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        冷軋機(jī)組液壓AGC系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2015-02-24 07:38:24王黨飛
        機(jī)床與液壓 2015年22期
        關(guān)鍵詞:桿腔液控減壓閥

        王黨飛

        (西安凱宏冶金設(shè)備技術(shù)有限公司,陜西西安 710075)

        AGC系統(tǒng)是指為使帶鋼厚度達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)偏差范圍而對(duì)軋機(jī)在線調(diào)節(jié)的一種控制系統(tǒng)。液壓AGC即HAGC(Automatic Gauge Control System With Hydraulic Actuator),是采用液壓執(zhí)行組件 (壓下或壓上缸的)的AGC,國內(nèi)稱液壓壓下 (或壓上)系統(tǒng)。液壓AGC系統(tǒng)是六輥可逆冷軋機(jī)組自動(dòng)控制中一個(gè)極為重要的組成部分,以其響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于軋機(jī)等設(shè)備的厚度自動(dòng)控制系統(tǒng),其運(yùn)行的好壞直接影響板材厚度的控制精度和產(chǎn)品的成材率。

        作者在參與某鋼廠1 250 mm六輥可逆冷軋機(jī)組液壓AGC系統(tǒng)調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)該液壓AGC系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在著一定問題,且液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜,調(diào)試與故障檢測維修不方便、耗時(shí)長,嚴(yán)重影響了整條生產(chǎn)線的調(diào)試進(jìn)度與試車計(jì)劃。所以作者在分析六輥軋機(jī)液壓AGC系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的安裝調(diào)試,通過故障檢測與維修,對(duì)液壓AGC系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),使其存在的問題得以解決,達(dá)到了設(shè)計(jì)者的意圖,使得調(diào)試得以順利進(jìn)行。

        1 液壓AGC系統(tǒng)的現(xiàn)狀

        1.1 液壓AGC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

        一個(gè)完整液壓AGC系統(tǒng)主要由AGC油缸、伺服閥、供回油管道、液壓閥、軋機(jī)、壓力或位移傳感器、控制調(diào)節(jié)器等動(dòng)態(tài)組件構(gòu)成。

        1.2 原液壓系統(tǒng)的工作原理

        某廠1 250 mm單機(jī)架六輥冷軋機(jī)機(jī)組原液壓伺服系統(tǒng)原理圖見圖1。

        圖1 改造前的液壓AGC系統(tǒng)原理圖

        原系統(tǒng)工作原理如下:

        (1)在軋鋼的狀態(tài)下,為了調(diào)整板形及其誤差,AGC油缸活塞桿不斷地伸出與縮回。

        當(dāng)活塞桿伸出時(shí),25 MPa高壓油通過液控單向閥3.1(電磁換向閥4.1得電打開液控單向閥3.1),高壓過濾器6.1和6.2,伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于右位;同時(shí)電磁換向閥4.2和4.3失電,液控單向閥3.2和3.3關(guān)閉,安全閥8.1和8.2調(diào)整壓力為26 MPa),進(jìn)入AGC油缸10.1和10.2的無桿腔,同時(shí)高壓油還先后經(jīng)過兩級(jí)減壓閥11.1和11.2(減壓至2 MPa),兩個(gè)電液換向閥13.1(電磁鐵得電)和13.2(電磁鐵失電)進(jìn)入AGC油缸桿腔,低壓油用于AGC油缸的瞬時(shí)補(bǔ)油和背壓,由于AGC油缸活塞腔面積、供油壓力遠(yuǎn)大于桿腔面積和壓力,桿腔的液壓油經(jīng)過兩個(gè)電液換向閥13.2(電磁鐵得電)和13.1(電磁鐵失電),背壓閥12.1(調(diào)整壓力為2.5 MPa,又做溢流閥用)回到油箱,活塞伸出壓上。

        當(dāng)活塞桿縮回時(shí),高壓油通過二級(jí)減壓至2 MPa后,通過兩個(gè)電液換向閥13.1(電磁鐵得電)和13.2(電磁鐵失電)進(jìn)入AGC油缸10.1和10.2的桿腔補(bǔ)油,防止在活塞桿瞬間縮回桿腔產(chǎn)生吸空現(xiàn)象,活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱 (此時(shí)電磁換向閥4.1得電,液控單向閥3.1打開),活塞桿縮回。

        (2)在換輥狀態(tài)下,需要 AGC油缸活塞桿需要全部縮回時(shí),高壓油通過二級(jí)減壓至2 MPa后,通過兩個(gè)電液換向閥13.1(電磁鐵得電)和13.2(電磁鐵失電)進(jìn)入AGC油缸10.1和10.2的桿腔推動(dòng)活塞,活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱 (此時(shí)電磁換向閥4.1失電,液控單向閥3.1打開),活塞桿縮回。

        (3)在軋鋼狀態(tài)下,突然斷帶或軋機(jī)必須急??焖傩遁d時(shí),高壓油通過減壓閥11.1(減壓至7 MPa),電液換向閥13.2(電磁鐵得電)到AGC油缸桿腔,活塞腔的高壓油經(jīng)過液控單向閥3.2和3.3(電磁換向閥4.2和4.3得電,單向閥打開)快速泄掉,AGC油缸卸載;同時(shí)液控單向閥3.1(電磁換向閥4.1失電)關(guān)閉,電液換向閥13.1失電,溢流閥12.2安全壓力調(diào)整至8 MPa用于調(diào)節(jié)穩(wěn)定減壓閥11.1二次壓力。

        1.3 原AGC液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題

        首先:針對(duì)以上3種工況,原系統(tǒng)采用了二級(jí)減壓與背壓的設(shè)計(jì)原理來滿足實(shí)際的工況需要,在軋鋼狀態(tài)下AGC油缸伸出時(shí),溢流閥12.1作背壓閥用;但是AGC缸長期處于動(dòng)態(tài)下,油缸活塞桿伸出時(shí),對(duì)于減壓閥11.2來說,負(fù)載反向運(yùn)動(dòng),出口瞬時(shí)壓力高于其調(diào)定值 (2 MPa),外加溢流閥12.1的壓力設(shè)定為2.5 MPa,同時(shí)反向流量遠(yuǎn)大于減壓閥的泄油流量,減壓閥11.2閥芯完全關(guān)閉,當(dāng)瞬時(shí)壓力升至2.5 MPa時(shí),溢流閥 (作背壓用)12.1打開,液壓油回油箱;當(dāng)AGC油缸瞬時(shí)縮回時(shí),減壓閥11.2又瞬間打開為AGC油缸活塞桿腔補(bǔ)油;在軋鋼過程中,為了調(diào)整板形,AGC油缸不斷地微調(diào),造成減壓閥11.2的閥芯不斷地打開與關(guān)閉。以上此種設(shè)計(jì)方案雖然能滿足實(shí)際使用要求,但是不符合減壓閥的設(shè)計(jì)使用要求,長期使用會(huì)降低減壓閥的壽命。

        其次:由于此處將3對(duì)減壓閥、溢流閥與電液換向閥同時(shí)集成于一個(gè)閥塊上,用于滿足系統(tǒng)中的背壓與快速卸荷的要求,設(shè)計(jì)過于復(fù)雜、成本較高;且在調(diào)試過程中減壓閥 (11.1、11.2)和溢流閥 (12.1、12.2)壓力標(biāo)定復(fù)雜,故障檢測、維修復(fù)雜極其不方便。

        2 液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及原理

        針對(duì)原液壓系統(tǒng)存在的不足與問題,作者做了以下優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        2.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

        采用電磁換向閥4.2、液控單向閥3.2、三通比例減壓閥12(工作原理是減壓和溢流壓力同步設(shè)定,液壓油正向流動(dòng)由P-A起減壓作用,反向由A-T起溢流作用)和壓力傳感器1.2來代替原系統(tǒng)中的二級(jí)減壓背壓設(shè)計(jì)方案 (圖1中右下角雙點(diǎn)劃線部分),具體的方案如圖2所示。

        圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的液壓AGC系統(tǒng)原理圖

        2.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)后的工作原理

        (1)在軋鋼的狀態(tài)下,活塞桿伸出時(shí),高壓油進(jìn)入AGC油缸活塞腔的同時(shí),通過三通比例減壓閥12減壓后 (減壓溢流壓力設(shè)定為2 MPa)進(jìn)入AGC油缸有桿腔作瞬時(shí)補(bǔ)油背壓用,由于AGC油缸兩腔面積、供油壓力差作用,活塞桿腔的液壓油通過比例減壓閥的A-T口回到油箱。

        當(dāng)活塞桿縮回時(shí),高壓油通過三通比例減壓閥12減壓后進(jìn)入AGC油缸11.1和11.2的桿腔 (電磁換向閥4.1得電打開單向閥3.1,電磁換向閥4.2得電打開單向閥3.2),防止吸空,活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱,活塞桿縮回。

        (2)在換輥狀態(tài)下,AGC缸活塞桿需要縮回時(shí),高壓油通過三通比例減壓閥12減壓后進(jìn)入AGC油缸11.1和11.2的桿腔 (電磁換向閥4.1失電關(guān)閉單向閥3.1,電磁換向閥4.2得電打開單向閥3.2)推動(dòng)活塞,活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱,活塞桿縮回。

        (3)在急??焖傩遁d狀態(tài)下,AGC油缸活塞桿須快速退回時(shí),高壓油通過三通比例減壓閥12(減壓至7MPA),進(jìn)入AGC油缸桿腔推動(dòng)活塞;活塞腔的高壓油經(jīng)過液控單向閥3.3和3.4(電磁換向閥9.1和9.2得電,單向閥打開)快速泄掉,AGC油缸卸載。

        2.2 新系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

        (1)利用三通比例減壓閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)完全解決了減壓閥11.2閥芯在軋鋼狀態(tài)下不斷地關(guān)閉與打開的問題。

        (2)三通比例減壓閥是電流信號(hào)比例放大控制,壓力無極調(diào)節(jié),壓力標(biāo)定更準(zhǔn)確、簡單,且穩(wěn)定誤差小,提高了背壓的穩(wěn)定性、可靠性與控制精度。

        (3)三通比例減壓閥減壓、溢流壓力同步設(shè)定,大大簡化了液壓系統(tǒng),同時(shí)也滿足了使用要求。

        3 結(jié)論

        六輥可逆冷軋機(jī)組液壓AGC系統(tǒng)經(jīng)過上述的優(yōu)化設(shè)計(jì)改造后,工作狀況良好,完全滿足用戶的使用要求;而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及控制精度等方面得到了很大的提高。

        [1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:潤滑與密封單行本[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

        [2]《重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫委員會(huì).重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998.

        [3]柴光遠(yuǎn),李國軍,許玉杰.液壓AGC系統(tǒng)改造[J].機(jī)床與液壓,2008,36(7):161 -163.

        [4]張利平.液壓閥原理、使用與維修[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

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