液壓伺服閥技術在連鑄機振動系統中的應用

胡 波

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司制造部，山西 太原 030003）

1 連鑄機振動系統和液壓伺服系統概述

現階段小方坯連鑄機使用的結晶器振動曲線都以非正弦規律振動為主，而非正弦振動的驅動裝置主要以變頻電機驅動的機械式、液壓缸驅動的液壓式和伺服電機驅動的電動式。液壓伺服控制的液壓缸驅動可以實現動態實時數字控制非正弦振動。如圖1中的實線所示，實現結晶器和鋼坯二者之間存在負滑動；速度曲線按照正弦規律變化，加速度曲線按照余弦變化。

圖1 正弦及非正弦規律曲線

液壓伺服系統的特點：液壓伺服系統在結晶器振動中所占的體積小，功率大、容易實現自動化控制；液壓伺服系統一般都應用于高精度的設備上，采用進口設備，保證了運行的可靠性和穩定性；液壓伺服系統控制由計算機程序和PLC相結合實時控制。

2 液壓原理

液壓結構圖如圖2所示，原理如圖3所示，振動信號由曲線生成器生成控制信號，通過伺服閥控制，曲線生成器由電腦通過PLC設定振動曲線（振幅和頻率）。液壓缸反饋的壓力和位置信號由曲線生成器來修正參數，修正后的信號來控制伺服閥。只要改變曲線生成器的相關參數便可改變振動的參數，伺服閥便可控制液壓缸按照設定的曲線進行振動。

圖2 液壓系統結構圖

圖3 液壓系統原理圖

3 設備構成

1）振動系統設備組成。振動臺架、液壓驅動裝置、設備本體配管。振動臺架由固定架、活動架、底座、上連桿、下連桿、軸承、銷軸等組成；液壓驅動裝置由伺服缸、伺服閥、傳感器等組成。

2）振動曲線。正弦或非正弦，在線可調；振幅：0～6 mm，在線可調；振頻：30～300次/min，在線可調；偏白：≤0.15 mm；伺服缸：Φ80 mm/Φ50 mm；伺服閥：MOOG；傳感器：MTS。

3）液壓系統設備組成。液壓泵系統、油箱、冷卻器、過濾器、蓄能器、閥站、管路等。液壓泵系統由電動機、恒壓變量柱塞泵（美國威格士）、防振襯墊、集油盤、彈性聯軸器、聯軸器罩組成；泵組通過減震器安裝在一個共同底座上。每臺泵的吸油管路上設有帶限位開關的蝶閥和避震喉。出油管路上設有高壓軟管、壓力過濾器、單向閥、調壓閥塊、壓力表和球閥等。油箱采用不銹鋼矩形油箱，內分吸油區和回油區，均配有檢修孔；帶隔板或隔網、油溫計、液位指示器、電加熱器、空氣濾清器、取樣、排污閥等。每個閥站由集成塊底座、集成塊、控制閥、閥架等組成。

4）油箱容積。3.5 m3，材質不銹鋼，最高工作溫度：≤55℃；工作介質：多元醇脂聚酯阻燃液壓油；恒壓變量柱塞泵：125 mL/r（122.5 L/min），3臺，2用1備，工作壓力：21 MPa；電機：55 kW，980 r/min；循環泵：190 mL/r（273.6 L/min），2臺 工作壓力：1 MPa；電機：7.5 kW；電加熱器：2 kW；過濾器：油液清潔度6級；冷卻器：列管式換熱器16M-ZZ 16 m3。

4 安裝要求

液壓伺服系統對液壓油清潔度要求較高，需達到NAS6級，本文主要介紹NAS6級液壓油過濾方法和結晶器與振動架的安裝要求，其他設備不再贅述。國產46號液壓油一般為NAS10級，無法滿足伺服系統需求，進口NAS6級液壓油成本太高，因此選用現場過濾方式，將NAS10的國產新油過濾至NAS6級，具體方法如下。

4.1 液壓站內液壓油的循環過濾

準備1 000 L的循環泵1臺，1 000 L的過濾器10套（配10μm濾芯），濾芯20個（5μm/3μm各10個）。

1）先用20μm的濾芯打循環1 d，中間取油樣進行檢測2～3次，若沒有達到NAS9級，繼續打循環，直到達到為止。

2）達到NAS9級后，過濾器換5μm的濾芯繼續打循環1～2 d，中間取油樣進行檢測3～5次，同上，直到油液清潔度達到7級為止。

3）達到NAS7級以后，過濾器換3μm的濾芯繼續打循環2 d，中間取油樣進行檢測3～5次，直到油液清潔度達到NAS6級，滿足使用要求為止。

4）建議。5μm，3μm的濾芯各多備10個，當超過計劃時間后油液清潔度仍沒有達到相應級別，更換濾芯再繼續打循環。

4.2 配管管路吹掃和沖洗

配管完成后，與液壓站連接處、各油缸用點連接處斷開，通壓縮空氣吹掃（可分段吹掃），清除管路施工過程中留下的殘渣。然后將油缸用點通過軟管短接，用循環泵（自備油箱）沖洗1 d。

4.3 結晶器與振動架安裝技術要求

結晶器和振動架之間需進行密封實驗，用1.25 MPa的壓力水保壓15 min，檢查滲漏情況。

振動架上表面與外弧基準線保證符合表1要求，通過實驗墊片調整振動架使其上表面水平度誤差控制在0.2/1 000以內。

表1 振動架上表面與外弧基準線 mm

振幅的調整使用百分表檢查結晶器內壁的擺動量，測量前將結晶器內壁清理干凈，制作百分表支架固定在澆筑平臺上，將百分表指針打在結晶器內壁，開始振動，測量橫擺量，以設計圖紙為依據進行測量調整。

5 結語

小方坯結晶器振動系統自2019年9月投入運行后，具有以下功能。

1）實現4.3 m/min的拉速，提高坯面質量，減少了結晶器振動臺的設備故障和維修成本。

2）液壓伺服振動裝置實現拉速和振動頻率、振幅自動連鎖，實現自動控制。

3）采用高振頻、小振幅，將振頻隨拉速增加而減小改為振頻隨拉速增加而增大，適應板坯連鑄的生產需要。

4）采用液壓伺服振動裝置降低了生產成本，減少了能源的消耗，改善了崗位工人的操作環境，減輕了操作工人的工作環境。