特厚板坯連鑄機液壓同步回路的應用

陳國防，丘銘軍，寧 博，王訓安，解通護

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

特厚板坯連鑄機液壓同步回路的應用

陳國防，丘銘軍，寧 博，王訓安，解通護

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

本文對應用在特厚板坯連鑄機的同步回路進行了介紹。該同步回路精度要求高,中間包車升降采用調速閥控制，同步精度控制在1 mm內；扇形段輥縫調節裝置采用高頻開關閥控制，同步精度保證在0.05 mm內；結晶器調寬采用比例閥同步控制，同步精度保證在0.1 mm內。該板坯連鑄機運行穩定，結果表明各液壓同步控制回路的設計和配置合理。

同步回路；高頻開關閥；調速閥；比例閥；同步馬達

0 前言

在板坯連鑄機中，許多設備都涉及到多個執行元件同步工作的問題，目前常見的方式是采用液壓同步回路來完成其相關的功能，如中包車同步升降、扇形段輥縫夾緊控制、結晶器在線調寬和引錠對中等等。本文以中國重型機械研究院設計的某鋼廠的特厚板坯連鑄機為背景，詳細論述了一些液壓同步回路在板坯連鑄機中的應用。

1 中間包車調速閥控制同步回路

中間包車是連鑄機中結構比較復雜的較大型關鍵設備，用來運載中間包，在烘烤與澆鑄位置之間運行。按工藝要求，中間包車應具有升降等多種功能。中間包車工作時液壓缸同步與否，不但直接影響連鑄機的作業率，還影響操作工人的人身安全，因此中間包車升降必須考慮液壓缸同步性，其同步升降裝置是中間包上升、下降的關鍵機構。本板坯連鑄機中間包升降液壓系統采用調速閥來調節兩個液壓缸升降同步，并通過使用小通徑電磁換向閥進行補油及泄油來確保同步精度的控制，其控制原理如圖1所示。根據連鑄機中間包車相關工藝要求，其液壓同步升降裝置控制如下：

上升過程：通過調節兩個調速閥保證兩個液壓缸基本同步，然后通過位移傳感器來判別兩個液壓缸的差距，當位移差超過2 mm時，速度慢的液壓缸由小通徑電磁換向閥向液壓缸塞腔補油，直至該液壓缸與參考液壓缸位移差值在允許的范圍內時停止補油。上升過程中，任意過程停止時，主閥停止供油，以位移高的液壓缸為基準，通過小通徑電磁換向閥向液壓缸塞腔補油，將兩液壓缸位移差縮小在1 mm內，以消除累計誤差。

圖1 中包車調速閥控制同步回路

下降過程：下降過程中，當兩缸位移差超過2 mm時，通過小通徑電磁閥給速度慢的液壓缸塞腔泄油，加快其下降速度，直至該液壓缸與參考液壓缸位移差值在允許的范圍內時停止泄油。若泄油過程中，液壓缸位移差仍不斷擴大，到達5 mm時，給速度快的液壓缸塞腔補油，延緩其下降速度。這種情況下，當位移差超過10 mm時，主閥停止，給位置低的液壓缸塞腔補油與另外一個液壓缸齊平，然后重復下降過程。下降過程中，任意位置停止時，主閥停止供油，泄油停止，以位移高的液壓缸為基準，通過小通徑電磁換向閥向液壓缸塞腔補油將兩缸位移差保證在1 mm內，以消除累計誤差。

這種調速閥控制同步回路的特點如下：

(1)采用通徑16電液換向閥作為主閥，通徑6電磁換向閥作為補油閥的控制回路，采用阻尼孔控制補油速度，阻尼孔的尺寸在設計階段由計算及仿真來確定。在調試階段，根據調試實際情況，可以適當改變阻尼孔的大小來滿足液壓缸工作的速度和平穩性。

(2)采用雙重液壓鎖來保持中包車當前位置。液壓鎖2和安全閥1設計在同一個油路塊上和液壓缸集成在一起，避免了管路泄漏導致液壓缸下降的可能性。液壓鎖5和6的存在使得液壓鎖2失效或者下降閥(電磁換向閥7)誤動作情況下，中包車仍能保持當前位置。

(3)本同步控制液壓回路具有原理簡單，抗污染能力強，投資少，維護方便等優點。

2 輥縫調節裝置高頻開關閥控制同步回路

扇形段遠程輥縫調節是連鑄機實現輕壓下功能的必要技術，也是實現改變鑄坯厚度規格快速完成設備調整的先進技術，更是現代連鑄機設備最重要的標志性技術。扇形段遠程輥縫調節。具體的調節方式是對扇形段的入、出口側輥子設定目標輥縫值，通過扇形段遠程輥縫調節控制裝置與帶位移傳感器的扇形段夾緊缸構成的對扇形段夾緊缸的位置閉環系統，自動將扇形段的入、出口側輥子的輥縫值調整到目標輥縫值。這樣，根據生產中鑄坯凝固末端的位置及要求的輥縫值，可以實現連鑄機的輕壓下功能。另外由于采用輥縫調節裝置構成的位置閉環控制系統，能自動將扇形段的輥縫值調整到目標輥縫值，因而使連鑄機變更鑄坯厚度變得十分容易，大大減輕了連鑄生產現場的調整時間及工人的勞動強度，提高了作業率。控制閥裝置的工作原理如圖2所示。

圖2 輥縫調節裝置高頻開關閥控制同步回路

輥縫調節裝置的控制：系統工作時，實時采集四個夾緊液壓缸位移傳感器數值，以四個液壓缸運動位移最小者為基準，其它液壓缸的位移值與之相比較得到各缸的偏差位移量，再將該偏差位移量送至PLC中，按照一定的控制算法進行處理，并輸出控制高頻開關閥動作的信號，從而調節夾緊液壓缸的輸入流量，消除位移誤差，最終達到四缸同步運動的目的。由高頻開關閥控制的夾緊液壓缸精度可以達到±0.05 mm，遠大于工藝要求的±0.1 mm，完全滿足使用要求。

板坯連鑄機采用的輥縫調節裝置的核心部分是高頻開關閥，用該閥來代替控制方式復雜、維修困難、費用昂貴，且對油液清潔度比較敏感的比例閥或者伺服閥。高頻開關閥主要有以下幾個特點：

(1)可快速排除輥縫調節裝置故障。通過閥的信號給定、液壓缸兩腔壓力測量點的設置，使得輥縫調節裝置在發生故障時可以快速進行診斷，方便及時排除問題，極大提高了檢修效率。

(2)響應快。高頻開關閥的響應時間達到15 ms左右，完全能滿足系統的性能要求。

(3)調節速度穩定。高頻開關閥在給定信號的情況下，能保證液壓缸的升降速度穩定在1 mm/s左右。

(4)成本低，易維護。同比例閥或者伺服閥相比較，高頻開關閥價格便宜、控制方式簡單，對油液敏感度較低。

3 結晶器調寬比例閥控制同步回路

結晶器在線調寬技術是目前鋼鐵廠普遍采用的一項新技術，它有效解決了因生產多種尺寸規格的板坯而帶來的頻繁更換斷面所需時間較長的問題，有效地縮短了澆鑄周期，提高了連鑄機作業率，滿足了多種尺寸規格板坯生產的需要。結晶器在線調寬裝置用于在線調整結晶器左右兩個窄面銅板的間距，以實現改變鑄坯斷面尺寸的功能，從而無需更換不同斷面的結晶器，提高了生產效率。結晶器左右兩個窄面銅板的移動是由左上、左下、右上、右下四個位置的伺服液壓缸驅動。結晶器液壓調寬裝置主要包括伺服液壓缸、高頻響比例閥、液壓鎖、溢流閥、通斷閥、壓力傳感器和位移傳感器等，原理如圖3所示。所有閥集成在油路塊上，裝在伺服液壓缸后部。每個結晶器有四組液壓調寬裝置，其主要的作用為: (1)設定斷面。按照機械工藝要求，每一側窄面上下兩個液壓缸在保證相應銅板為一定錐度的情況下同步前進，到達設定斷面尺寸，如圖4所示；(2)實現保錐功能。在澆鋼時，需要時微調高頻響比例閥，使得液壓缸保持在一定位置，從而保證窄面銅板的錐度和位置不變。

圖3 結晶器比例閥控制同步回路

圖4 結晶器在線調寬示意圖

結晶器液壓調寬和保錐的控制方法：系統工作時，窄面單側上下兩個伺服液壓缸在保證結晶器銅板為一定錐度的情況下同步運動。以上下側伺服液壓缸運動速度慢者為基準，另外一個伺服液壓缸的位移值與之相比較得到兩缸的偏差位移量，將偏差位移量送至PLC中，按照一定的控制算法進行處理，并輸出控制高頻響比例閥動作的信號，從而調節液壓缸的輸入流量，消除位移誤差，最終達到單側同步運動的目的。在澆鋼時，任意位置液壓缸位移值如果與設定值差超過一定值，通過調整高頻響比例閥信號來調整液壓缸的位置，使得位置誤差控制在一定范圍之內。如果位移值通過調整仍不斷增大，超過一定數值后，設定使得高頻響比例閥停止動作且通斷閥斷電，這時伺服液壓缸位置就被液壓鎖鎖定，澆鋼結束后查找故障原因。通過在鋼廠的現場實踐，這種液壓控制方式應用得很成功。

結晶器液壓調寬的回路設計特點：

(1)全液壓控制，結晶器窄面錐度無級調整；

(2)調錐速度快，一般幾分鐘能結束調錐過程；

(3)可視化程度高，易于查找故障。壓力傳感器實時反饋液壓缸兩腔壓力變化情況；利用高頻響比例閥帶閥芯反饋功能，可實時觀察閥的工作狀態；位移傳感器顯示實時位移，并通過閉環控制實施控制策略。

(4)由比例閥拉制的同步回路精度可達0.1 mm，完全滿足使用要求。

4 其他液壓同步回路

中間包車調速閥控制同步回路、輥縫調節裝置高頻響開關閥控制同步回路和結晶器調寬比例閥控制同步回路，其同步控制回路的共同特點是對同步的精度要求相對較高，電氣上使用了閉環控制來達到工藝的要求。在某鋼廠特厚板坯連鑄機液壓系統中，還有一部分液壓回路相對來說控制精度一般，所以采用了常見的控制回路完全能滿足使用要求，主要有調速閥和同步馬達兩類。

(1)調速閥控制同步回路。在出坯區區域，脫引錠液壓缸、引錠對中液壓缸和去毛刺機升降液壓缸都采用了調速閥控制回路。調速閥控制同步回路適應于同步要求適中且要求運行速度基本不受負載影響、流量不是很大的回路。調速閥控制同步液壓回路原理和控制方式比較簡單，圖5為引錠對中同步回路原理，可以實現速度無級調節，但是通常會受到調速閥性能差異、負載的均勻分布程度和管道的布置方式等因素的影響，同步精度一般小于5%，但完全可以滿足液壓回路的工藝使用要求。

圖5 引錠對中同步控制回路

(2)同步馬達控制回路。在出坯區區域，一切下輥道平移液壓缸、二切下輥道平移液壓缸和推垛機液壓缸都采用了同步馬達控制回路。同步馬達分為齒輪式馬達和柱塞式馬達兩種，具有在高壓、大流量范圍內可獲得較高的同步精度的特點，齒輪式同步馬達可以在負載較為均衡的情況下獲得較高的同步精度，而柱塞式馬達可以在具有負載偏差較大的情況下獲得較高的同步精度，齒輪式同步馬達的同步精度一般小于2%，柱塞式同步馬達的同步精度一般小于1%。同步馬達控制液壓回路原理和控制方式比較簡單，圖7為一切下輥道平移同步馬達控制回路原理，其同步誤差主要取決于負載的均衡程度、介質油的溫度和粘度、系統的壓力及負載的壓力變化率、總流量及流量的連續性、同步馬達及執行元件間的含氣量等。根據同步馬達的特點和機械工藝的要求就可以選擇合適的同步馬達來實現要求的使用功能。本系統中的三種同步回路都采用了齒輪式同步馬達。

圖6 一切下輥道平移同步馬達控制回路

5 結束語

中國重型機械研究院設計的各種液壓同步回路在某鋼廠特厚板坯連鑄機連續運行三年以來，工作穩定，故障率極低，極好地滿足了各項功能要求，結果表明各種液壓同步回路的設計和配置合理，值得以后在連鑄機設計及應用中大力推廣。

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專利介紹

一種RH精煉爐熱彎管移動裝置及方法(CN103757180A)

本發明的目的是提供一種 RH 精煉爐熱彎管移動裝置及方法，以便能減少投資，提高生產節奏，減少設備部件，提高可靠性，在較小的空間里安放雙工位 RH 爐外精煉設備。

本發明涉及一種RH精煉爐熱彎管移動裝置及方法，該裝置至少包括：第一真空處理槽、真空抽氣管道、第二真空處理槽，真空抽氣管道在第一真空處理槽和第二真空處理槽之間布置，在真空抽氣管道和第一真空處理槽之間或真空抽氣管道和第二真空處理槽之間連接有熱彎管，熱彎管平行坐落在移動小車上，通過驅動裝置、變頻電機、制動機構集中控制，使熱彎管在真空抽氣管道和第一真空處理槽之間或真空抽氣管道和第二真空處理槽之間進行切換動態連接。本發明能減少投資，提高生產節奏，減少設備部件，提高可靠性，在較小的空間里安放雙工位RH爐外精煉設備。

本發明改變了傳統的設計思路。由于設備簡化，可靠性提高，投資費用減少，大大縮小了設備的占地面積，節省了設備和儀器儀表閥門。

Hydraulic Synchronous Circuit Application of CCM

CNEN Guo-fang, QIU Ming-jun, NING BO, WANG Xun-an, XIE Tong-hu

(China National Heavy Machinery Research Institute Co. Ltd.，Xi’an 710032，China)

Hydraulic synchronous circuits applied in slab continuous casting machine were introduced, tundish car lifting circuit was controlled by flow control valve，got the precision of 1mm. Segment roller gap adjusting circuit was controlled by high frequency on-off solenoid valve, which achieved the precision of 0.05mm. Mould width adjusting circuit was controlled by proportional valve， which meet the precision of 0.1mm. This slab CC machine runs stable, it showed that the design and configure of hydraulic synchronous circuits are reasonable.

synchronous circuit; high frequency on-off solenoid valve; flow control valve; proportional valve; synchronous hydraulic motor

2016-10-16；

2016-12-09

陜西省工業科技攻關項目(2016GY-010)

陳國防(1985-)，男，工程師，從事專業：液壓傳動與控制。

TP393

A

1001-196X(2017)03-0078-05