油缸柱塞 ， 一 测力计， 一皮囊蓄 能 器 图 液 压 系统 原 理 图 电液伺服阿是 系统 的关键部件 ， 它 能 以极 快的速度和极高的精度 把 电信号转变为液压 动 力去操纵很大的 负载－ 压下 油缸 。 为了使 电液伺 服 阀正常工作 ， 几 液压 油源必须 保证对 阀供 油清洁 ， 压力稳定 。 为了得 到清洁 的 油液 ， 除 了采用 密 闭油箱和在 油箱 内设有二 次网式 过滤 外 ， 在 油液进入 伺 服 阀 之前还经 过 了一次粉末冶金 烧结 过滤器 微 米 和二次纸 芯 过滤 器 。微 米 。 由于 在伺 服 阀的 另一侧没 有过滤器 ， 因此 在 油缸上设 有两个油孔 ， 可在安装 阀 之前 ， 对油缸 以及 它到伺服 阀之 间的一段管路充 分进行冲洗 ， 保证工作时 ， 从油缸返 回伺 服 阀的 油液仍 然是 清洁 的 。 系统 中稳定 油 源压力 的方 法主 要是 选用 性能较好 的 溢流 阀 ， 因 为溢流阀的调 节弹簧往往产生 振 动 ， 引起油源压力很 大 波动 。 在 系 统 中装一个大容量 的皮囊 蓄能器 ， 吸 收油压的 波动 。 每 台伺服阀前还 装有一只 升 的皮囊 蓄能器 ， 专门给 伺服 阀快速 供 油 。 二位二通 阀是

使油泵在卸荷情况下启动和停车。单向节流阀主要是在停泵时，慢慢地释放储存在蓄能器内 的油液，防止皮襄快速排空油液时产生过大的冲击力。在每个油缸的压力通道上接有安全 阀，防止超过最大轧制压力。此外，在系统中还配有温度计、冷却器、压力表等附件，保证 油温在30~10℃，监视油源，油缸和过滤器前后的压力。 油缸的顶部有一个泄油口直接接入油箱，这对柱塞缸也是完全必要的。有关油缸的其他 结构后面再介绍。 3.电控系统 200轧机电控系统总方块图示于图3。 变送器 駟 冷田 调节器 液 戴字拾 力锁定 压头 轧压 力合成 放 微宇给定 送 调节器 移 变送 图3 油缸位置给定采用数字给定，由脉冲发生器、计数器、数模转换和数码管组成。给定信 ,号一路由数码管显示，另一路经数模转换输出给位置调节器作为给定信号。对传动侧和操作 侧两油缸可给定同时升、同时降信号或一升一降的调偏信号。 位置闭环控制由位置调节器、流量补偿、功率放大器、位移变送器、电液伺服阀和油缸 组成。位置调节器综合给定信号，位置反馈信号和压力补偿信号，并将综合后的偏差信号、 近当加以校正，送给流量补偿环节，再经过功率放大，驱动电液伺服阀，完成位置闭环控 制。油缸位置信号是用差动变压器检测的。 流量补偿环节用来补偿电液伺服阀流量随压力差而变化的非线性特征，因为滑阀的流量 Q等于： Q=C。WX√。(P:-pL)凰米/秒（对油缸充油时） Q=C,WX/。pL厘米/秒（油缸卸油时） 式中，·C。一滑阀流量系数 W一一阀芯圆周长厘米 103

使油泵在卸荷情况下启 动和 停车 。 单 向节流 阀主 要是 在 停泵 时 ， 慢慢地 释放储存在 蓄能器 内 的油液 ， 防止 皮 囊快速 排 空油 液 时 产生 过大 的 冲击 力 。 在 每个 油 缸 的压力通道上 接有安全 阀 ， 防止超 过 最大轧 制压 力 。 此 外 ， 在 系 统 中还 配有温 度计 、 冷 却器 、 压 力表等附件 ， 保证 油温在 ℃ ， 监视 油源 ， 油 缸和 过 滤 器前后 的压 力 。 油缸的顶 部有一 个泄 油 口 直 接接 入油 箱 ， 这对 柱塞缸 也 是 完 全 必要的 。 有关油 缸的 其他 结构后 面再介绍 。 电控系统 轧机 电控 系统总方块 图示 于 图 。 图 油缸位 置 给定 采用数 字给定 ， 由脉 冲发生 器 、 计数器 、 数模 转换和 数码 管组成 。 给定信 号一路由数码管显示 ， 另一路经 数模 转换输 出给位置调 节 器 作 为给定信 号 。 对 传动侧和 操作 侧 两愉缸可 给定同 时升 、 同 时 降信 号或一升一 降的调 偏信 号 。 位里 闭环控制 由位置调节器 、 流量 补偿 、 功 率放大器 、 位移变送器 、 电液伺 服 阀和 油缸 组成 。 位耳娜节器综合 给定信 号 ， 位 置反馈信 号和 压 力补偿信号 ， 并将综合后 的偏差信号 、 适 当加以校正下 送给流量 补偿环节 ， 再经 过 功 率放大 ， 驱动 电液伺 服阀 ， 完 成 位置 闭环控 制 。 油 缸位 置信号是 用差 动变压 器检 测 的 。 流量 补 偿环节用 来补偿 电液伺 服 阀 流量 随压力差 而变化 的非线性特征 ， 因为滑阀的 流 等于 丫专 ‘ 一 · ，， 米 ’ 秒 ‘对 油缸充 油时 ， 丫 一 专 · ‘ 米 ‘ 秒 ‘油缸 卸油 式中二 。 － 滑 阀流量 系数 － 阀芯 圆周 长 厘米

X一阀芯位移量厘米 p一油液密度公斤·秒2/厘米 P。一油源压力公斤/厘米2 P PL一PL=A负载压力公斤/厘米2 P一轧制压力公斤 A一油缸柱塞面积厘米2 如果油源压力稳定不变，则流量Q是负我P,的函数，P,=只，是随轧制力P变化的，因 此，在轧制过程中，相同的阀芯位移量，阀的流量是不同的，在闭环系统中，其开环放大倍 数也是变化的，这就给系统的校正和展宽频带造成困难。流量补偿环节就是为了补偿这个变 。卸油时乘以 1 1 化量的。即将控制信号充油时乘以，= -a 则得到： V1-P =CWX。R,-P)·1-E=c,wX√pVP,(充袖 "P, Q-cw合7度c,my行vE佛n 阀的流量Q只和恒定的油源压力P,有关，而与负载压力P无关，使系统的稳定性提高。我们 还可以看到，加入流量补偿环节后，在不同的负载压力下，油缸柱塞上升和下降将具有相同 的运动速度。 流量补偿环节实际上是在不同的负载压力下，在电液伺服阀的控制由压信号上乘以相应 的函数值，使阀芯的移动量增加或减小来补偿阀流量随负载压力不同的变化量。如果在控制 系统中，很小的偏差信号，功率放大器输出或同服阀的流量输出就达到饱和状态，流量补偿 环节将不能起到补偿作用。因此使用中应适当选择系统总的开环放大系数和功率放大器输出 的限幅值。 ·压力补偿控制回路是一个正反馈回路。它包括轧制压力剪幅式侧力计及其变送器、死 区放大器、压力锁定，以及乘压力补偿系统K和补偿的反馈系数C,C≤1。 由剪幅式测力计检测得到的轧制压力信号，经压力变送器放大，送入死区放大器，轧辊 两侧的轧制压力在死区放大器相加，得到合成的轧制压力，并扣除死区值，（为了扣除轧机 刚度曲线中非线性段的影响)然后与压力锁定值相比较，其差值乘以K即为轧机弹跳的补 偿置，这个压力补偿信号在进入位置调节器之前，再乘以反馈系数C,取弹跳量的某一百分 值进行补偿。如C=1,则可100%补偿由轧制压力波动造成的轧机弹跳值。选用不同的C值， 相当轧机处在不同的刚度值K下工作，即可实现“轧机模数可调”。 压力锁定是为了采用压力补偿时有一个给定的基本压力值，系统只对大于或小于基准压 力的偏差量进行补偿。基准压力设定愈接近实际轧制压力，偏差的补偿量就愈小，从而缩短 104

－ 阀芯位移量 － 油液密度 － 油源压力 一 犷 一一飞一 一 飞 厘米 公斤 。 秒 忿 厘 米 ‘ 公斤 厘米 负载压力 公斤 厘 米 公斤 － 轧制压力 － 油缸 柱塞面积 厘米 “ 如果 油 源压 力稳定不 变 ， 贝。流量 是 负载 的 函 数 ， 令 ， 是 随轧 制力皎化的 ， 因 此 ， 在 轧制过程中 ， 相同的 阀芯位移量 ， 阀的 流量是不 同的 ， 在 闭环系统中 ， 其开环放大倍 数也是 变化的 ， 这 就给系统 的校正和展宽频带造成困 难 。 流量 补偿环节就是 为了补偿这个变 、 二 ‘ 、 ， 、 、 ， ， 一 ‘ 、 ， 一 ‘ ‘ ， 。 化量 的 。 即将控制信号充油时乘以山 一生下 。 卸 油 时乘以二 认一 。 ， “ 。 ” ，‘ 一 ，， ‘ 山 ’“ ， ’ “ ’ 囚 ’ ‘ ，一 ， 。 ’ 囚 ‘ ，一 ， ， 。 八则切 得’ ， 到‘ ， 一 一 最三 ， 妥匕 。 。 、 ， ， 、 。 呵 二 与 丫 犷一 一 、 几 一 “ 夕 二厂一一下丁 ‘ 灿 一 一 『 石生 丫 · 了一 百飞充 油 时 丫止匕 丫 。 · 丫上 · 侧币丁 卸油时 ， 阀的 流量 只和 恒定 的 油源压力 有关 ， 而 与 负载压力 无关 ， 使系统的稳定性提高 。 我们 还可以看 到 ， 加入 流量补偿环节后 ， 在不 同 的 负载压力下 ， 油缸柱塞上 升和 下 降将具有相同 的运动速 度 。 流最 补偿环节实际上是在 不 同的 负载压力下 ， 在 电液伺服阀的控 制 电压信 号上 乘 以 相应 的 函数值 ， 使 阀芯的移动量 增加 或减小来补偿阀 流是 随 负载压力不同 的变化量 。 如果 在控 制 系统 中 ， 很 小的偏差信 号 ， 功 率放大器输出或伺服阀的 流量 输出就达 到饱和 状态 ， 流量 补偿 环节将不 能起到补偿作用 。 因此 使用 中应适 当选择 系统总的开环放大系数和 功率放大器输出 的限幅值 。 压力补偿 控 制 回路是 一个正反馈 回路 。 区放大器 、 压力锁 定 ， 以 及乘压力补偿系统 它包 括 轧制压 力剪幅式侧 力 计 及其变送器 、 死 由剪幅式测力计检测得到的轧制压 力信号 ， 和 补偿的反馈 系数 ， 三 。 经压力变送器放大 ， 送入 死 区放大器 ， 轧辊 两侧的 轧制压 力在死 区放大器 相加 ， 得 到合成的 轧制压力 ， 并扣除死 区值 ， 为了扣除轧机 。 … 二 … 、 二 。 二 、 二 、 … 、 ， … ， … 、 刚度曲线 中非线 性段的影响 然后 与压力 锁定值 相比较 ， 其差值 乘以 一 穴 一 即为轧机弹跳 的补 偿 ， 这个压 力补偿 信 号在进 入位置调 节器之前 ， 再乘 以反 馈 系数 ， 取 弹跳量 的 某一百 分 值进行补偿 。 如 二 ， 则可 补偿 由轧制压 力波动造 成的轧机弹跳值 。 选 用不 同 的 值 ， 相当轧机处在不 同的 刚度值 下工作 ， 即可实现 “ 轧机模 数可调 ” 。 压力锁定是 为了采 用压 力补偿时 有一个 给定 的 基本压 力值 ， 系统只对大于或小于 基准压 力的偏差 量进行 补偿 。 基准压力设定 愈 接近 实际 轧制压力 ， 偏 差 的 补偿量 就愈小 ， 从而缩 短

偏差补偿的调节时间和提高补偿的精度。 压力锁定环节由A/D模数一D/A数模变换器，采样和保持开关，以及予设定电位器 组成。可以予设定压力锁定值，也可以采用轧件头部的轧制压力为压力锁定值。 二、系统性能测试结果 1980年4月由冶金部科技办组织鉴定测试小组，对200轧机液压压下装置的动态、静态特 任压力补偿的效果进行了测试。测试结果表明该装置动、静态特性都达到了较高的水平，压 力补偿也取得了显著效果。 1.动态特性 (1)用英国1172频率响应分析仪(1172 Frequency Response)测试系统的频事响 应，伯德图见图4、图5。在100公斤/厘米2油压力下输入幅值±0.05毫米的正弦波信号， 幅值比（-3db时)频宽为44.5赫芝90°相角差频宽为28赫芝，输入幅值±0.076毫米时，幅 值比频宽(-3db时)为30赫芝，90°相角差频宽为28赫艺。国外先进水平输入幅值±0：05毫 米时，幅值比频宽（-3db时)为20~30赫芝。 A(o中(o) 270° A Od b -5db -10db- 180° 90 0° 图4 IHz 10Hz 100Hz A(o)@) 270° odb -5db -10db -180° 90 10Hz 100Hz t05

偏差补偿的调 节时间和 提高补偿的精度 。 压 力锁定环 节由 模 数－ 数模 变换器 ， 采样和 保持开关 ， 以及予设定 电位 器 组成 。 可 以予设 定压 力锁 定值 ， 也可 以 采 用轧件头 部的 轧制压力为压 力锁定值 。 二 、 系统性能测 试 结果 。年 月 由冶金 部科技办组织 鉴定 测试小组 ， 对 轧机液压压下 装置 的 动态 、 静态 特 淮压力补偿的效果 进行 了测 试 。 测 试 结果 表 明该装置 动 、 静态特性都达 到 了较高的水 平 ， 压 力补偿也取得 了显著效果 。 动态特性 用英国 频 率 响应 分析仪 测试系统的频率 响 应 ， 伯德图见 图 、 图 。 在 公斤 厘 米 油缸 压 力下输入 幅 值 士 毫米的正弦 波信 号 ， 幅值比 一 时 频宽 为 赫 芝 。 相角差 频宽 为 赫 芝 ， 输入 幅值 土 。 毫米时 ， 幅 位 比须宽 一 时 为 赫芝 ， “ 相角差频宽 为 赫芝 。 国外 先进 水平输入 幅值 士。 、 毫 米呱 幅值 比频宽 一 时 为 赫芝 。 ‘ 。 今 。 一 · 图 月 名 奋仁帅 一 右 卜 粉 名