連鑄機扇形段驅動輥液壓同步分析

2018-03-02 08:12:24許建祥郝麗娟王保生

中國設備工程 2018年4期

許建祥，郝麗娟，王保生

（1.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063299；2.唐鋼國際工程技術有限公司，河北唐山 063000）

1 概述

板坯連鑄機的扇形段驅動輥采用兩個油缸控制（見圖1），在驅動輥提升和壓下過程中要保持速度和位置的同步，保證輥子與板坯的水平接觸和產生足夠的摩擦力來驅動板坯前行，驅動輥的同步控制采用兩個安裝在油缸上調速閥來實現，在生產中經常因為調速閥不同步造成的驅動輥卡住和壓偏的現象，不同步形成的原因主要是存在支撐框架摩擦力不均，由于驅動聯軸器造成的輥子偏載、液壓缸泄漏不均等情況。

圖1 扇形段驅動

2 調速閥的控制原理

扇形段的驅動輥的負載主要為驅動輥整體結構的重量和導向板的摩擦力組成，負載在運動中變化不大并且同步精度要求不太高，因此采用了價格比較便宜的調速閥回路。調速閥由閥體、減壓閥閥芯、調速閥閥芯組成，具有一定壓力的液壓油先經過減壓閥，減壓后的液壓油再經過節流閥，通過預設的彈簧力使節流閥前后的壓差保持恒定，節流口在一定開口度下流經節流閥的流量保持恒定，也就是調速閥的流量不受溫度和壓力的變化而保持恒定。在實際使用中通常采用先減壓后節流的結構，因為油液在經過減壓閥后溫度會升高，溫度升高后粘度下降，液壓油的流量會發生變化，為避免流量不穩定，通常采用先減壓后節流的方式。

調速閥通過調節節流閥的閥芯開口度來調節流量，減壓閥的作用是隨著負載變化自動調整節流閥的進口或出口壓力，保證節流閥的進出口壓差恒定，從而保證通過調速閥的流量恒定。調速閥的結構見圖2。

圖2 調速閥原理圖

系統的油液壓力為P1，經節流閥后壓力減為P2，油液經減壓閥壓力降為P3進入執行器，根據液壓油的不可壓縮性的原理，流經節流閥的流量即為通過調速閥的流量，在保持節流閥開口度不變的情況下，只要保證節流閥的前后壓差不變即可實現通過的流量穩定。

節流閥前后的壓差為：

△P=P1-P2

減壓閥閥芯的力平衡方程為：

P2·Ab+P2·Ac=P1·Aa+Fs

Aa為減壓閥閥芯大腔的截面積；Ab、Ac為減壓閥閥芯小腔的截面積。

Ab+Ac=Aa

Fs為彈簧力；

△P=P1-P2=Fs/Aa

當調速閥進出口壓力發生變化時，減壓閥閥芯的力平衡發生變化，減壓閥閥芯移動，壓力調節后又重新達到平衡，保證節流閥前后的壓差不變，即通過節流閥的流量保持恒定。例如，負載壓力因負載變化而P3增加，根據系統壓力由負載決定的原理，P1壓力也隨之增大，作用在閥芯左端的壓力增大，減壓閥閥芯向右移動，Xt的開口度增大，流經減壓閥閥口的截面積增大，流量增加，消除了因P3增大流量減少的問題，同時P2經過閥口的減壓作用減少，保證了△P=P1-P2不變，保證了節流閥流量的穩定。

3 扇形段的驅動輥調速閥穩定性分析

扇形段驅動輥由兩個液壓缸驅動，每個油缸上安裝1個調速閥和疊加式整流板，見圖3，在上驅動輥需要抬起和壓下時通過調速閥控制油缸的速度，保持驅動輥的同步。安裝整流板的作用是保證進出油缸的液壓油都通過調速閥，即能保證驅動輥上升下降的速度保持同步。流量調定后節流閥的開口保持不動，流量系數Cd與流體的雷諾數有關，當雷諾數增大到一定程度后流量系數只與孔口和管徑的面積比有關，與其他因素無關，當節流閥開口調定后流量系數保持不變。節流閥的開口很小時容易因污染物和極化分子的堆積造成堵塞，節流口面積會發生變化，因此應避免油溫過高，油液的清潔度應保持在NAS 7級以上，閥芯應做退磁處理并采用薄刃的結構形式。節流閥前后的壓差△P=P1-P2=Fs/Aa，彈簧力Fs與彈簧剛度和彈簧的壓縮量成正比，彈簧力的公式為Ft=K（X0+δ-X）。

式中：

K為減壓閥的彈簧剛度；

X0為減壓閥彈簧預壓縮量；

δ為減壓閥的預開口長度；

X為減壓閥的工作開口長度。

減壓閥的開口度X是變化的，要保持彈簧力穩定，就要減少X對彈簧力的影響。可以通過增大開口預開口度δ和通過減小彈簧剛度來增加彈簧預壓縮量的辦法來實現。根據理論計算和經驗，最小壓差不能低于0.5MPa,如果低于這個最小值，減壓閥起不到調節作用。

另外，雖然液動力和摩擦力對閥芯的運動影響較小，也不能忽視，可以通過改進閥芯的結構，例如錐形結構和增大閥芯截面積的方式來減少液動力的影響，提高閥加工精度和均壓槽的方式減少摩擦力的影響。