一種軋機軋輥液壓平衡系統的分析及改進

曹毅

(中冶賽迪工程技術股份有限公司流體系統部，重慶400013)

軋輥平衡裝置主要用來平衡軋輥及軸承座等裝配的重力，以消除由于軋輥、軸承座與壓下螺絲之間以及壓下螺絲與壓下螺母之間存在間隙所造成的軋輥咬入軋件時產生的沖擊。軋輥平衡裝置主要有彈簧平衡、重錘平衡和液壓平衡3 種方式。液壓平衡裝置因具有機械結構緊湊、工作平穩、速度響應快、操作和拆卸方便等特點，得到廣泛的應用。

文中以某廠大型型鋼生產線引進的某種大型兩輥可逆式開坯機為例，介紹一種新型軋輥液壓平衡系統，并根據國內實際情況對其進行相應的改進。

1 軋機原有軋輥液壓平衡系統分析

1.1 原有軋輥液壓平衡系統工作原理

由于各類軋機具有各自的特點，而液壓系統的設計也應體現這些特點，所以要想全面了解此種軋輥液壓平衡系統的工作原理及特點就必須首先對該軋機的機械結構進行分析。

圖1 為該種兩輥可逆式軋機立面示意圖，圖2 為該種兩輥可逆式軋機A－ A 斷面示意圖。該種軋機上工作輥平衡裝置7 在傳動側和操作側各有一個雙作用雙活塞桿油缸，分別垂直安裝在軋機牌坊1 中傳動側和操作側牌坊的外部，兩側油缸下部活塞桿通過一個框架式的橫梁連接起來，上工作輥2.2 掛在這個框架式的橫梁上，隨著整個上工作輥平衡裝置7 上升或下降。工作輥2 的輥縫通過電動壓下裝置5 驅動上工作輥2.2 上下調整。

圖1 兩輥可逆式軋機立面示意圖

圖2 兩輥可逆式軋機A－ A 斷面示意圖

由于上工作輥2.2 掛在上工作輥平衡裝置7 上，所以輥縫調整時上工作輥平衡裝置要一起隨動。

接下來將軋機機械結構特點和軋輥液壓平衡控制回路結合起來分析軋輥液壓平衡系統的工作原理。由于軋機機械結構特點決定了軋輥液壓平衡系統傳動側和操作側液壓缸的控制既是相對獨立的又是緊密關聯的，所以以單側液壓控制回路為例(見圖3)。

圖3 軋輥液壓平衡控制回路

如圖3 所示，每側平衡液壓缸內裝有位移傳感器用于采集液壓缸活塞及活塞桿的位置以此來間接監控上工作輥裝配和上工作輥平衡裝置的位置變化;每側液壓缸下有桿腔裝有壓力傳感器1 用于采集平衡工作腔的壓力以此監控上工作輥平衡力，它與高頻響比例方向閥2 形成一個壓力閉環控制;每側液壓缸上有桿腔由一個三通減壓閥3 和一個兩位電磁換向閥4 控制，提供一個設定好的背壓。

(1)當整個系統進行平衡動作時，高頻響比例方向閥根據設定的平衡力與壓力傳感器反饋的實際平衡力的差值不斷調整自身開口度直到實際平衡力近乎等于設定值。平衡建立后的壓下和抬起由壓下電機來實現，兩側平衡缸隨動。

(2)當換輥時，先是上工作輥上升，此時，高頻響比例方向閥與平衡動作時控制方式完全相同，當上工作輥上升到一定的位置時(由平衡缸位置傳感器檢測)，停止上升，拉動下工作輥，使上、下工作輥錯位到標定位置后(由換輥液壓缸位移傳感器檢測)，然后上工作輥開始下降，此時壓下電機一個小(剛好壓下為準)的電流壓下，高頻響比例方向閥處在不工作狀態，上有桿腔兩位電磁換向閥4a 端得電，同時三位電磁換向閥5a 端得電，平衡缸上有桿腔無壓，直到上、下工作輥中心距為設計要求值后，壓下電機停止壓下;之后上有桿腔兩位電磁換向閥4b 端得電，上有桿腔產生設定好的背壓，平衡油缸以一個小的速度繼續下降，大約行走一段距離(靠位移傳感器檢測)，此時三位電磁換向閥5a 端失電，處于中位機能，平衡油缸停止下降，人為脫離鉤子，將上、下工作輥拉出軋機牌坊。以上過程要人為調節調速閥6，使操作側和傳動側的平衡缸速度相同。

1.2 原有軋輥液壓平衡系統的特點

通過對軋機軋輥平衡裝置機械結構和液壓控制回路的分析，可以發現該種軋輥液壓平衡系統有以下特點:

(1)傳動側和操作側可以設置不同的平衡力，并能根據軋輥的不同隨意調整設平衡力;

(2)可以和換輥裝置配合實現自動快速換輥;

(3)可以隨意調整壓下電機的匹配速度，跟隨性好;

原液壓控制回路的設計充分體現了該種軋機軋輥平衡裝置的結構特點，而且很好地滿足了設備工藝要求、自動化程度高，但其也存在以下缺點:

(1)每側平衡缸采用高頻響比例方向閥和壓力傳感器組成的壓力閉環控制，此種壓力閉環控制系統電控設計和維護難度大，出現故障的概率也較大;

(2)兩側平衡缸還存在隨動中的同步問題，特別是在抬起過程中。兩側同步需要高頻響方向閥和位移傳感器配合來完成，但同步與壓力閉環控制同時實現的匹配難度大。

2 軋機原有軋輥液壓平衡系統的改進

2.1 改進后軋輥液壓平衡系統工作原理

目前國內電控在比例方向閥構成的壓力閉環控制設計上依然與國外存在很大的差距，而且目前國內鋼廠的電控維護水平也偏低，并不能很好地保證此種系統的正常運行，這都影響了該種性能先進的大型兩輥可逆式型鋼軋機在國內的推廣應用。為了改變此種現狀，作者在不改變軋機機械機構的前提下對原有的液壓平衡回路進行了相應的改進(見圖4)。

如圖4 所示，每側液壓缸仍裝有位移傳感器用來監控上工作輥裝配和上工作輥平衡裝置的位置變化;每側液壓缸下有桿腔仍裝有壓力傳感器用于采集平衡工作腔的壓力以此監控上工作輥平衡力;每側上有桿腔仍然由一個三通減壓閥2 和一個兩位電磁換向閥3 控制，提供一個設定好的背壓。每側平衡液壓缸下有桿腔改由三通比例減壓閥4 來控制該腔的平衡力，而兩側液壓缸同步改由帶整流板的調速閥6來實現。

圖4 改進后的軋輥液壓平衡控制回路

改進后當整個系統進行平衡動作時，由于改換的三通比例減壓閥本身輸出壓力，其輸入信號與輸出壓力直接成線性比例，所以三通比例減壓閥不再需要和壓力傳感器1 構成壓力閉環控制，只需輸入與設定平衡力相對應的輸入信號就可以使下有桿腔的實際平衡力達到設定值。平衡過程中壓力傳感器只起到監控作用而不再直接參與控制。

當平衡建立后電機壓下和抬起時，兩側平衡缸隨動時的同步是通過調節帶整流板的調速閥來實現，而且軋輥平衡裝置隨動速度與電機壓下和抬起速度的匹配也是通過調節該帶整流板的調速閥來實現。

2.2 改進后軋輥液壓平衡系統的特點

由以上分析可以發現改:進后的液壓控制系統仍體現了該軋機機械結構特點，這一點是和原有液壓控制系統一致的，但它也具有以下特點:

(1)由比例減壓閥替換比例換向閥來實現壓力控制更加簡單便捷，不再需要采用壓力閉環控制，電控系統設計更加簡單，調試維護也更加簡便;

(2)兩側液壓缸的同步采用帶整流板調速閥來實現，而壓力由三通比例減壓閥來實現，從而將壓力控制和同步控制隔離開，更易于電控系統的設計，使現場調試的工作更加簡單，而且日常使用的可靠性也大大提高。但是改進后的液壓控制系統也存在以下缺陷:

由于采用調速閥來實現兩側液壓缸的同步和與壓下電機速度匹配問題，每次調整速度只能靠人工手動調節兩側的調速閥，比較麻煩。

3 結論

通過對原軋輥液壓平衡系統和改進后軋輥液壓平衡系統工作原理、性能特點的分析可得出如下結論:

(1)液壓控制系統的設計及改進要充分體現其機械結構特點才是正確而理想的設計;

(2)改進的液壓平衡控制系統在達到原有系統技術特點和要求的同時，大大降低了電控設計、調試及日常維護的難度，更加貼近國內鋼鐵行業的基本現狀。

目前該改進后的液壓控制系統已經在國內一些鋼廠得到實際應用，取得了很好的效果，對提高我國型鋼生產水平起到一定的促進作用。

［1］沈茂盛．型鋼生產知識問答［M］．北京:冶金工業出版社，2003:82－83．

［2］王愛軍．軋輥平衡液壓回路的改進設計［J］．河北冶金，2006(2):37－39．

［3］路甬祥，胡大工．電液比例控制技術［M］．北京:機械工業出版社，1988．

［4］張樹英．軋輥平衡液壓回路的設計改進［J］．液壓與氣動，2007(9):72－74．