冷軋機組液壓AGC系統的優化設計

王黨飛

(西安凱宏冶金設備技術有限公司，陜西西安 710075)

AGC系統是指為使帶鋼厚度達到設定的目標偏差范圍而對軋機在線調節的一種控制系統。液壓AGC即HAGC(Automatic Gauge Control System With Hydraulic Actuator)，是采用液壓執行組件 (壓下或壓上缸的)的AGC，國內稱液壓壓下 (或壓上)系統。液壓AGC系統是六輥可逆冷軋機組自動控制中一個極為重要的組成部分，以其響應速度快、控制精度高等優點，被廣泛應用于軋機等設備的厚度自動控制系統，其運行的好壞直接影響板材厚度的控制精度和產品的成材率。

作者在參與某鋼廠1 250 mm六輥可逆冷軋機組液壓AGC系統調試的過程中發現該液壓AGC系統設計存在著一定問題，且液壓系統設計復雜，調試與故障檢測維修不方便、耗時長，嚴重影響了整條生產線的調試進度與試車計劃。所以作者在分析六輥軋機液壓AGC系統工作原理的基礎上，結合現場設備的安裝調試，通過故障檢測與維修，對液壓AGC系統進行了優化設計，使其存在的問題得以解決，達到了設計者的意圖，使得調試得以順利進行。

1 液壓AGC系統的現狀

1.1 液壓AGC系統的基本結構

一個完整液壓AGC系統主要由AGC油缸、伺服閥、供回油管道、液壓閥、軋機、壓力或位移傳感器、控制調節器等動態組件構成。

1.2 原液壓系統的工作原理

某廠1 250 mm單機架六輥冷軋機機組原液壓伺服系統原理圖見圖1。

圖1 改造前的液壓AGC系統原理圖

原系統工作原理如下:

(1)在軋鋼的狀態下，為了調整板形及其誤差，AGC油缸活塞桿不斷地伸出與縮回。

當活塞桿伸出時，25 MPa高壓油通過液控單向閥3.1(電磁換向閥4.1得電打開液控單向閥3.1)，高壓過濾器6.1和6.2，伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于右位;同時電磁換向閥4.2和4.3失電，液控單向閥3.2和3.3關閉，安全閥8.1和8.2調整壓力為26 MPa)，進入AGC油缸10.1和10.2的無桿腔，同時高壓油還先后經過兩級減壓閥11.1和11.2(減壓至2 MPa)，兩個電液換向閥13.1(電磁鐵得電)和13.2(電磁鐵失電)進入AGC油缸桿腔，低壓油用于AGC油缸的瞬時補油和背壓，由于AGC油缸活塞腔面積、供油壓力遠大于桿腔面積和壓力，桿腔的液壓油經過兩個電液換向閥13.2(電磁鐵得電)和13.1(電磁鐵失電)，背壓閥12.1(調整壓力為2.5 MPa，又做溢流閥用)回到油箱，活塞伸出壓上。

當活塞桿縮回時，高壓油通過二級減壓至2 MPa后，通過兩個電液換向閥13.1(電磁鐵得電)和13.2(電磁鐵失電)進入AGC油缸10.1和10.2的桿腔補油，防止在活塞桿瞬間縮回桿腔產生吸空現象，活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱 (此時電磁換向閥4.1得電，液控單向閥3.1打開)，活塞桿縮回。

(2)在換輥狀態下，需要 AGC油缸活塞桿需要全部縮回時，高壓油通過二級減壓至2 MPa后，通過兩個電液換向閥13.1(電磁鐵得電)和13.2(電磁鐵失電)進入AGC油缸10.1和10.2的桿腔推動活塞，活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱 (此時電磁換向閥4.1失電，液控單向閥3.1打開)，活塞桿縮回。

(3)在軋鋼狀態下，突然斷帶或軋機必須急?？焖傩遁d時，高壓油通過減壓閥11.1(減壓至7 MPa)，電液換向閥13.2(電磁鐵得電)到AGC油缸桿腔，活塞腔的高壓油經過液控單向閥3.2和3.3(電磁換向閥4.2和4.3得電，單向閥打開)快速泄掉，AGC油缸卸載;同時液控單向閥3.1(電磁換向閥4.1失電)關閉，電液換向閥13.1失電，溢流閥12.2安全壓力調整至8 MPa用于調節穩定減壓閥11.1二次壓力。

1.3 原AGC液壓系統設計存在的問題

首先:針對以上3種工況，原系統采用了二級減壓與背壓的設計原理來滿足實際的工況需要，在軋鋼狀態下AGC油缸伸出時，溢流閥12.1作背壓閥用;但是AGC缸長期處于動態下，油缸活塞桿伸出時，對于減壓閥11.2來說，負載反向運動，出口瞬時壓力高于其調定值 (2 MPa)，外加溢流閥12.1的壓力設定為2.5 MPa，同時反向流量遠大于減壓閥的泄油流量，減壓閥11.2閥芯完全關閉，當瞬時壓力升至2.5 MPa時，溢流閥 (作背壓用)12.1打開，液壓油回油箱;當AGC油缸瞬時縮回時，減壓閥11.2又瞬間打開為AGC油缸活塞桿腔補油;在軋鋼過程中，為了調整板形，AGC油缸不斷地微調，造成減壓閥11.2的閥芯不斷地打開與關閉。以上此種設計方案雖然能滿足實際使用要求，但是不符合減壓閥的設計使用要求，長期使用會降低減壓閥的壽命。

其次:由于此處將3對減壓閥、溢流閥與電液換向閥同時集成于一個閥塊上，用于滿足系統中的背壓與快速卸荷的要求，設計過于復雜、成本較高;且在調試過程中減壓閥 (11.1、11.2)和溢流閥 (12.1、12.2)壓力標定復雜，故障檢測、維修復雜極其不方便。

2 液壓系統優化設計

2.1 優化設計方案及原理

針對原液壓系統存在的不足與問題，作者做了以下優化設計。

2.1.1 優化設計方案

采用電磁換向閥4.2、液控單向閥3.2、三通比例減壓閥12(工作原理是減壓和溢流壓力同步設定，液壓油正向流動由P－A起減壓作用，反向由A－T起溢流作用)和壓力傳感器1.2來代替原系統中的二級減壓背壓設計方案 (圖1中右下角雙點劃線部分)，具體的方案如圖2所示。

圖2 優化設計后的液壓AGC系統原理圖

2.1.2 優化設計后的工作原理

(1)在軋鋼的狀態下，活塞桿伸出時，高壓油進入AGC油缸活塞腔的同時，通過三通比例減壓閥12減壓后 (減壓溢流壓力設定為2 MPa)進入AGC油缸有桿腔作瞬時補油背壓用，由于AGC油缸兩腔面積、供油壓力差作用，活塞桿腔的液壓油通過比例減壓閥的A-T口回到油箱。

當活塞桿縮回時，高壓油通過三通比例減壓閥12減壓后進入AGC油缸11.1和11.2的桿腔 (電磁換向閥4.1得電打開單向閥3.1，電磁換向閥4.2得電打開單向閥3.2)，防止吸空，活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱，活塞桿縮回。

(2)在換輥狀態下，AGC缸活塞桿需要縮回時，高壓油通過三通比例減壓閥12減壓后進入AGC油缸11.1和11.2的桿腔 (電磁換向閥4.1失電關閉單向閥3.1，電磁換向閥4.2得電打開單向閥3.2)推動活塞，活塞腔油液通過伺服閥7.1和7.2(伺服閥處于左位)回到油箱，活塞桿縮回。

(3)在急停快速卸載狀態下，AGC油缸活塞桿須快速退回時，高壓油通過三通比例減壓閥12(減壓至7MPA)，進入AGC油缸桿腔推動活塞;活塞腔的高壓油經過液控單向閥3.3和3.4(電磁換向閥9.1和9.2得電，單向閥打開)快速泄掉，AGC油缸卸載。

2.2 新系統的優點

(1)利用三通比例減壓閥結構特點完全解決了減壓閥11.2閥芯在軋鋼狀態下不斷地關閉與打開的問題。

(2)三通比例減壓閥是電流信號比例放大控制，壓力無極調節，壓力標定更準確、簡單，且穩定誤差小，提高了背壓的穩定性、可靠性與控制精度。

(3)三通比例減壓閥減壓、溢流壓力同步設定，大大簡化了液壓系統，同時也滿足了使用要求。

3 結論

六輥可逆冷軋機組液壓AGC系統經過上述的優化設計改造后，工作狀況良好，完全滿足用戶的使用要求;而且系統的穩定性、可靠性及控制精度等方面得到了很大的提高。

［1］成大先.機械設計手冊:潤滑與密封單行本［M］.北京:化學工業出版社，2004.

［2］《重型機械標準》編寫委員會.重型機械標準［S］.北京:中國標準出版社，1998.

［3］柴光遠，李國軍，許玉杰.液壓AGC系統改造［J］.機床與液壓，2008，36(7):161 －163.

［4］張利平.液壓閥原理、使用與維修［M］.北京:化學工業出版社，2007.