曹金寶

（包鋼（集團）公司集團管理部，包頭 014010）

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淺談液壓滾切剪液壓控制系統(tǒng)的研究

曹金寶

（包鋼（集團）公司集團管理部，包頭 014010）

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，滾切剪在生產(chǎn)線上的作用日益突出。目前，滾切剪大致有兩種形式，即液壓滾切剪和機械滾切剪。液壓滾切剪與機械滾切剪相比，不僅重量輕，而且技術(shù)更加完善，在生產(chǎn)線上發(fā)揮了更大的作用。因此，本文對液壓滾切剪的液壓控制系統(tǒng)進行深入研究，旨在促進液壓滾切剪系統(tǒng)的開發(fā)更加完善的同時，能夠有利于社會企業(yè)經(jīng)濟效益的提高。

關(guān)鍵詞：液壓滾剪切 液壓控制系統(tǒng) 原理

在我國中厚板生產(chǎn)線中，滾切剪發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其中，液壓滾切剪作為生產(chǎn)線上應(yīng)用較多的機械，與傳統(tǒng)的機械剪相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且在生產(chǎn)線上也大大提高了生產(chǎn)效率。滾切剪主要由七個構(gòu)件共同組成，其中上刀架、壓緊裝置、機架裝配、伺服缸裝置、調(diào)整裝置、下刀架發(fā)揮了重要作用。滾剪切在剪切過程中，主要分成三個工作階段，分別是切入階段、滾切階段以及切離階段。由此可見，滾剪切的控制系統(tǒng)在不同階段發(fā)揮著不同的作用。目前，我國對液壓滾切剪的研究越來越多，其中太原科大重工對于全液壓滾切剪有著獨立的知識產(chǎn)權(quán)。所以，對于液壓滾切剪的研究仍然有著較大的發(fā)展空間。

1 液壓系統(tǒng)模型設(shè)計

1.1 液壓滾切剪原理

液壓滾切剪的工作原理與機械滾切剪存在一定差別，但是在剪切的軌跡上，它們之間并無太大差異。如圖1所示[1]。

圖1 液壓滾切剪滾切過程圖

液壓滾切剪在進行工作的過程中，主要是依靠液壓缸的驅(qū)動來完成滾切的，液壓缸在運動中根據(jù)設(shè)計實現(xiàn)曲線運動。如圖1中（a）所示，液壓滾切剪開始啟動工作。液壓滾切剪的左液壓缸最先開始以要求的速度進行運動，運動到一定的位置后，右液壓缸再接替動作，如（b）所示。然后如（c）所示，圓弧剪刃的左邊部位先下降，另一邊下降一個相位，直到液壓滾切剪的上剪刃與液壓滾切剪的下剪刃相切，緊接著由上剪刃實現(xiàn)滾切運動，直到上剪刃右方部位與下剪刃相切配合完成鋼板剪切。最后，如（d）所示，液壓滾切剪的左右兩個液壓缸重新回到原來位置，完成一次剪切工作。

從圖1可以看出，液壓滾切剪利用液壓傳動剪切，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且有效提高了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的受力情況，使設(shè)備的性能大大提升。同時，液壓滾切剪使用壽命較長，通常不需要繁瑣的維護，有利于生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本。

1.2 液壓滾切剪液壓控制系統(tǒng)的技術(shù)要求

1.2.1 液壓缸力平衡方程

研究系統(tǒng)的有效性，對液壓缸的負載進行分析非常必要。

圖2 液壓滾切剪滾切機構(gòu)圖

如圖2所示[1]，數(shù)字代表著滾切剪的不同構(gòu)造，1代表機架，2和4為推桿，3和5是連桿，6是上剪刃刀架，7是導(dǎo)向桿，8為鋼板，9是下剪刃刀架。圖2中P是由鋼板規(guī)格決定的已知力，G1、G2、G3、G4、G5、F1、F2分別代表的是左液壓缸下連桿的力、右左液壓缸下連桿的力、水平拉桿的力、左液壓缸上連桿上的力、右液壓缸上連桿上的力、左液壓缸活塞桿上的力、右液壓缸活塞桿上的力。如圖所示，P、G1、G2、G3各個力的力臂長度可以在剪切過程中得到，所以P、G2、G3對G1處鉸接點的力臂長度分別是d1、d2、d3，對G2處鉸接點的力臂則是d4、d5、d6，對G3處鉸接點的力臂是d7、d8、d9。其中，θ表示的是各連桿或者液壓缸與X軸、Y軸的夾角。

因此，根據(jù)相關(guān)的理論知識，可以總結(jié)與平衡力相關(guān)的方程如下：

在液壓滾切剪的整個運作當中，左液壓缸與右液壓的受力是相同的。所以根據(jù)牛頓定律對左缸受力分析，得出以下公式。

其中，m、Pc、DL、Ah、y、F1，分別表示的是運動質(zhì)量總和、液壓缸內(nèi)壓、粘阻系數(shù)、柱塞面積、液壓缸柱塞行程、活塞桿的力。

1.2.2 流量連續(xù)性方程

在滾切剪的液缸中安有伺服缸裝置，所以可以忽略管道的壓力損失。假定液壓缸各處壓力相同，油溫以及體積彈性的模量屬于常數(shù)，且缸內(nèi)缸外泄漏是層流流動。如果用q表示流入液壓缸的流量，Ve表示液壓缸及管道容積，E表示油液體積彈性模量。那么可以得出以下方程。

1.2.3 傳遞函數(shù)

根據(jù)以往的相關(guān)研究，本文直接選取前人研究成果中的傳遞函數(shù)作為本系統(tǒng)研究中的參照依據(jù)。其函數(shù)式如下。

其中Kf為位移傳感器的增益，結(jié)合本文分析的上述方程式，本系統(tǒng)研究可以得出滾切剪控制系統(tǒng)的粗略圖如圖3所示[1]。

圖3 液壓滾切剪控制系統(tǒng)方塊圖

如圖3所示，F(xiàn)1定為系統(tǒng)干擾，假設(shè)在干擾前的系統(tǒng)為平衡狀態(tài)，也就是液壓缸的力平衡。當F1參與干擾，那么最先發(fā)生變化的是活塞桿?；钊麠U發(fā)生位移，傳感器就會進行信息反饋，并自動比較變化前后的電壓狀況，然后通過調(diào)整電壓改變流量，從而使液壓缸恢復(fù)平衡。

2 滾切剪液壓控制系統(tǒng)仿真測驗

本仿真實驗采用的軟件是Simulink。在該軟件中，將圖3所示的模型輸入系統(tǒng)，然后根據(jù)相關(guān)參數(shù)錄入數(shù)據(jù)，在軟件中建立仿真環(huán)境。在本仿真中，設(shè)定的時間為4s，位移極限為400m，以X軸為采樣點，可以得出圖4。其中，圖4（a）為仿真結(jié)果，圖4（b）為給定曲線。

圖4 仿真結(jié)果對比圖

從圖4對比可以看出，在給定曲線（b）的情況下，能夠滿足位置控制需求。此外，在仿真中可以總結(jié)，如果控制系統(tǒng)缺乏較強的適應(yīng)能力，那么仿真就會顯示很大的波動。所以，在日常使用中，要加強控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。

3 滾切剪液壓控制系統(tǒng)實驗分析

在本控制系統(tǒng)的研究中，對本系統(tǒng)進行實驗研究。將系統(tǒng)運用到某工廠生產(chǎn)線上，根據(jù)本系統(tǒng)的實驗研究表明，本系統(tǒng)在適應(yīng)不同鋼板的剪切中，液壓缸的位移誤差較小，且剪切效率較高。

同時，對本實驗中出現(xiàn)的位移進行研究分析。液壓控制系統(tǒng)發(fā)生位移的原因是由于伺服閥的響應(yīng)頻率較低，無法滿足位置要求。所以，對增益參數(shù)進行進一步的分析，以此調(diào)節(jié)位移誤差[3]。需要注意的是，在增加增益值的情況下，很可能會導(dǎo)致控制系統(tǒng)震蕩超調(diào)。所以，為了使?jié)L切剪在使用中更加高效與安全，可以忽略較小位移誤差，保證系統(tǒng)功能的可靠性。

4 結(jié)語

隨著我國鋼鐵業(yè)的不斷發(fā)展，運用到液壓滾切剪的地方越來越多，因此對液壓滾切剪的液壓控制系統(tǒng)進行深入研究及開發(fā)，對于鋼鐵企業(yè)的發(fā)展有著非常積極的意義。與此同時，在控制系統(tǒng)的研究開發(fā)中，要結(jié)合滾切剪工作原理以及特點進行設(shè)計。另外，只有對液壓控制系統(tǒng)進行仿真實驗之后再投入使用，才能有效保證滾切剪在實際的生產(chǎn)線工作中發(fā)揮最大的功效，也只有在實際的應(yīng)用當中進行系統(tǒng)的不斷改進，才能夠真正促進液壓滾切剪技術(shù)的進步。

參考文獻

[1]韓賀永，黃慶學(xué)，馬立峰，等.液壓滾切剪液壓系統(tǒng)的研究[J].四川大學(xué)學(xué)報，2011，（11）：239-243.

[2]王君.全液壓滾切剪閥控缸系統(tǒng)的研究[D].太原：太原科技大學(xué)，2013：131-138.

[3]王君，黃慶學(xué)，韓賀永.液壓滾切剪液壓系統(tǒng)

壓力沖擊研究[J].機床與液壓，2014，（4）：37-39.

Study on Hydraulic Control System of Hydraulic Rolling Shear

CAO Jinbao
(Management Dept. of Baotou Steel (Group) Corp.,Baotou 014010)

Abstract:With the continuous development of social economy in our country, the functions of rolling shear in t he production line are incr easingly prominent. At pres ent, there ar e two kinds of rolling s hear, they are hydraulic rolling s hear and mechanical rolling shear. Compared with the mechanical rolling shear, the hydraulic rolling shear is lighter and with more perfect technology so that the functions in the production line are greater. In t he paper, the hydraulic control s ystem of hydraulic rolling s hear is further studied and analyzed to promote its development to be more perfect so that it is good for improving the economic benefits of the society and enterprise.

Key words:hydraulic rolling she ar,hydraulic control system,principle,study