半連續鑄造機液壓控制技術

山流光

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

半連續鑄造機液壓控制技術

山流光

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

簡單分析了半連續鑄造機液壓系統，特別對當前先進內導式液壓鑄造機的鑄造速度液壓控制技術進行了比較，并介紹了關于故障預防的油液清潔度保持方法。

半連續鑄造；鑄造機；液壓；鋁合金

0 前言

隨著輕量化浪潮興起，鋁合金因其優勢廣泛應用于航空航天、交通和各民用工程中。半連續立式鑄造是鑄造鋁合金大規格扁錠和大直徑圓錠（棒）的主要鑄造方式，液壓鑄造機是可靠性較好的一類鑄造機，由主油缸支座、主油缸、鑄造平臺、傾翻式鑄造蓋板或者移動式鑄造蓋板（含移動小車）、冷卻水系統、液壓系統和電控系統等組成。近幾年來，鋁加工生產規模不斷擴大，對鋁合金鑄錠的需求日益增多，國內新建了一大批先進液壓鑄造機，其液壓系統因鑄造機廠商設計理念不同而各有千秋。隨著國家對特種合金產品以及能滿足高鑄造工藝要求的鑄造機的需求的增長，如何逐步消化吸收進口鑄造機液壓系統，逐步完善鋁加工的裝備，擺脫進口依賴，顯得極為重要且意義遠大。為此，本文對當前先進鑄造機液壓系統鑄造速度液壓控制回路進行了較為全面的對比，并分析了其主要故障點。

1 半連續液壓鑄造機現狀

由于高質量液壓元件、低摩擦液壓缸的問世，以及自動化控制水平的提高，為現代化高質量液壓半連續鑄造機提供了技術保障。現代化鋁合金鑄錠半連續鑄造機具有鑄造平臺運行平穩、鑄造速度范圍大且精度高、負荷能力大、設備結構簡單、維護方便、機械磨損小、使用壽命長等優點，特別適用于大噸位、高質量的鑄錠生產。液壓傳動鑄造機按照引錠頭由液壓缸內部導向和外部導向分為外導式和內導式。液壓內導式半連續鑄造機的升降執行元件帶扭矩限制器的內導柱塞缸，其升降過程中的防旋轉導向及缸桿運行中的垂直度均由油缸內部結構實現，導向精度高，鑄錠在全長范圍內的彎曲可以控制在4mm以內。國內外制造商的先進鑄造機新產品不斷涌現，據了解，國內的鑄造機制造商主要是仿制國外的液壓系統，也有極少數自己消化吸收改進的。

2 半連續鑄造對液壓系統的要求

液壓系統是鑄造機系統中的一個子系統，它與電控系統、冷卻水系統等相互匹配和聯動進行鑄造。鑄造機液壓系統一般由動力單元、內導液壓缸升降速度控制回路、手動緊急下降控制回路、流槽及鑄造平臺舉升系統控制回路以及輔助（如自過濾）回路等組成。依據鑄造機工作要求，液壓系統動作可分為三部分：

（1）非鑄造時液壓控制動作。主要分為鑄造平臺快速上升、慢速上升、快速下降等動作。

（2）流槽和傾翻蓋板升降動作。鑄造結束或中止，準備鑄造或者調整時的鑄造流槽升降動作。與鑄造配套的傾翻蓋板的升降動作。

（3）鑄造時鑄造平臺下降的鑄造速度液壓控制動作。鑄造平臺下降是鑄造速度控制的重點，鑄造過程中鑄造平臺下降是依靠平臺和鑄錠自重來實現的。鑄造可以大致劃分三個階段：第一是金屬液位填充的起始階段；第二是鑄造開始調整階段；第三是鑄造穩定階段。鑄造的三個階段的速度不相同，是根據合金鑄錠的裂紋傾向來控制，如冷裂紋傾向性較大的合金及鑄錠規格，應提高鑄造速度；而熱裂紋傾向較大的合金及鑄錠規格，則應降低鑄造速度。液壓系統要保證的鑄造速度可以達到最大，并保證其速度的調整具有范圍寬、反應快速及速度穩定等特性，是鑄造機液壓系統最為核心的部分。

同時，鑄造過程特別危險，安全很重要，故液壓系統中應該設計有在鑄造過程中如出現設備整機或局部故障時的緊急鑄造回路。由于內導液壓缸的工作特性，當鑄造回路液壓元件出現故障，油缸會繼續按設定的速度受控下降，緊急鑄造回路是用于在極端情況下，鑄造回路控制閥件出現故障時使用，從而保證鑄造時鑄造平臺下降不至于停止。

3 三種鑄造速度液壓控制回路比較分析

鑄造機鑄造速度控制是整個鑄造機的關健點，依據設計分閉環控制和開環控制。鑄造速度為開環電液控制系統時，控制的輸出結果無法進行檢測和反饋，鑄造速度設置采用電位器調節，調速波動大。整個系統跟隨性和穩定性比較差，一旦發生油路泄漏故障不易發現。鑄造速度為閉環電液控制系統時，PLC作為控制核心，由控制液壓系統驅動鑄造機按規定的鑄造工藝流程運行，各動作之間有可靠的聯鎖保護和嚴格的順序控制。在鑄造過程中，實現聯鎖保護功能。以下介紹三種閉環的鑄造速度液壓控制回路。

3.1 基于電液比例的鑄造速度液壓控制回路

如圖1所示，該控制回路的液壓泵采用變量柱塞泵，可以根據外負載的變化自動調整泵自身的輸出流量，用于適應內導液壓缸、分配流槽舉升油缸以及鑄造平臺舉升油缸在切換工作中產生的流量變化大的特點。鑄造平臺空載快速上升動力由低壓大流量定量泵滿足工作。其余工作的油泵配置采用一用一備形式，雙泵可同時工作。進入正常鑄造程序時，油泵不動作，速度控制回路前端配置有德國力士樂的比例閥，該類閥件具有溫度補償和壓力補償功能，配套比例放大板，將系統發出的信號通過放大處理后，實現對比例電磁鐵的調節，完成流量增大、減小及穩定的控制。比例閥換向至鑄造位，缸內油通過比例閥回油箱，平臺慢速下降。而下降速度由鑄造液面檢測情況反饋給比例閥的開度決定，設置有簡易流量計。但是比例閥在鑄造時候，因為閥芯動作頻繁，導致故障率較高，比例閥容易發生零位漂移，位移傳感器需要定時校準，而且國外力士樂等廠家校準周期很長。

圖1 基于電液比例的鑄造速度液壓控制回路

3.2 基于步進電機控制流量閥開度的鑄造速度液壓控制回路

如圖2所示，該控制回路的系統動力為兩個定量泵，雙聯動，即一個電機同時帶動兩個泵。鑄造時，泵停止，鑄造平臺下降，鑄造速度由PLC程序控制回路中步進電機打開閥門的開度大小來控制，設置有簡易流量計。該回路可靠性高，故障率較低。

圖2 基于步進電機控制流量閥開度的鑄造速度液壓控制回路

3.2 基于速度控制集成閥的鑄造速度液壓控制回路

如圖3所示，該回路為閉環流量調節，其液壓泵采用變量柱塞泵，采用的反饋器為德國VSE容積式齒輪流量計，速度集成閥及其控制系統將閥門、伺服電機、控制器合為一體，實現了閥門的動作速度和位置控制，解決閥門的精確定位、閥門柔性開關、極限位置判斷、電機保護及模擬信號隔離等問題。速度控制集成閥以及德國流體容積式齒輪流量計組成的速度控制回路，制造精度高，而且不受壓力變化的影響，其探測精度為2‰，可以保證鑄造過程中速度的控制精度在1%以內，充分保證了鑄造工藝的穩定性，使速度調整及時、穩定。

圖3 基于速度控制集成閥的鑄造速度液壓控制回路

4 鑄造機液壓系統清潔度保持 —過濾系統

隨著新型超高強高韌鋁合金不斷研發，對鑄造機三大工藝參數精度控制和匹配技術頻繁變化可靠性要求不斷增加，再加上鋁加工市場競爭日趨激烈，熔鑄環節的降本增效，設備管理日益走向精細化。鑄造機液壓系統是鋁加工熔鑄環節的核心關鍵部分，做好其使用維護管理至關重要。而要減少故障，保持液壓系統清潔尤為重要。

據資料統計，液壓傳動系統有60%～70%左右的事故是因液壓油被污染所引起的。鑄造機液壓系統中比例閥、速度控制閥等液壓件的精度高，安裝配合的間隙越來越小，這對液壓油的清潔度提出更高的要求。液壓油在鑄造機液壓系統中不僅傳遞動力或進行控制，而且起著對鑄造機液壓系統各部分進行潤滑及冷卻的作用。因此，液壓油將直接或間接關系到系統的可靠性、元件壽命等。正常情況下液壓油中含有空氣的比例為6%～8%，故需要定期排除鑄造機液壓系統中的空氣。過濾系統可以是一個獨立的工作系統，它的主要作用為：對鑄造機使用前的工作油路進行循環過濾；對鑄造機使用后的新添加液壓油、拆裝閥件后的油污染進行過濾；同時在主油路工作狀態下也可以實施在線循環過濾，在過濾過程中有效阻隔了微顆粒氣體的聚合或油體流動過程中的微顆粒雜質，使油品達到最佳凈化標準。如圖3中的鑄造機液壓系統采用的就是獨立自循環凈化過濾系統。

隨著未來石油緊張，為了減少油耗，有大學和研究機構正在研究水傳動，但是由于純水存在粘度低、潤滑性能差和易造成元件腐蝕等缺點，很多專家正在開發水液壓閥芯的陶瓷化等新技術，未來將會應用到工程中去。

（編輯：余東梅）

中國鋁合金板材預拉伸機知多少

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高品質再生鑄造鋁合金生產技術通過鑒定

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西南鋁獲國軍標質量管理體系認證

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Hydraulic Control Technology of Semi-continuous Casting Machine

SHAN Liu-guang
(Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Chongqing 401326, China)

Hydraulic system of semi-continuous casting machine is analyzed simply in this paper. Hydraulic control technology for casting speed of advanced inner-guide hydraulic casting machine are compared. How to keep the oil cleanliness on malfunction prevention is introduced as well.

semi-continuous casting; casting machine; hydraulic; aluminum alloy

TG233+.6，TH137.52

A

1005-4898(2014)04-0045-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.11

山流光（1985-），男，云南楚雄人，大學本科，工學學士。

2014-06-10