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            雙輥鑄軋液壓AGC系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計雙輥鑄軋液壓AGC系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輥縫間隙,提高其控制精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。
  關(guān)鍵詞：液壓伺服系統(tǒng); 位置閉環(huán)控制; 壓力補(bǔ)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(shù)是當(dāng)今世界先進(jìn)的熱門技術(shù),曾經(jīng)應(yīng)用過電動AGC的方案來控制板帶的厚度,但由于響應(yīng)太慢,傳動的剛性太差而令人失望,經(jīng)過幾年的實(shí)踐,深深體會到要解決連鑄中板厚差的問題非液壓AGC系統(tǒng)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(jī)剛度、輥系的機(jī)械精度以及軋制速度變化的影響,自動迅速的微調(diào)節(jié)液壓缸的位置,使軋機(jī)輥縫間隙恒定,從而使出口板厚恒定。
  1 設(shè)計參數(shù)
  已知條件,如圖1所示。
      
                
   2 液壓AGC工藝構(gòu)思
  隨著市場的擴(kuò)大及對成品厚度公差要求的不斷提高,電動-機(jī)械式或人工微調(diào)機(jī)構(gòu)式輥縫間隙的調(diào)節(jié)方法已不能適應(yīng)需要。為了改進(jìn)電動-機(jī)械式及人工微調(diào)機(jī)構(gòu)式輥縫間隙的繁瑣性和不準(zhǔn)確性,近代機(jī)組上開始采用液壓AGC控制系統(tǒng),其響應(yīng)快、精度高,可以保證產(chǎn)品的目標(biāo)厚度差、同板差和異板差等,因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)上述條件設(shè)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(dāng)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(chǎn)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(jīng)過多機(jī)架多道次的軋制才能軋出需要厚度的產(chǎn)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(zhì)量,這時就需要采用液壓AGC控制技術(shù)。液壓AGC裝置可以使軋機(jī)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(jī)剛度、輥隙的機(jī)械精度以及軋制速度變化的影響;只要在作用液壓缸和機(jī)械鎖定裝置把左工作輥固定的情況下,自動迅速地調(diào)節(jié)液壓缸6的位置,即調(diào)節(jié)兩工作輥之間的間隙,使軋機(jī)兩工作輥輥縫恒定;從而使板厚恒定,達(dá)到了控制成品厚度公差的期望值,進(jìn)而滿足用戶的要求。
    3 液壓AGC機(jī)構(gòu)的布置
  在液壓AGC系統(tǒng)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(fù)雜,因此液壓AGC系統(tǒng)的基本控制思想是:位置閉環(huán)控制+擾動補(bǔ)償控制。
   因?yàn)檐堉屏安▌又岛艽?而軋機(jī)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(yīng)采用位置閉環(huán)控制+軋制力主擾動補(bǔ)償構(gòu)成的液壓AGC。但是,檢測時輥縫采用檢測液壓缸的位移,缺點(diǎn)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(gòu)成壓力補(bǔ)償環(huán),來消除軋機(jī)彈跳的影響,故需加上測厚儀監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)恒輥縫控制。因此本課題采用的液壓AGC控制是由位置閉環(huán)控制+壓力補(bǔ)償環(huán)+測厚儀監(jiān)控構(gòu)成。
   軋機(jī)液壓微調(diào)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(jī)構(gòu)布置圖(見圖3)和雙輥鑄軋帶厚控制系統(tǒng)原理圖(見圖4)如下:
          
          
   根據(jù)圖3、圖4兩組液壓缸分別安裝在工作輥兩側(cè)(具體安裝固定略),左側(cè)液壓缸把工作輥推到位時,即將此工作輥固定起來,通過調(diào)節(jié)右側(cè)液壓缸的位置,就可調(diào)節(jié)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(fù)載環(huán)節(jié)的固有頻率一般較低,因此,為了提高系統(tǒng)的快速性,就需要采取行程盡可能短的液壓缸。微調(diào)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(tǒng)原理圖
  根據(jù)液壓AGC的工藝構(gòu)思及控制方案,擬定液壓AGC系統(tǒng)原理圖,如圖5所示:
  根據(jù)圖5可看出,由恒定變量泵提供壓力恒定的高壓油,經(jīng)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(diào)節(jié)兩個液壓缸的位移。也可以單獨(dú)調(diào)節(jié)某一個液壓缸的位移。
          
   現(xiàn)以一個小伺服系統(tǒng)為例。微調(diào)液壓缸9的位置由伺服閥8控制,液壓缸的伸縮即產(chǎn)生了輥縫的改變。電磁溢流閥11在此回路中起安全保護(hù)作用,并可使液壓缸快速卸油;蓄能器7是為了提高子系統(tǒng)的快速響應(yīng),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(cè)工作輥的液壓缸6是由電磁換向閥4和雙向節(jié)流閥5來實(shí)現(xiàn)它的工作狀態(tài)。雙聯(lián)泵17供給兩個低壓回路。一個是微調(diào)液壓缸的背壓回路;一個是冷卻和過濾循環(huán)回路。它對系統(tǒng)油液不斷進(jìn)行循環(huán)過濾,以保證油液的清潔度。當(dāng)油液超溫時,通過冷卻器12對油液進(jìn)行冷卻。每個微調(diào)液壓缸由兩個伺服閥控制,通過在一個閥的控制電路中設(shè)置
死區(qū),實(shí)現(xiàn)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(tǒng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜,調(diào)節(jié)不夠靈敏,當(dāng)系統(tǒng)需要流量變化較大時,會產(chǎn)生泵的流量不足于負(fù)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(chǎn)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(yīng)安裝在靠近液壓缸的位置,這樣有利于提高液壓缸-負(fù)載環(huán)節(jié)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(jié)語
  通過設(shè)計液壓AGC系統(tǒng)來調(diào)解輥縫間隙,可以達(dá)到控制精度高、響應(yīng)速度快的良好效果;而且采用液壓位置伺服系統(tǒng),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(yīng)速度,還可以使軋制輥工作比較穩(wěn)定,沖擊小、噪聲低等良好效果。
   伺服閥是此系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一,它具有分辨率高、滯環(huán)小、頻寬高、可靠性好等優(yōu)良品質(zhì)。 而普通換向閥不具有這些特點(diǎn),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(tǒng)油箱采用不銹鋼油箱,并用氬弧焊焊接,油箱采用全封閉結(jié)構(gòu),以防外部侵入污染,油箱吸入腔與回油腔應(yīng)加隔板,隔板上裝消泡網(wǎng),油箱的作用直接影響到伺服閥的動作。
   本系統(tǒng)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(tǒng)精度和響應(yīng)速度高。但唯一缺憾的是系統(tǒng)效率低。
   本系統(tǒng)要應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)，它具有抗干擾能力，對系統(tǒng)參數(shù)變化不太敏感、控制精度高、響應(yīng)速度快。但要考慮穩(wěn)定性,而且設(shè)備成本高(開環(huán)控制不存在穩(wěn)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(huán)節(jié)或元件的性能,控制精度低,設(shè)備成本低等),所以在此采用的是閉環(huán)控制系統(tǒng)。
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