【正文】 ........................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................... 34 致謝 ............................................................................................................................................. 36 摘要 本設(shè)計(jì)為卷取機(jī)跑偏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。按照給定的每一部分的控制要求，借鑒已有的設(shè)計(jì)方案，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工作中的問(wèn)題繪出卷取機(jī)跑偏控制系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖，以 及其集成塊、油箱等設(shè)計(jì)圖紙。同時(shí)對(duì)液壓傳動(dòng)理論、液壓元輔件的選擇與設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為深入的學(xué)習(xí)。 本設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū)還闡述了卷取機(jī)跑偏控制電液控制裝置與氣液、機(jī)液裝置的比較。論述了卷取機(jī)跑偏控制的研制重點(diǎn)和難點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)介紹了其設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程所出現(xiàn)的問(wèn)題以及幾次修改設(shè)計(jì)的原因進(jìn)行了綜合分析。 關(guān)鍵詞 :跑偏 電液伺服 集成塊 液壓元輔件 Abstract abstract: This paper is a design on hydraulic serve system of coiling machine. According to every part’s requirement and the problem of hydraulic and press system of hydraulic serve system in practice, using the existent system design designed a hydraulic serve system of coiling machine. I draw the picture of press and hydraulic system of coiling machine, synchronous cylinder and so on. In the meantime, a thorough research is done about the theory of hydraulic drive system, design and selection of hydraulic ponents and accessories. There is also has the parability about electronichydraulic mechanicalhydraulic and pneumatichydraulic. The structure principles and design features of hydraulic serve system of coiling machine systematically expounded. The experiment on design is introduced in great detail. Exposed problems in the design and the cause of amending design several times are analyzed synthetically. Keywords:electronichydraulic servo, integrated block, hydraulic ponents and accessories 第 1 頁(yè) 1 緒論 隨著軋鋼生產(chǎn)向自動(dòng)化、連續(xù)化、高速化方向的發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代軋鋼設(shè)備的重要組成部分，在張力控制、位置控制和速度控制上都可以看到它們的應(yīng)用。這里介紹生產(chǎn)中用到的一類(lèi)帶鋼卷取跑偏電液伺服控制系統(tǒng)。 電液伺服系統(tǒng)是指將電氣（含電子系統(tǒng)）和液壓兩種傳動(dòng)方式結(jié)合起來(lái)組成的控制系統(tǒng)。在電液伺服控制系統(tǒng)中，用電氣和 電子元件（有時(shí)需要與計(jì)算機(jī)接口）實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)、傳遞和處理，用液壓傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這樣可以充分利用電氣系統(tǒng)的方便性、智能性以及液壓系統(tǒng)響應(yīng)速度快、負(fù)載剛度大的特點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)更具 適應(yīng)性。電液伺服系統(tǒng)是綜合性能很好的控制系統(tǒng)。 在國(guó)外，能夠進(jìn)行機(jī)電液和自動(dòng)化整體設(shè)計(jì)制造能力的公司很多。其中水平較高的公司有德國(guó)的 SMS～ DEMAG 公司、日本的石川島播磨 (IHI)公司和三菱 (MHI)重工業(yè)公司。還有一些公司，例如奧鋼聯(lián)、美國(guó)的 TIPPINS 等，則處于二流水平。從總體水平上看，德國(guó)和日本的幾家公司的卷取機(jī)的夾送輥，一次上機(jī)壽命一般是 2～ 個(gè)月，卷取鋼卷數(shù)約 20xx0～ 25000 卷，卷取重量為 60～ 75 萬(wàn)噸。卷筒的壽命，一次上機(jī)使用能達(dá)到卷取 100 萬(wàn) 噸鋼卷 的能力。 目前世界上最先進(jìn)的卷取機(jī)還有 :美國(guó)伊利諾斯州阿克梅金屬公司理費(fèi)代爾廠新投資的卷取設(shè)備，印度～德羅伊斯帕特公司，意大利 AST 公司特爾尼廠和朝鮮韓寶公司等。這幾家工廠新投入使用的卷取設(shè)備基本一致，在帶鋼出了末架精軋機(jī)之后，經(jīng)輸出輥的層流冷卻系統(tǒng)，冷卻到要求的卷取溫度后，通過(guò)三個(gè)帶有液壓傳動(dòng)壓緊輥 (即助卷輥 )的地下卷取機(jī)卷取，三個(gè)助卷輥采用分級(jí)控制即自動(dòng)壓緊、松開(kāi)。設(shè)備中增加了導(dǎo)板、導(dǎo)輥液壓缸來(lái)完善卷取裝置，側(cè)導(dǎo)板以較小的力間接地接觸帶鋼邊部，通過(guò)兩個(gè)液壓缸調(diào)整拉輥間隙。由國(guó)內(nèi)自己制造的軋機(jī)，其水平遠(yuǎn)低 于上述指標(biāo)，主要表現(xiàn)在軋制速度上 第 2 頁(yè) 不去，其中主要原因之一就是張力精度不滿足要求，為此，如何提高冷軋卷取機(jī)張力系統(tǒng)的控制精度是有待解決的問(wèn)題。 軋制過(guò)程中較大的張力可以使軋制過(guò)程穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)高速軋制，實(shí)現(xiàn)良好的板形，但是張力過(guò)大容易造成斷帶，帶卷變形，退火粘結(jié)，因此要在軋制過(guò)程中調(diào)節(jié)好帶鋼所受張力，而張力的調(diào)節(jié)主要就是通過(guò)調(diào)節(jié)軋機(jī)兩側(cè)的卷取機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電樞電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。 帶鋼在運(yùn)送輥?zhàn)由闲凶?，只要帶鋼和輥?zhàn)颖砻嬗薪佑|，并在一定的摩擦阻力界限之內(nèi)，那么在帶鋼上的各點(diǎn)，就會(huì)和輥?zhàn)拥闹行木€成直 角行走，帶鋼的張力是平均分布的。即當(dāng)帶鋼靠上輥?zhàn)訒r(shí)，帶鋼就會(huì)垂直于輥?zhàn)拥闹行木€行走。如果運(yùn)送輥?zhàn)又g是相互平行的，帶鋼與輥?zhàn)又g接觸在摩擦阻力界限之內(nèi)，帶鋼平直，斷面厚薄均勻，則作用在帶鋼上的張力分布均勻，這樣，帶鋼在輥?zhàn)由闲凶呔筒粫?huì)“跑偏”，只能保持在運(yùn)行的軌道中心，無(wú)側(cè)向位移。 (1)對(duì)帶鋼卷取機(jī)控制裝置進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，分析卷取機(jī)跑偏控制系統(tǒng)存在的不足，找出導(dǎo)致其缺點(diǎn)的原因所在，提出改進(jìn)的措施并制定出控制方案 。 (2)確定液壓動(dòng)力元件的參數(shù)，在綜合考慮帶鋼跑偏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng) 主要元件進(jìn)行設(shè)計(jì)選型并建立數(shù)學(xué)模型，分析其控制性能 。 (3)設(shè)計(jì)帶鋼卷取機(jī)跑偏電液伺服系統(tǒng)，用 Matlab 軟件進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施。 第 3 頁(yè) 2 卷取機(jī)跑偏控制系統(tǒng)的組成及工作原理 帶鋼跑偏的原因 帶鋼在運(yùn)送輥?zhàn)由闲凶?，只要帶鋼和輥?zhàn)颖砻嬗薪佑|，并在一定的摩擦阻力界限之內(nèi)，那么在帶鋼上的各點(diǎn)，就會(huì)和輥?zhàn)拥闹行木€成直角行走，帶鋼的張力是平均分布的。即當(dāng)帶鋼靠上輥?zhàn)訒r(shí)，帶鋼就會(huì)垂直于輥?zhàn)拥闹行木€行走。如果運(yùn)送輥?zhàn)又g是相互平行，帶鋼與輥?zhàn)又g接觸在摩擦阻力界限之內(nèi)，帶鋼平 直，斷面厚薄均勻，則作用在帶鋼上的張力分布均勻，這樣，帶鋼在輥?zhàn)由闲凶呔筒粫?huì)“跑偏”。只能保持在運(yùn)行的軌道中心，無(wú)側(cè)向位移。 但由于以下幾點(diǎn)原因，實(shí)際上在帶鋼運(yùn)送中還是會(huì)發(fā)生“跑偏”。 （ 1）帶鋼斷面不均勻的影響。如果帶鋼斷面不均勻，帶鋼兩邊厚薄不一，帶鋼本身就成了鐮刀彎形狀，而帶有鐮刀彎的帶鋼上的各點(diǎn)，也趨向于與輥?zhàn)又行木€成直角，引起了跑偏。這種鐮刀彎形狀帶鋼在平行運(yùn)送輥?zhàn)由弦鸬膸т摰呐芷渑芷颗c鐮刀彎的程度，帶鋼張力的大小和兩個(gè)運(yùn)送輥?zhàn)又g的間距大小有關(guān)。 （ 2）輥?zhàn)訋缀涡螤畹挠绊?。輥?zhàn)釉诩庸ぶ杏?可能呈錐形，或者圓柱形輥，在長(zhǎng)期運(yùn)行中由于單邊磨損大，而呈錐形。由于錐形輥?zhàn)邮箮т搹埩Ψ植疾痪鶆?，使帶鋼總是向輥?zhàn)哟值囊欢伺芷ｅF度小，帶鋼張力分布不均勻程度小；錐度大，帶鋼張力分布不均勻度大，帶鋼邊緣跑偏越大。所以錐度的大小影響了跑偏的速度。 （ 3）運(yùn)送輥?zhàn)虞S向不平行的影響。如果帶鋼在兩個(gè)互不平行的運(yùn)送輥上運(yùn)行，但帶鋼總是有要與輥?zhàn)映芍苯勤厔?shì)，就產(chǎn)生了跑偏。 （ 4）輥面質(zhì)量的影響。傳送帶材的輥?zhàn)颖砻娴馁|(zhì)量也影響帶材的跑偏，輥?zhàn)颖砻娴拇植诔潭炔灰?，帶有螺紋形的橡膠輥，或者鍍層的輥?zhàn)?，都同樣?huì)使帶鋼邊緣跑偏。 （ 5）兩端壓力不均的橡膠夾送輥。如果帶鋼在兩根互相受壓不均的橡膠輥之間夾送時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生于錐形輥?zhàn)由舷嗨频男?yīng)，帶鋼傾向于向壓力較小、夾送輥開(kāi)口大的一端偏移。 第 4 頁(yè) （ 6）來(lái)料鋼卷的影響。來(lái)料鋼卷邊緣參差不齊，或成塔形，都對(duì)帶鋼運(yùn)行是一擾動(dòng)，使帶鋼邊緣跑偏。 （ 7）帶鋼張力波動(dòng)的影響。帶鋼張力波動(dòng)，特別是由于帶鋼張力系統(tǒng)沒(méi)有調(diào)整好，引起帶鋼張力的強(qiáng)烈波動(dòng)，也造成帶鋼在行走中的跑偏。 （ 8）帶鋼運(yùn)送中的氣流和液流的影響。運(yùn)行中的帶鋼受側(cè)向氣流或液流的影響，同樣會(huì)發(fā)生跑偏。 （ 9）塔式或臥式活套中的運(yùn)動(dòng)輥導(dǎo)向精度的影 響。各種活套中，運(yùn)動(dòng)輥的導(dǎo)向精度也直接影響著帶鋼的跑偏。如臥式活套中，活套小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌道的誤差，鋼軌的松動(dòng)，活套支承門(mén)架的安裝誤差，傳送和換向輥的磨損等，都要造成帶鋼的跑偏。 由上可見(jiàn)，帶鋼邊緣跑偏的影響因素眾多，跑偏是不可避免的。帶鋼邊緣跑偏不僅使帶卷邊緣無(wú)法卷齊，而且會(huì)使帶鋼邊緣碰撞、折邊，拉壞設(shè)備并造成嚴(yán)重的斷帶停產(chǎn)事故。因此，在帶鋼軋制、酸洗、退火、鍍錫、鍍鋅等機(jī)組中，多在鋼帶比較長(zhǎng)，輥系多的地方設(shè)立對(duì)中裝置。而在卷取機(jī)前面，為了減少卷取機(jī)入口的帶鋼邊緣跑偏，提高鋼卷的邊緣精度，在卷取機(jī)前也安裝了對(duì)中 裝置。卷取機(jī)本身采用浮動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)帶鋼邊緣位置跟蹤控制。 減少帶材跑偏的措施 保證輥?zhàn)訄A柱表面制造精度及機(jī)組安裝精度。這是防止跑偏的辦法之一 ,但不是唯一的辦法。也并不能從根本上解決跑偏問(wèn)題。 增大張力，這樣可以減少帶材跑偏 ,但不能完全消除 ,由于張力增大 ,使設(shè)備重量增大 ,投資也相應(yīng)增大。若張力超過(guò)彈性極限時(shí) ,會(huì)引起帶材邊部波浪形斜紋或皺紋 ,張力很大時(shí) ,還可以拉斷帶鋼。 放寬輥?zhàn)虞伱鎸挾?,這樣可以達(dá)到粗定心 ,但這個(gè)辦法是消極的 ,很不經(jīng)濟(jì)的。在某些情況是不適應(yīng)的。 降低機(jī)組速度 ,可減少跑偏。如美國(guó)某 廠設(shè)計(jì)速度為 1000m/min 的連續(xù)退火機(jī)組。來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求 ,當(dāng)速度超過(guò) 3500m/min時(shí) ,帶材出現(xiàn)過(guò)大的橫向偏移 (跑偏 ),出現(xiàn)帶鋼與退火爐磚墻相碰 ,影響正常生產(chǎn)。后來(lái)只好降低機(jī)組速度 ,才能維持正常生產(chǎn)。 上述措施 ,由于經(jīng)濟(jì)效果差 ,不是十分理想的辦法。因此 ,實(shí)際上是不經(jīng)常單獨(dú)采用的 ,目前常采用下述方法來(lái)控制跑偏： (1)采用定心輥及定心輥組使帶材自動(dòng)定心 ,起糾正跑偏和防止跑偏的作用。 第 5 頁(yè) (2)采用帶自動(dòng)控制系統(tǒng)的擺動(dòng)輥。 (3)采用帶自動(dòng)控制系統(tǒng)的浮動(dòng)開(kāi)卷機(jī)。 (4)采用帶自動(dòng)控制系統(tǒng)的浮動(dòng)卷取機(jī)。 (5)采用其他定心裝置。 常用的校正措施有： (1)機(jī)械式：如加導(dǎo)向輥，能自動(dòng)定心的雙錐輥等； (2)電動(dòng)式：用光電檢測(cè)元件，檢測(cè)跑偏信號(hào)控制直流電機(jī)進(jìn)行糾偏，可使作業(yè)線速度達(dá) 2m/s； (3)液動(dòng)式：用檢測(cè)元件檢測(cè)跑偏信號(hào)控制液壓缸，可大大提高控制速度，從而大大提高機(jī)組速度與卷齊質(zhì)量 按照不同機(jī)組 ,選用上述不同控制跑偏方法。 卷取機(jī)跑偏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 166。164。 x166。164。 x 圖 帶鋼開(kāi)卷機(jī)跑偏控制設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)圖 圖 為帶鋼卷取機(jī)跑偏控制裝置原理及液壓系統(tǒng)圖 ， 由與卷簡(jiǎn)剛性連接的光電檢測(cè)器檢測(cè)帶鋼的橫向跑偏量，偏差信號(hào)經(jīng)放大器輸入至伺服閥，由伺服閥控制液壓缸驅(qū)動(dòng)卷筒，使卷筒向跑偏方 向跟蹤。當(dāng)跟蹤位移相等時(shí)，偏差信號(hào)為零，卷筒處于新的平衡位置，使卷筒上的鋼帶邊緣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卷齊。該系統(tǒng)能充分發(fā)揮電子和液壓兩方面的優(yōu) 第 6 頁(yè) 勢(shì)。通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的校正、補(bǔ)償和測(cè)試很方便，因而便于改善和提高系統(tǒng)的性能。 卷取機(jī)的卷筒 1 將帶鋼 2 收卷連續(xù)運(yùn)動(dòng)的帶材，帶鋼在收卷時(shí)產(chǎn)生隨機(jī)跑偏量Δ x。卷取機(jī)及其傳動(dòng)裝置安裝在平臺(tái) 3 上，在主液壓缸 4 的驅(qū)動(dòng)下平臺(tái) 3 沿導(dǎo)軌 5 在卷筒軸線方向產(chǎn)生的軸向位移為Δ xp， 跑偏量Δ x 在跑偏傳感器 6 感受后產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)輸入液壓控制系統(tǒng)使卷筒產(chǎn)生相同的位移即糾偏量Δ xp，使Δ xp跟蹤Δ x，以保證卷取的帶材平齊。主液壓缸 4 和跑偏傳感器液壓缸 7 都是由電液壓伺服閥 8 進(jìn)行控制。液控單向閥組 9， 10 及換向閥 11 組成轉(zhuǎn)換油路， 12 位油源。系統(tǒng)投入工作前先使跑偏傳感器液壓缸 7 與電液伺服閥 8 相通，使跑偏傳感器自動(dòng)調(diào)零，然后轉(zhuǎn)換油路是主液壓