【文章內(nèi)容簡介】 軋輥 的 表面 ， 剝落和疲勞 等失效、破壞會加重。而軋機的工作壽命受制于軋輥軸承和軸頸的壽命。 軋輥軸承的疲勞破壞和輥頸的疲勞破壞， 會嚴(yán)重影響軋機的工作壽命。 經(jīng) 大量 研究證明 ,軋機 采用工作輥彎曲 的方式 時 ,上述因素引起 的對軋機的 壽命 影響會 降低 , 軋輥和軸承 的 正常使用壽命周期 可以不降低 。 造成這樣的原因是， 當(dāng)使用工作輥彎曲時，支撐輥 輥身的 兩端可 以 磨削成 一定的錐 度 ，這樣的話 工作輥和支撐輥之間在輥身端部 產(chǎn)生的應(yīng)力和工 作輥頸 所受到 的應(yīng)力 會大大降低 ， 進而 增加 了 軋輥表面接觸和工作輥頸的壽命 ，延長軋機的壽命。采用這種方法， 同時可增加彎輥 對于板形控制的 效果 ,減小 軋機從系統(tǒng) 所需的最大彎輥力。 傳統(tǒng) 板形控制方法， 是采用磨削一定形狀的原始輥型和通過冷卻液控制軋輥熱膨脹度 ,來調(diào)節(jié)、 控制板帶 的 形狀和橫向厚度差 ，進而控制板型。因此， 一些產(chǎn)品 (主要是薄、寬的 ) 的生產(chǎn)數(shù)量 受到限制 。采用液壓彎輥 后，板帶鋼的 品種規(guī)格的軋制程序周期 可以大大放寬，生產(chǎn)變得十分方便 ,除了延長 了 軋輥使用壽命 ,板帶產(chǎn)品 的 質(zhì)量 得到提高 外 ,軋機 板帶鋼 的產(chǎn)量 也 大大提高 。 液壓彎 輥的 使用靈活、響應(yīng)速度快 、 適用于在線調(diào)整 ，等優(yōu)點使他得到快速發(fā)展，成為目前 板帶軋機和平整機調(diào)整板形的最基本手段。 發(fā)展趨勢 現(xiàn)在，在四輥軋機中，不僅進采用液壓彎輥的技術(shù)，在軋機中，一般也采用帶有原始凸度的工作輥來調(diào)整控制效果， 由于采用具有原始凸度的工作輥 的方法也會帶來相應(yīng)的問題。比如經(jīng)濟發(fā)展對各種規(guī)格的板帶才都有需求，采用這種方法后，軋機的調(diào)整很困難，每次更改板帶的規(guī)格，都需要進第 1 章 緒論 5 行換輥，因此難以滿足復(fù)雜多變的軋制規(guī)程。 近年來， 隨著其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，比如汽車業(yè)、家電業(yè)等， 用戶對板形精度 提出的 的要求越來越 苛刻 ， 工業(yè)對板帶材的需求量越來越大，因此促進了板形控制技術(shù)的更新和突破 。 其他技術(shù)的更新也帶動了板形控制技術(shù)發(fā)展，比如，計算機控制技術(shù)、現(xiàn)在控制理論的發(fā)展。 現(xiàn)在，板形控制系統(tǒng)相關(guān)數(shù)學(xué)模型的建立，已經(jīng)不能滿足社會對板形的要求。因此，更加精確的數(shù)學(xué)模型的建立，現(xiàn)代控制技術(shù)在軋機中的應(yīng)用不足，成為制約板形精度提高的重要因素。 板形控制系統(tǒng) 是及其復(fù)雜的。它在實際中 是一個 非常復(fù)雜 復(fù)雜的 的非線性 控制系統(tǒng)。 現(xiàn)在應(yīng)用的模型是在很多假設(shè)和忽略很多問題后建立的比較簡單的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的建立與應(yīng)用中存在的差距是無 法避免的，他忽略了很多外界的不可控因素，比如軋制溫度的變化、外界沖擊等對系統(tǒng)的影響。雖然建立的數(shù)學(xué)模型達不到完全的精確，并和實際完全相符。數(shù)學(xué)模型的發(fā)展必然是進一步的精確，比如設(shè)計的剔除，加入各種因素的影響，從而時期進一步精確，進一步具有實際意義，是模型的發(fā)展趨勢。 現(xiàn)代控制 理論 的 完善與 發(fā)展，帶動了板形控制技術(shù)的發(fā)展， 同時現(xiàn)代控制理論和其他先進的控制理論在軋機中的逐漸應(yīng)用，使得板形控制系統(tǒng)的性能得到很大提高，比如傳統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)，比較前沿的模糊控制、人工智能控制等控制方法。另外由于軋機的工作環(huán)境比較惡劣，測量 技術(shù)在軋機中的應(yīng)用受到 極大挑戰(zhàn)， 新型板 形 測量儀的開發(fā)， 來適應(yīng) 軋鋼環(huán)境惡劣的測量環(huán)境，也是未來提高板形控制精度的必由之路。 近年來，隨著工業(yè)對板 形 的要求越來越苛刻，對板 形 的精度要求越來越高，以液壓彎輥為基礎(chǔ)的各類改進型軋機 也相繼出現(xiàn)，這些軋機多數(shù)是 采用板形控制新技術(shù)的新型板帶軋機。 它們的出現(xiàn)是對提高板形控制精度的巨大嘗試。 其中 ， 有代表性的 幾種軋機依次 是 HC 軋機， CVC 軋機， PC 軋機，VC 軋機。 多種軋機并存，說明了它們 各有優(yōu) 、 缺點， 同時也 說明未來軋機的板形控制方法 還是發(fā)展不成熟，沒有最優(yōu)的控制方法，板形控制技 術(shù) 還有很大的發(fā)展空間。 測量技術(shù)、 液壓技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)結(jié)合起來，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 將成為 提高 板形 控制精度 的發(fā)展趨勢。 本章總結(jié) 在我國， 由于板形控制技術(shù)起步比較晚，國內(nèi)的 板形控制系統(tǒng) ，大 多 是引進國外成套的先進 的 板形控制裝置，或 是 由國外公司提供技術(shù)幫助，然后在國內(nèi)進行安裝和調(diào)試，國內(nèi) 很少 有獨立自主研究成功的板形控制系統(tǒng)。運用液壓彎輥系統(tǒng) 技術(shù)，來 進行板形控制的技術(shù)處于相對落后的狀態(tài)。這使我國的 軋鋼業(yè)的發(fā)展受到國外很大的技術(shù)限制。 在本課題以 650 單機架四輥軋機為代表，通過對對液壓彎輥伺服控制系統(tǒng) 的設(shè)計與仿真分析 ,來對伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模型建立和控制方法進行改進，研究并提高其準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，快速性。 從而研究彎輥伺服控制系統(tǒng)的組成和工作原理，并試著對系統(tǒng)的控制性能進行調(diào)節(jié)，熟悉如何研究、驗證一個控制系統(tǒng)。 第 2 章 液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計要求和內(nèi)容 課題 650 單機架四輥軋機伺服控制系統(tǒng)為研究對象，進行深入的研究，在借助相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上， 理解 軋機板形控制的有關(guān)知識、 軋機的基本控制原理 。 重點 理解、 掌握板形控制的原理 液壓系統(tǒng)板形控制技術(shù)的工藝要求。然后參考以往的軋機液壓系統(tǒng)， 設(shè)計出符合課題要求的 液壓彎輥 伺服 控制 系統(tǒng) ， 并完成液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算和有關(guān)于元件的選型。完成 集成 塊、油箱 、泵站的設(shè)計 和三維建模 。 同時， 進一步對液壓 彎輥 伺服控制系統(tǒng)進行 數(shù)學(xué) 建模 和 仿真 。在 計算機軟件 matlab 中的 simulink 模塊中， 研究所建立的 液壓彎輥伺服控制 系統(tǒng)，然后調(diào)節(jié)改善系統(tǒng)的性能， 了解液壓伺服控制系統(tǒng)中各個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，并 運用所學(xué)的控制技術(shù)知識，對伺服控制系統(tǒng)的快速性，穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性進行研究并進行調(diào)節(jié)，最終得到與實際應(yīng)用要求相符的液壓彎輥伺服控制系統(tǒng) ，為系統(tǒng)的實際應(yīng)用，提供參考和技術(shù)支持 。 1 具體的系統(tǒng)參數(shù) （ 1） 液壓系統(tǒng) 的 壓力： 28Mpa； 第 2 章 液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計 7 （ 2）彎輥缸的 彎輥速度： ~3mm/s； （ 3）彎輥缸的 行程： 60mm； （ 4） 最 軋機所需的 大總彎輥力 （單側(cè)） ： 20T； （ 5）彎輥液壓伺服控制系統(tǒng)的 系統(tǒng)頻寬： ≥ 25HZ。 （ 6）彎輥液壓伺服控制系統(tǒng) 要求正彎與負(fù)彎采用 相同 伺服閥方案。 2 設(shè)計內(nèi)容 （ 1）彎輥液壓伺服控制系統(tǒng)的 設(shè)計計算； （ 2）彎輥液壓伺服控制系統(tǒng)的 施工設(shè)計； （ 3）彎輥液壓伺服控制系統(tǒng)的 仿真。 3 設(shè)計目標(biāo) 通過本課題， 熟悉 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計計算 ，學(xué)會閱讀液壓元件的樣本和參數(shù)，進而掌握液壓元件選型方法 ， 掌握液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計， 施工設(shè)計等，以及利用 matlab 中的 simulink 模塊進行 簡單仿真。 系統(tǒng)原理圖 液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)的控制回路，主要的液壓元件是換向閥和伺服閥。在系統(tǒng)的設(shè)計時，此部分需要滿足的設(shè)計要求和工藝要求為： （ 1）正彎輥與負(fù)彎輥采用共同伺服閥方案； （ 2）實現(xiàn)工藝要求：正、負(fù)彎輥工作狀態(tài)； （ 3）換輥彎輥缸縮回狀態(tài)，斷帶快抬狀態(tài)。 彎輥液壓伺服 控制系統(tǒng)采用正彎輥彎曲和負(fù)彎輥彎曲形結(jié)合的形式，進而擴大板形的調(diào)節(jié)范圍。正彎輥缸缸組與負(fù)彎輥缸缸組均有 8 個液壓缸組成，分別布置在軋機的兩側(cè)。因為正彎與負(fù)彎要采用同一伺服閥，所以在伺服閥的下游安裝電磁換向閥，來切換正負(fù)彎的工作狀態(tài)，同時為了保護伺服閥這一精密元件，在伺服閥的上有安裝精度為 5um的過濾器。 電磁溢流閥起到倆個作用：一是相應(yīng)彎輥工作時，起到安全保護的作用 。二是在快抬時都處于卸荷狀態(tài)，正負(fù)彎輥缸缸組在背壓的作用下完成快抬動作。 控制回路要設(shè)計出集成塊，所以為了檢修方便，在集成塊與泵站，集成燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 塊與執(zhí)行 元件之間加截止閥。 經(jīng)過研究、設(shè)計，此部分的原理圖在下圖中給出。 圖 21 控制回路的原理圖 液壓泵站部分滿足的設(shè)計要求： （ 1）提供穩(wěn)定的輸出流量和壓力； （ 2）保證油溫在正常的范圍內(nèi)； （ 3）保證液壓油的清潔。 泵站采用倆個液壓泵，主泵提供高壓，負(fù)責(zé)完成正負(fù)彎動作。輔泵有倆個作用：一是為主泵供油，保證主泵充分的吸油；二是為系統(tǒng)提供背壓，提高液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 為了減小系統(tǒng)由于電動機產(chǎn)生的振動，在倆個電動機與系統(tǒng)之間加軟管或橡膠接管，電動機的安裝也需要減震條。主泵通過電磁溢流閥可以實現(xiàn)無載 啟動，啟動方便。電磁溢流閥也起到安全保護的作用。系統(tǒng)的壓力、溫度、液位由壓力繼電器、溫度繼電器和液位控制器分別控制。 泵站主要有：液壓泵、電動機、電磁溢流閥、過濾器以及其他液壓輔件組成。 第 3 章 液壓系統(tǒng)元件的計算與選型 9 圖 21 泵站部分的原理圖 本章總結(jié) 本章在參考大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，了解了板形控制的相關(guān)知識，明白了液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)對板形控制的實現(xiàn)原理。掌握了液壓彎輥控制板形需要滿足的設(shè)計要求、工藝要求和工作原理。在此基礎(chǔ)上，初步設(shè)計出了液壓彎輥伺服控制系統(tǒng)的原理圖，初步擬定了系統(tǒng)所需的液壓元件，系統(tǒng)的原理圖將在后期的 研究進一步改進。 第 3 章 液壓系統(tǒng)元件的計算與選型 液壓油缸的主要尺寸的確定 設(shè)計的液壓彎輥伺服控制系統(tǒng) 有 8 個正彎輥缸， 8 個負(fù)彎輥缸 。系統(tǒng)設(shè)計要求為單側(cè)彎輥力最大為 20T。 (1) 工作壓力 P 的確定 每個彎輥缸 的所需的軋制力 ： ? ? NFFLLS 44m a x ~~3254~32 ?????????????????? 燕 山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 式中 LSF ：額定負(fù)載力， N； LmaxF ：最大負(fù)載力， N； 則 額定負(fù)載 壓 力 可以確定為 ： sLs PP 32? 式中 LsP ：額定負(fù)載壓力， Mp； sP ：系統(tǒng)壓力 28Mp； (2) 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿徑 d 的計算 液壓缸 的活 塞面積 由公式可以計 算出 ： 2364m a xm a x 10282 mpFpFA sLLLP ?? ???? ????? 式中 PA ： 活塞面積， 2m ； 求出活塞面積后，進而求出活塞桿的直徑為： 42DAP ?? 最終的到的活塞桿直徑為： mAD P 23 ?? ?????? ?? 式中 D： 活塞直徑， m； 根據(jù)機械設(shè)計設(shè)計手冊 （ JB/T79381999)第四卷的相關(guān)內(nèi)容，將活塞的面積圓整成標(biāo)準(zhǔn)值為 ： D=100 mm。 活塞的面積確定后，由經(jīng)驗公式可以 初步計算活塞桿直徑 ： mmD 60401 0 040d ????? 式中 d： 活塞桿直徑， mm； 液壓缸的額定負(fù)載壓力可以計算出為 ： ? ? ? ? ~ ~ 24s MPAFAF PLsPLsL ?? ????? ? 最后得到液壓缸的主要參數(shù)為： 活塞直徑： D=100 mm； 活塞桿直徑， d=60mm； 行程： s=60mm。 第 3 章 液壓系統(tǒng)元件的計算與選型 11 液壓自制。 伺服閥的計算與選型 根據(jù)設(shè)計出的控制系統(tǒng)的原理圖，可以得到，伺服閥的流量為 8 個液壓缸總的負(fù)載流量，大小可以計算出為： ? ? ? ? m in/~~ 62 LAPL ??????? ?? 式中 PA ：活塞面積， 2m ； Lq ：伺服閥流量， L/min； 考慮到系統(tǒng)的泄露，故將伺服閥的額定流量提高 15%30%，則 : m in/)~()~( Lq ??? 伺服閥額定流量（油口壓差為 7Mp） : 式 中 nQ ：伺服閥額定流量， L/min； p? : 閥口壓差， MPa； 根據(jù)初步選用力士樂的電液伺服閥，根據(jù)樣本，考慮到電液伺服閥的額定流量公差： m in/)~()~( LQ ??? 參閱力士樂的樣本，進一步確定伺服閥的型號。最終確定采用力士樂公司的伺服閥，根據(jù)樣本選擇型號為 :4WS2EM62X/15B11ET315K17EV。 4通 2 級伺服閥，采用外置電子放大器，通徑為 6mm，額定流量 15L/min,控制方