CPC系統在銅軋機中的應用及改進

魏志毅，劉援朝，魏維剛，竇 鋒，吳 量

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

在冷軋銅帶生產線上，軋制線較長，在開卷軋制過程中，由于來料缺陷(如來料板形不平直、帶卷不齊、鐮刀彎等)及生產設備的某些原因(如旋轉輥子的制造精度低、安裝偏差等)，均會導致帶材出現跑偏現象，帶材跑偏一方面造成帶材邊部的損壞，另一方面會損壞軋制設備。針對這種情況，為保證正常軋制，需要開卷機浮動，在開卷軋制過程中隨時調整帶材位置，使帶材中心線對準軋制中心線。這就需要在開卷機與矯直機中間設置對中裝置(CPC)來實現開卷機浮動對中。

2 系統構成及基本原理

CPC系統一般由液壓站、伺服閥站、液壓缸、光電檢測裝置和電控部分等組成，也可以沒有獨立的液壓站，由軋機的低壓傳動站或高壓伺服站供油。

CPC系統的基本控制原理如圖1所示，對中系統控制框圖由光電檢測裝置檢測帶材位置并判斷其是否在中心線上，當帶材位置與中心線有位置偏差時，控制器以此偏差信號為依據輸出電流信號來控制伺服閥，由伺服閥來控制液壓缸帶動帶材向著中心線的方向移動，使板帶材始終保持在軋機中心線上，從而實現糾偏。

3 工程應用及存在的問題

圖1 對中系統控制框圖Fig.1 Control block diagram of CPC system's

在銅軋機上，粗軋機和精軋機的開卷機結構是不同的。由于粗軋機的來料較厚，所以來料普遍采用無心打卷，帶卷比較松，層與層之間有很大間隙，兩層之間不能產生摩擦力而互相帶動，實現同步運動。鑒此，粗軋機的開卷機一般采用雙側結構，中心卷筒承受帶卷重量，同時兩側使用比帶材卷徑大的圓盤夾住帶卷側面，以保證帶卷兩個側面始終齊整。精軋機由于來料是從粗軋機上下來的，從粗軋的卷筒上下料，且經過粗軋機的軋制，帶材相對比較薄，來料比較緊密，只需要卷筒承受重量，兩側面不需要對夾，靠帶材層間的摩擦力即可以實現帶材各層的同步運動。

對于軋機而言，CPC系統需要實現三個功能:①手動控制。即由操作按鈕來實現帶材向操作側或傳動側運動，以便在需要的時候人工干預;②自對中。通過伺服閥與液壓缸內的位移傳感器進行閉環控制，使開卷機卷筒中心線處于軋機的中心線位置，此功能上卷時使用，保證上卷時帶卷與軋機中心線沒有太大偏差;③自動控制即軋制過程中通過光電檢測裝置與伺服閥的閉環來實現帶材的自動糾偏。

由于開卷機結構的不同，針對兩種不同的結構，需要有兩種不同的CPC系統，精軋機由于是單側結構，所以只有一個液壓缸來帶動開卷機同時帶動帶材運動，這樣即為單個伺服閥來控制單個液壓缸，功能比較容易實現，如圖2所示。對于粗軋機，由于是雙側結構，兩個液壓缸分別帶動兩側，CPC工作時，手動控制時要實現兩種動作:①開卷機兩側分別可以向操作側和傳動側運動，這樣兩邊才可以分開距離，以實現帶材的上卷，上卷后需要將兩側夾緊，以完成上卷工作;②上卷后需要實現開卷機帶動帶材向操作側或傳動側運動，運動過程中要保證開卷機的夾緊狀態，這就要求開卷機兩側同步運動。自對中與自動控制與軋機相同，但是運動過程中要考慮兩個液壓缸保證同步。

圖2 精軋對中原理圖Fig.2 Schematic diagram for CPC system's of fine rolling mill

針對粗軋的開卷機結構，采用了如圖3所示的液壓系統。系統中，將操作側和傳動側液壓缸的塞腔連接起來，并在管路上使用一個兩位四通換向閥210來實現兩個液壓缸的連通與斷開。由于兩個液壓缸完全相同，由一個塞腔流出的油液來推動另一個塞腔，由于流量相同，塞腔面積相同，則可以實現兩個缸的同步運動。

手動控制時分為兩種狀態，當需要兩個油缸分別單獨運動時，電磁閥210失電，此時即將兩個液壓缸的塞腔斷開，兩個液壓缸成為完全獨立的兩個單元，同時電磁閥203失電，使得液控單向閥208處于關閉狀態，將伺服閥與液壓缸斷開，此時由205－1、206－1、207－1來控制其中的一個液壓缸，由205－2、206－2、207－2來控制另一側液壓缸，此時兩個液壓缸沒有相互聯系，通過換向閥205－1、205－2來實現兩個液壓缸的單獨運動。需要手動控制兩個油缸同步運動時，電磁鐵210得電將兩個油缸的塞腔連接起來，換向閥205－1和205－2失電使兩個單獨的回路不給液壓缸供油，電磁閥203得電將液壓鎖208－1、208－2打開，由伺服閥給兩個液壓缸的桿腔供油，當伺服閥給操作側的液壓缸桿腔供油時，塞腔的油排出同時流入傳動液壓缸的塞腔，傳動側桿腔的油經過伺服閥回到油箱，則兩個液壓缸同步向操作側運動，當伺服閥給傳動側桿腔供油時，則兩個液壓缸同步向傳動側運動。自動控制時由伺服閥與光電檢測裝置的閉環同時通過電磁換向閥210將兩個液壓缸的塞腔連通，以實現兩個液壓缸的同步運動來實現對中。

工程實踐中發現，帶卷上至開卷機，兩邊夾緊以后，長時間在某一位置保持時，開卷機兩側有自動分開的現象，險些造成帶卷從開卷機上掉落的事故。通過觀察兩缸的位移傳感器數值發現，當兩缸在中間位置保持時，都有自動向外側運動的現象。

4 問題分析與解決方案

針對液壓缸自動向外運動問題，由測壓接頭處通過壓力表現場檢測，發現測壓接頭209－1和209－2處每次液壓缸運動完成后旋鈕打至中位即203－1、205－1、205－2失電狀態且伺服閥不供電時，壓力總是由無壓緩慢的上升至一定壓力值，液壓缸的運動即是由此壓力推動。通過分析，由于208板式液控單向閥性能較好，不易泄露，此壓力是由于液控單向閥206處以及電磁換向閥205處的泄露造成的，于是將206處液控單向閥更換，但得不到明顯改善。由此推斷，是由于回油管路上的背壓導致液控單向閥不能完全關閉，由于閥203、204、205－1、205－2幾個閥的T口是在閥塊中連通，所以背壓不易去除。如果可以保證塞腔回油處沒有泄露，塞腔油液不能回到油箱，同樣可以保持缸不動作，而缸塞腔的回油可能是由205、206中的泄露或者210處的泄露回到油箱，現場通過一個轉接板將電磁換向閥210換為零泄漏的球式電磁換向閥，缸的自動運動現象消失，由此推斷缸的塞腔回油主要是由于電磁換向閥閥210處的泄露產生，問題得到解決。

圖3 粗軋對中原理圖Fig.3 Schematic diagram for CPC system of rough rolling mill

5 結論

圖3系統原理上可以正常使用，但由于未考慮元件的內泄，導致工程實踐中險些釀成事故。由此可見，工程實踐中，一些細節問題需要認真考慮，液壓系統中必須考慮閥的內泄問題。在后期的工程實踐中，將電磁換向閥210改為零泄漏的球式電磁換向閥，同時將電磁換向閥205的T口連至系統泄露油口L，取得了較好的效果。

［1］ 方勝年．新型帶材自動糾偏裝置的研制［J］．武鋼技術，2001(5)．

［2］ 張祝得．淺談帶鋼開卷機CPC液壓控制系統［J］．冶金叢刊，2003(6)．