液压控制系统结业论文
第二章 液压矫直机的工作原理和系统构成
2.1 矫直原理
液压矫直机矫直原理：金属材料不管其原始弯曲程度有多大差别，但是在较大弹塑性弯曲条件下，其在弹性回复后残余弯曲程度差别会明显减小，甚至会趋向一致。随着压弯程度的降低，残余弯曲会趋于零值，从而达到矫直目的。辊式矫直机的工作原理就是：在矫直辊压下力的作用下，使板带材发生弹塑性变形，当消除矫直力，板带材弹复后，一部分的原始曲率减少了。剩余的曲率则作为下一个矫直辊的原始曲率，经过多个矫直辊的作用，剩余曲率逐渐减小、最后使板带趋于平直[18]。由于钢板中性层的金属不发生屈服变形，因此整个钢板不可能产生固定的延伸。当钢板在宽度方向上某些区域以一个较小的半径发生弯曲时，就会使长度较短或绷得较紧的部分延伸，如图2.1所示。这些地方的延伸仅限于钢带外层金属，也是和拉伸矫直的不同之处，最终钢板达到较高的平直度，形成的残余应力可以在进一步弯曲或剪切时被消除[19]。
图2.1 方钢坯连铸机工作示意图
2.2液压矫直机的设备机构及用途概述
液压矫直机由矫直机本体、换辊装置、主传动装置三大部分组成。 2.2.1矫直机本体
矫直机本体由预应力机架、液压压下装置、平衡装置、辊系、接轴托架装置、机架辊装置、液压弹簧卡紧装置、平台及梯子等部分组成。主体的机械机构如图2.2所示。
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图2.2 机械结构
（1）预应力机架
机架采用预应力框架焊接结构。由两个上横梁、两个中间框架、底座、四根预紧螺杆、八个螺母（四个液压螺母）组成。机架的装配是通过超高压油泵给压力油，使四个拉紧螺杆受拉产生伸长，通过垫片填充液压螺母与上部横梁之间的空隙，从而实现机架的组装和预紧。在矫正时可抵消机架的变形量。具有机架的刚度系数要比普通机架的刚度系统大、重量轻、加工和安装运输比较方便等特点。
（2）液压压下装置
液压压下装置采用四个带位移传感器的液压缸实现压下、抬起动作。
压下机构的作用是用于调整上排矫直辊位置，达到矫直不同厚度钢板辊缝的调整要求；通过入口侧两压下缸和出口侧两压下缸的单独和同步调整，实现上辊系沿矫直方向向前或向后倾动及整体平行上下移动，同时通过左右两侧压下缸的单独调整实现辊系的左右倾动功能。倾动可在过钢或非过钢下进行。通过压下缸位移传感器显示矫直辊的开口度大小以及倾动量[21][22]。
压下装置还带有弯辊机构，由两个上压力框架通过三个联接轴、推力架和弯辊缸组成，可以实现上矫直辊的预弯。
压下装置的另一个作用是实现快速松卡功能。在正常工作时，压下缸充满压力，此时，单向阀关闭，油路是锁死的。当出现故障时，由电接点压力表自动给出信号或人工给出信号，打开单向阀卸油，使压下缸快速抬升[23]。在平衡装置的作用下，矫直辊上抬，这样可以迅速处理卡住的钢板，同时可以起到保护设备的功能。
（3）平衡装置
平衡装置是由固定在机架上的四个液压平衡缸组成。
平衡装置的作用是平衡上辊系和上压力框架装置的重量，使上辊系和上压力框架跟随压下缸一同上下移动，并消除压下缸与上压力框架在矫直力方向上的间隙。
（4）辊系
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辊系由矫直辊、支承辊、上、下辊盒等组成，辊系结构如图2.3所示。
图2.3 棍系结构图
为提高边辊的刚度，在边辊下设置了支承辊，并增设了边辊升降装置，用以调整边辊升降量。
① 矫直辊
上下矫直辊装置是进行板材矫正的主要部件，上下矫直辊交错排列，上矫直辊轴承座固定在上辊盒上。下矫直辊的轴承座固定在机架窗口的下辊盒上。矫直辊材质为60CrMoV，辊身表面硬度HS78～83（HRC58～61）,辊面具有硬度高、良好的耐磨性等特点，并且加工精度和表面光洁度高，提高了被矫钢板的表面质量。轴承采用双列向心球面滚子轴承（SKF、FAG），轴承润滑采用油气润滑[24]。上、下矫直辊及边辊采用中空通冷却水冷却（内冷方式）。
② 支承辊
边辊设有3根支承辊，其余九根矫直辊每根辊下面（上面）均设有6根（6排）支承辊；并通过错位板，使支承辊轴线与矫直辊轴线错位，呈交错布置形式，增加了工作辊的稳定性。
支承辊辊身表面硬度HS70～75（HRC53～56），支承辊轴承采用高承载能力的双列球面滚子轴承（SKF、FAG），轴承润滑采用油气润滑[25]。
③ 上辊系
上辊系设有上辊盒、上支承辊装置和上矫直辊装置等。在工作时，该装置通过液压卡紧装置（连杆机构）使其与上压力框架紧紧连成一体，矫直力由上压力框架传递到压下装置上。上辊盒底部开有多个孔，以便迅速带走钢板上方的热气流，降低支承辊轴承座的温度。换辊时，通过液压卡紧装置使上辊系与上压力框架快速脱开，以实现上、下辊系的整体快速换辊。
④ 下辊系
下辊系设有下支承辊装置、下矫直辊装置、边辊装置等。在工作时，该装置座落在机架底座上，并由销子定位。矫直力通过下辊系传递到机架上。下辊盒与机架底座上对应开有多个矩形孔，以利于矫直过程中脱落的氧化铁皮顺利地落入地沟。
（5）边辊调整装置
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边辊调整装置布置在下机架上，由液压马达、同步轴、螺旋千斤顶组成。通过边辊调整装置可以实现边辊的单独垂直调整。边辊调整量通过编码器传递信号显示。并通过限位开关控制其行程极限位置。
（6）接轴托架装置
接轴托架装置是由托架、油缸、液压马达、同步轴、螺旋升降机等组成。它能保证在换辊时旧矫直辊抽出后，所有的万向接轴得到固定，并保证新辊推入矫直机时，顺利地整体插入万向接轴。
（7）液压卡紧装置
液压卡紧装置固定在压力框架上，由液压缸和连杆机构等组成。液压卡紧装置在更换辊系时可快速脱开和卡紧，操作简单可靠、方便，为快速换辊节省了辅助时间。
（8）机架辊装置
机架辊装置位于机架进口和出口侧，布置在矫直辊与辊道之间。由两台减速电机分别驱动，用于连接辊道和矫直机，顺利导入、导出钢板。传动箱采用油池润滑。
（9）左右侧导板
左右侧导板用于保护机架，辅助导入导出钢板。 （10）平台、梯子
在矫直机本体上，安装有检修操作平台和斜梯。平台、梯子可以为矫直机检修、安装提供工作空间。 2.2.2换辊装置
为了实现设备在线的辊系快速更换，非传动侧安装有快速换辊装置。包括万向接轴夹紧和机外换辊装置。万向接轴夹紧采用液压缸驱动结构；机外换辊采用电机驱动链轮链条实现辊系的整体移动，换辊重量约为90t，最大单体起吊重量按50t考虑。控制系统可实现自动和点动切换。 2.2.3主传动装置
主传动部分由主电机、安全联轴器、减速机、联轴器、齿轮机座及万向接轴等组成。传动系统由两台650kW交流变频电机通过安全联轴器→减速机→联轴器→齿轮机座→万向接轴→矫直辊装置，使设备转动运行。
齿轮机座和减速机内部齿形采用渐开线硬齿面齿形，齿形淬火后进行磨齿，其优点是传递力矩大，使用寿命长。同时采用独立的标准润滑站润滑，电控部分与其有联锁信号，只有在有稀油润滑的前提条件下设备才能启动工作，防止齿轮机座和减速机在无润滑的情况下工作[26]。
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为了让矫直辊轴头能准确方便地插入万向接轴，矫直辊端部和万向接轴头部采用内外渐开线花键的结构形式。接轴采用十字型万向接轴，接轴的一端与矫直辊传动端相连，另一端与齿轮机座相连。 2.3液压矫直机的液压伺服控制系统设备
矫直机液压伺服控制系统主要有液压泵、AGC液压缸及液压伺服阀台组成。 2.3.1液压泵站
液压站由主泵装置（轴向变量柱塞泵装置）、循环泵装置、蓄能器及蓄能器安全阀组、油箱及附件组成。主泵装置有四台，其中三台工作一台备用（可互换）。油箱结构采用不锈钢焊接方型油箱，钢管（无缝钢管）、管件、法兰和接头材质为不锈钢，管路采用焊接方式，在需检修的地方采用法兰接头连接。工作介质为N46抗磨液压油。过滤精度5μm，系统油液清洁度NAS5级[27]。主循环过滤系统油泵选择seim产品，一用一备；站内配备温度、压力等检测元件，能自动调节站内温度。液压站油箱其上设有液位、液温等控制检测仪表。如图2.4所示为以泵和阀为主的液压柜。
图2.4 液压站
2.3.2主AGC液压缸
矫直机液压伺服系统中采用的是四个带位移传感器的液压缸。位移传感器为MTS磁尺，分辨率为0.002mm，数量4个；压力传感器，用来测量矫直力，矫直力测量精度0.3%，数量8个。 2.3.3液压伺服阀台
液压伺服阀台主要包含电液伺服阀、电磁换向阀、电磁溢流阀、减压阀、插装
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