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            雙輥鑄軋液壓AGC系統的設計
               李紅俠 楊仁金
              (南昌鋼鐵股份有限公司,江西南昌 33OO12)
  摘 要:通過設計雙輥鑄軋液壓AGC系統來調節輥縫間隙,提高其控制精度、響應速度和穩定性。
  關鍵詞:液壓伺服系統; 位置閉環控制; 壓力補償
        The Design of Twin-roll Casting Hydraulic AGC System
  Abstract: Twin-ro11  casting hydraulic AGC system`is designed to adjust the gap between double rolles and improve it's control accuracy,response and stability.
  Key Words:Hydraulic servo-system; position close-loop control; pressure compensation. 
  0 引言
  雙輥鑄軋連鑄技術是當今世界先進的熱門技術,曾經應用過電動AGC的方案來控制板帶的厚度,但由于響應太慢,傳動的剛性太差而令人失望,經過幾年的實踐,深深體會到要解決連鑄中板厚差的問題非液壓AGC系統莫屬。而液壓AGC的作用就是在軋制的過程中克服來料的不均勻,消除軋機剛度、輥系的機械精度以及軋制速度變化的影響,自動迅速的微調節液壓缸的位置,使軋機輥縫間隙恒定,從而使出口板厚恒定。
  1 設計參數
  已知條件,如圖1所示。
      
                
   2 液壓AGC工藝構思
  隨著市場的擴大及對成品厚度公差要求的不斷提高,電動-機械式或人工微調機構式輥縫間隙的調節方法已不能適應需要。為了改進電動-機械式及人工微調機構式輥縫間隙的繁瑣性和不準確性,近代機組上開始采用液壓AGC控制系統,其響應快、精度高,可以保證產品的目標厚度差、同板差和異板差等,因此得到越來越廣泛的應用。根據上述條件設計成如下液壓AGC裝置的工藝原理圖,如圖2所示。
          
   由圖2可知,當坯殼或板坯通過兩工作輥之間的縫隙時,在軋制力的作用下坯料產生塑性變形,出口就得到比入口薄的板帶(板坯的軋制一般要經過多機架多道次的軋制才能軋出需要厚度的產品,而不同的道次需要不同的輥縫值);坯殼的厚度差等制約著成品的幾何質量,這時就需要采用液壓AGC控制技術。液壓AGC裝置可以使軋機在軋制過程中克服來料厚度的不均勻和材料物理性能的不均勻,消除軋機剛度、輥隙的機械精度以及軋制速度變化的影響;只要在作用液壓缸和機械鎖定裝置把左工作輥固定的情況下,自動迅速地調節液壓缸6的位置,即調節兩工作輥之間的間隙,使軋機兩工作輥輥縫恒定;從而使板厚恒定,達到了控制成品厚度公差的期望值,進而滿足用戶的要求。
    3 液壓AGC機構的布置
  在液壓AGC系統中,h為被控制量,希望h為恒定量;而影響板厚變化的各種因素為擾動量。由于擾動因素比較多,且變化比較復雜,因此液壓AGC系統的基本控制思想是:位置閉環控制+擾動補償控制。
   因為軋制力及波動值很大,而軋機剛度有限,故在擾動量中,由軋制力引起的彈跳對出口板厚的影響很大,應采用位置閉環控制+軋制力主擾動補償構成的液壓AGC。但是,檢測時輥縫采用檢測液壓缸的位移,缺點是它不能反映出軋制力引起的彈跳對輥縫變化的影響,此時需要用測壓儀或油壓傳感器來測出壓力變化,以構成壓力補償環,來消除軋機彈跳的影響,故需加上測厚儀監控并實現恒輥縫控制。因此本課題采用的液壓AGC控制是由位置閉環控制+壓力補償環+測厚儀監控構成。
   軋機液壓微調裝置主要由泵站、伺服閥臺、液壓缸、電氣控制裝置及各種檢測裝置組成。其液壓AGC機構布置圖(見圖3)和雙輥鑄軋帶厚控制系統原理圖(見圖4)如下:
          
          
   根據圖3、圖4兩組液壓缸分別安裝在工作輥兩側(具體安裝固定略),左側液壓缸把工作輥推到位時,即將此工作輥固定起來,通過調節右側液壓缸的位置,就可調節兩工作輥輥縫的大小。同時在此圖中,還考慮到由于軋制力大、輥系重,其液壓缸-負載環節的固有頻率一般較低,因此,為了提高系統的快速性,就需要采取行程盡可能短的液壓缸。微調液壓缸位移的檢測,我
們采用磁尺位移傳感器。
    4 擬定液壓AGC系統原理圖
  根據液壓AGC的工藝構思及控制方案,擬定液壓AGC系統原理圖,如圖5所示:
  根據圖5可看出,由恒定變量泵提供壓力恒定的高壓油,經兩次精密過濾后送至普通閥臺和兩個伺服閥臺,并且兩個伺服閥臺油路基本相同。這樣可以同時調節兩個液壓缸的位移。也可以單獨調節某一個液壓缸的位移。
          
   現以一個小伺服系統為例。微調液壓缸9的位置由伺服閥8控制,液壓缸的伸縮即產生了輥縫的改變。電磁溢流閥11在此回路中起安全保護作用,并可使液壓缸快速卸油;蓄能器7是為了提高子系統的快速響應,而蓄能器組16是為了減少泵站的壓力波動,即吸收壓力沖擊和脈動。控制左側工作輥的液壓缸6是由電磁換向閥4和雙向節流閥5來實現它的工作狀態。雙聯泵17供給兩個低壓回路。一個是微調液壓缸的背壓回路;一個是冷卻和過濾循環回路。它對系統油液不斷進行循環過濾,以保證油液的清潔度。當油液超溫時,通過冷卻器12對油液進行冷卻。每個微調液壓缸由兩個伺服閥控制,通過在一個閥的控制電路中設置
死區,實現小流量時一個閥參與控制,大流量時兩個閥共同控制。
   另外,由于液壓AGC系統的壓力較高,工作過程中的流量變化較大,所以其油源采用恒壓變量泵-蓄能器式,以提高工作效率;但由于恒壓變量泵的結構復雜,調節不夠靈敏,當系統需要流量變化較大時,會產生泵的流量不足于負載的需要,從而引起較大的壓力變化,故而需配備大容量的蓄能器組16。為了提高生產率,采用兩臺泵,一臺工作,一臺備用。由于伺服閥對油液的清潔度要求比較高,故采用兩次精過濾。值得注意的是:伺服閥臺應安裝在靠近液壓缸的位置,這樣有利于提高液壓缸-負載環節的固有頻率。蓄能器7的體積較小,多為2.5L或⒈6L(本課題選擇1.6L的蓄能器),以便為伺服閥提供瞬時的高頻流量需求。
     5 結語
  通過設計液壓AGC系統來調解輥縫間隙,可以達到控制精度高、響應速度快的良好效果;而且采用液壓位置伺服系統,可以由小功率的電信號輸入,控制大功率的液壓能輸出:不僅可獲得很高的控制精度和很快的響應速度,還可以使軋制輥工作比較穩定,沖擊小、噪聲低等良好效果。
   伺服閥是此系統的關鍵元件之一,它具有分辨率高、滯環小、頻寬高、可靠性好等優良品質。 而普通換向閥不具有這些特點,它僅僅起到換向作用。但是伺服閥對油的清潔度要求很高,一般情況下為NAS1638:5~7級。 伺服系統油箱采用不銹鋼油箱,并用氬弧焊焊接,油箱采用全封閉結構,以防外部侵入污染,油箱吸入腔與回油腔應加隔板,隔板上裝消泡網,油箱的作用直接影響到伺服閥的動作。
   本系統采用恒壓油源,供油壓力恒定,控制閥的壓力-流量特性的線性度好,系統精度和響應速度高。但唯一缺憾的是系統效率低。
   本系統要應用閉環控制系統,它具有抗干擾能力,對系統參數變化不太敏感、控制精度高、響應速度快。但要考慮穩定性,而且設備成本高(開環控制不存在穩定性問題,其不具有抗干擾能力,控制精度和控制速度取決于各環節或元件的性能,控制精度低,設備成本低等),所以在此采用的是閉環控制系統。
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