双机架平整机组液压辊缝调节系统优化

1.概述

某冷轧厂双机架平整与二次冷轧机（简称双机架平整机）主要是对冷轧过并且退过火的带钢予以平整和对镀锡原版进行二次冷轧。双机架平整机的辊缝调节柱塞缸放置在下机架的横梁上，是推上控制。虽是推上控制，但在带钢连轧机伺服系统中仍统称压下系统，其辊缝控制量仍称压下量。为区别起见，本节将系统称为推上系统，将其辊缝控制量仍称压下量。平整机上机架横梁上还设有机械辅助压下装置。设置该装置是为了调整轧制线的高度，同时在轧辊直径有变化时也由此装置进行调整轧制线的高度。

（1）辊缝调节液压系统的技术参数（见表11-4）

表11-4 辊缝调节液压系统的技术参数

（2）推上柱塞缸控制用伺服阀 Moog73-103型伺服阀在阀压降为7MPa时的额定流量是38L/min。伺服阀输入电流范围为-7.5～7.5mA，2个线圈并联，电阻为200Ω。

（3）推上系统的辅助仪器 在一台机架上配有：2套辊缝测量系统（位置传感器），测量范围为50mm，测量精度为0.002mm；2个压力传感器，额定工作压力为25MPa。

2.双机架平整机液压辊缝调整系统组成

双机架平整机液压辊缝调整系统如图11-10所示。要说明的是，为了减少图幅和图中的连接油管，便于读者分析液压原理，在图11-10中将推上柱塞缸和回程缸二者合一，画成了活塞缸的符号。

双机架平整机组22/15MPa液压系统是供平整机的液压辊缝调整和工作辊弯辊装置共用的。两个系统共用一个容量为6000L的油箱。该油箱由不锈钢板焊接而成。油箱通向泵的吸油管路上装有带终端开关的截止阀，只有当截止阀打开后，泵才能起动工作。其中22MPa液压系统供平整机的液压辊缝调整，以下只介绍22MPa液压辊缝调整系统。

22MPa液压辊缝调整系统按其工作性能可分为由伺服阀控制的22MPa辊缝调整的推上系统，以及泵站内部循环过滤冷却兼推上回程背压的1MPa系统。

（1）22MPa液压辊缝调整推上系统 推上柱塞缸（含回程缸）25安装在机架的下横梁上，带有导槽和聚四氟乙烯密封装置。每个机架有两个推上柱塞缸，而每个推上柱塞缸配有控制阀座。控制阀座由2个并联的伺服阀6、22和其他控制阀组成，设置在轧机机架的下部，而泵装置、蓄能器站以及油箱装置、1MPa泵站都设置在平整机的地下油库中。

1）液压泵装置。22MPa泵组设有4台带压力调节系统的变量轴向柱塞泵11，三台泵工作，一台泵备用。泵和系统用单向阀连接，以保证系统的工作压力。每台泵设置了一个溢流阀18，阀的调定压力为23MPa，此阀在泵站中起安全阀的作用。由于柱塞泵具有恒压变量特性，故此泵组未设一般定压系统泵站所常用的卸荷阀组。

为了防止电动机的误操作造成泵吸空或烧毁的事故，在泵站的起动装置上设有电气联锁装置，即在各泵的吸油口和油箱之间装有手动截止旋塞和极限开关，使吸入旋塞的关闭信号与泵起动联锁，只有完全打开泵吸油口的手动截止旋塞，泵组才能够起动，否则便无法起动。在22MPa/15MPa液压系统中的各泵均有此类装置。泵装置参数列在表11-5中。

工作介质为矿物油，运动黏度近似为33.5mm²/s，油液最合适的工作温度为30～50℃。

2）主油路系统。由带压力调节装置的变量轴向柱塞泵从油箱中吸入液压油，然后向系统供给恒定的压力为22MPa的液压油，压力由溢流阀19调定。液压油通过单向阀进入22MPa的蓄能器站（内有两个过滤蓄能器装置，其中一个备用），再到每个压下缸的伺服阀控制盘，对压下缸进行控制。被过滤的液压油经过可变节流阀2分别输送给控制推上柱塞缸的4个控制阀座。就一个控制阀座而言，液压油首先通过过滤精度为10μm的带电气污染指示的过滤器20，经过2次过滤的清洁液压油方可进入两个并联的伺服阀6和22，最后送入推上柱塞缸25的无杆腔。另一部分液压油从蓄能器站过滤后不经过控制阀座而直接输入推上柱塞缸的两个回程缸24和26的有杆腔。2个有杆腔在整个工作过程中始终通入22MPa的液压油，在轧制时起背压稳定作用，在非工作过程起回程的液压弹簧作用。通过螺杆泵10输出的1MPa液压油经过电磁换向阀8供给回程缸的无杆腔，作为回程缸的背压。

表11-5 泵装置参数

两个并联的伺服阀根据操作给定的电气信号使推上柱塞缸停留在指定的工作位置上。在轧制过程中，由于各种因素（如轧件厚度变化）使推上柱塞缸的位置发生变动，或压力值发成变化时，由各种检测仪器测出实际值与给定值比较后的偏差值，再转换成差动电流信号输送给伺服阀，伺服阀或向推上缸供油，或使推上缸的排油经回油管返回油箱。推上柱塞缸的返回是通过回程缸的液压力推动的。

伺服阀进油路上溢流阀7的调定压力为系统额定压力22MPa，而伺服阀出口端溢流阀5作为伺服阀和系统的过载保护，它的调定值为23MPa。在工作过程中，第一机架的两个推上柱塞缸从柱塞和缸体间泄露的油被引入另一油管直接返回油箱。

3）快速返回油路。凡属正常的返回操作均由伺服阀控制。当轧机要重新调试、换辊操作以及轧机工作中出现紧急事故（如发生断带、电气故障、最大轧制力的控制时间超过10ms的20%等）时，电磁换向阀21接通，1MPa的液压油将液控单向阀打开，电磁换向阀8接通，回程缸无杆腔的1MPa液压油回油箱，推上柱塞缸的液压油在回程缸以及轧辊支撑辊重力作用下通过液控单向阀从T₂回油管返回油箱，推上柱塞缸快速返回。

4）22MPa蓄能器站。因为恒压变量柱塞泵变量过程中在一个很短的过渡时间内有压力波动，故设置蓄能器站既可使液压泵排出的高压油过滤清洁，又可消除变量柱塞泵变量时的压力波动以及补充泵流量的瞬时不足。

22MPa蓄能器站有两个并联的囊式蓄能器1和流量为330L/min、过滤精度为10μm的带目视电气污染指示器的过滤器4。蓄能器站的所有元件安装在带有油槽的蓄能器架上。从泵站出来的22MPa液压油经过两个并联的带杠杆的截止阀，然后进入两个并联的高压过滤器。通过过滤器的液压油经两个并联的单向阀和一个可变节流阀2，送入辊缝调整系统的四个控制阀座。

在每个蓄能器管路上装有一个调定压力为30MPa的溢流阀3（作安全阀用），用以防止系统在工作过程中出现压力超过工作压力35%的破坏事故。

5）控制伺服阀。双机架平整机组的四个伺服阀分别控制两个机架上的四个推上柱塞缸。控制阀座上的液压元件采用板式和插装式集中安装。以第一机架传动侧的伺服控制阀座为例，从蓄能器站来的22MPa液压油经过一个精度为10μm的带电气污染指示器的过滤器，然后进入两个并联的伺服阀。伺服阀由调节器给的偏差电气信号控制推上柱塞缸进行工作。两个并联的伺服阀的流量特性曲线如图11-11所示。

图11-11 流量特性曲线

这两个伺服阀在工作过程中的情况是这样的：一个伺服阀的流量曲线经过零点，只要一有偏差信号电流就能有对应的流量流出；而另一个伺服阀有3mA的死区，当调节器输出小的信号电流，如3mA以内时，一个伺服阀工作，另一个伺服阀不工作。当输入较大信号电流，如大于3mA时，两个伺服阀同时工作。这就是说，压下量的微量调节由一个伺服阀操作完成，而压下量的正常调节由两个伺服阀同时工作实现。当流量曲线通过零点的伺服阀出现故障时，另一个有死区的伺服阀立即由电气操作改为流量特性通过零点的工作状态，继续参与轧制。这样，轧机压下装置的操作就不受干扰。因为第二个伺服阀立即调到规定的输出流量，这个坏的伺服阀必须在1h内换掉。通过电子传感器对轧制力进行在线监控，当轧制力超过额定数值时，伺服阀在卸载方向完全打开，压下液压缸的快速返回油路也接通，使轧机卸载。

在伺服阀进油口有两个4L的蓄能器，用以消除压力波动和流量不足，而在伺服阀的回油口装了一个4L的蓄能器，用以改善伺服阀的响应特性。推上系统的伺服阀离推上柱塞缸的距离越近，系统的响应性能越理想。

（2）1MPa泵站内部循环冷却系统 该系统由一台螺杆泵10、一个溢流阀9、一个带电气污染指示器的过滤器和一套冷却器及冷却水控制装置等元件组成。

螺杆泵在轧机的整个工作过程中始终是运行的。泵站输出的液压油经过单向阀和电磁换向阀8进入压下系统回程缸的无杆腔，作为回程液压缸的背压，增加系统的稳定性。1MPa液压油还作为推上柱塞缸的快器返回油路的4个液控单向阀的控制油源。此系统的1MPa压力由溢流阀9调定。此溢流压力调定值为1.5MPa，其中0.5MPa作为管路系统的压力损失值。

1MPa的泵站内部循环冷却系统的液压油作为平整机组的8个回程缸的背压和4个快速返回油路控制的总耗量是有限的，故螺杆泵输出160L/min的液压油主要通过溢流阀返回油箱。由于外界的气温和22MPa/15MPa系统的各类压力阀溢流回来的液压油是造成系统油温上升的主要原因，因此螺杆泵选择的160L/min流量除作为液压油源外，主要对油箱内油液进行过滤和冷却，防止油箱中油液温升过高。

（3）油箱装置 油箱装置由一个6000L的高级合金钢焊制的油箱、循环泵系统以及过滤冷却系统等组成。油箱的最低液位高于22MPa/15MPa系统的所有泵组的吸油口这样解决了高压柱塞泵以及螺杆泵自吸能力不足的问题。

中间隔板把油箱分成吸油室和回油室，使经过沉淀后的回油溢入吸油室，隔板上开有连通口把两室的油液互通，一则使两室保持同一液面，二则在吸油量大时便于补充。

油箱的液位控制由具有两个触点的浮动开关来实现，触点1为高液位报警信号，触点2是泵站低液位的事故紧急停车信号。

油的工作温度为30～50℃。油的加热和冷却由6个接触式温度计予以自动控制。油的冷却系统由冷却器及附冷却水通断阀组成。此水的通断阀借助于接触式温度计进行开关控制，用以接通冷却水或者关闭冷却水。油的加热系统由接触式温度计控制电加热器进行加热。

当油温达到50℃时，接触式温度计使冷却水通断阀接通，冷却水对油进行冷却；当油温降到40℃时，接触式温度计使冷却水通断阀通电，关闭冷却水。当油温降到30℃的低温时，接触式温度计接通6个电加热器进行电加热；当油温上升到40℃时，接触式温度计关闭6个电加热器停止加热。

接触式温度计能给出“油太冷”和“油太热”的报警信号。

油箱的端部设有油标，可在油库里直接看出油箱内的实际油位。

油箱的加油通过油箱上装备的通风过滤器进行，以保证加入油的清洁。油箱在整个工作过程中液位变化时也是通过过滤器排气和吸入清洁的空气来保持油箱内的气压的。

3.双机架平整机的带钢厚度调节原理

双机架平整机的带钢厚度调节原理如图11-12所示。

双机架平整机的机座2是平整机组的主令机座。旋转速度和轧辊负载均保持不变。机座1和机座2之间的带钢张力由一个张力传感器和张力调节器控制，通过调节机座1的旋转速度实现。

图11-12 双机架平整机的带钢厚度调节原理

带钢厚度的实际值h，用机座1、2后的γ射线测厚仪来测量，机座1后的带钢厚度给定值和实际值的差送到带钢厚度调节器，调节器将校正信号送至机座1的轧辊位置给定装置，因此带钢厚度的波动值主要由机座1来消除，其公差由机座2后的测厚装置检测，并作为一个校正信号通过调节器反馈到机座1后面的厚度给定装置。

轧辊负载调节系统相当于一个位置调节系统，负载给定值用十进位开关和旋钮开关给定，并存于储存器中，延伸调节装置的校正值加于负载给定值上，所加的辊缝负载实际值与给定值的偏差送到负载调节器。平整机的2个机架都设有位置调节装置和负载调节装置，由转换开关做两种调节方式的转换。如果轧辊负载调节转为位置调节方式工作，则负载储存器的储存信号总跟随轧辊总负载的实际值。

辊缝偏差位置的给定值由扭转开关设定于储存器内。偏差值与实际值的比较信号送于偏差调节器，从而以相同的量作用于一个正伺服阀和另一个负伺服阀。

这样的位置调节是调节辊缝两边的平均值。偏差位置调节是调节辊缝两侧和中间位置的差值。这种调节只有在辊缝位置得到调节时才能起到作用。

此外，轧辊调节系统有一个长行程装置，长行程最大范围为60mm。有两种运动速度通过一定的正电压和负电压直接作用于伺服阀，使推上柱塞缸动作。当长行程结束时，系统必须自动接通工作辊平衡系统，还要关闭负载和位置调节，使轧辊的转速为零。长行程运转在倾斜位置调整时进行，即长行程运转前轧辊存在倾斜位置，当长行程结束时，推上柱塞缸要正好调到所达到位置的实际值。

双机架平整机辊缝控制及调节系统由位置调节控制和负载调节控制两个闭环组成。

位置调节检测装置由线性位置传感器（直接测得轧制过程中的位置实际值）和给定值预调整装置组成。给定值预调整装置用于调整推上柱塞缸的位置并使给定值预调整稳定，调整装置包括扭转开关、脉冲发生器、储存器和位置数字指示器等。

厚度控制的给定值预调整装置带有扭转开关、脉冲传感器、存储器和位置指示相加器，用于控制机座传动和操作侧两端轧辊的位置。位置调节器及输出级用于控制伺服阀。

负载调节包括轧辊负载测量装置，带有压力传感器、精确测量放大器、辊缝负载指示及差动负载指示器。负载给定值预调整装置带有扭转开关、脉冲发生器和存储器，用于给定值数字指示并使给定值预调整稳定。输入装置用于带材平整压缩量的控制。

4.双机架平整机液压推上系统特点

1）双机架平整机液压推上系统的安装位置及系统的组成、结构特点与五机架的液压压下系统基本相同。双机架平整机液压推上与轧辊平衡系统共用一个圆形油箱，高压泵的型号、规格与五机架液压压下系统虽然不同，但性能相同，其也是变量轴向柱塞泵，带有压力补偿装置，当供油量有变化时，压力仍然保持恒定。

2）每个辊缝调整缸都有一个控制盘，上面装有两个伺服阀和相应的其他类型阀。各种阀都集中安装在一个控制盘上的好处是减少管路连接，减少漏损和沿程损失，使伺服阀和液压缸距离近，因此控制灵敏。双机架平整机用控制盘上的伺服阀前后没有液控单向阀，当任一伺服阀出现故障时，轧机只有停车才能进行伺服阀的更换和修理。

3）辊缝测量与五机架辊缝测量一样，也是采用光栅式位置传感器（详见五机架辊缝测量部分），但是安设数量和位置不同。在每个调整缸的缸体上都安设一个位置传感器，位置传感器测头与缸盖相贴，轧制时，如果柱塞和固定在柱塞上的缸盖移动，位置传感器便发出检测信号。

4）双机架辊缝调整缸是柱塞式液压缸。柱塞缸的两侧装有两个直径很小的回程缸，回程缸固定在柱塞缸的缸体上，辊缝调整缸则是安放在机架框架的底部。其优点是：①控制辊缝调整缸用的伺服阀控制阀座直接安设在距离液压缸很近的地下室内，控制灵敏，节省管路，操作维护拆装方便；②辊缝调整缸直接安设在机架窗口的框架底部，不需要调整缸的悬挂装置；③调整缸设在下面，环境虽然较脏，但是在调整缸上采用了特殊的罩盖，使污水杂物等不会浸入缸内；④当出现紧急事故，需要卸掉液压缸内的液压油时，只需接通二位四通电磁阀，液压缸前面液压油管路上的液控单向阀开启，液压缸的液压油就排回油箱。