一种轧机轧辊液压平衡系统的分析及改进

曹毅

(中冶赛迪工程技术股份有限公司流体系统部，重庆400013)

轧辊平衡装置主要用来平衡轧辊及轴承座等装配的重力，以消除由于轧辊、轴承座与压下螺丝之间以及压下螺丝与压下螺母之间存在间隙所造成的轧辊咬入轧件时产生的冲击。轧辊平衡装置主要有弹簧平衡、重锤平衡和液压平衡3 种方式。液压平衡装置因具有机械结构紧凑、工作平稳、速度响应快、操作和拆卸方便等特点，得到广泛的应用。

文中以某厂大型型钢生产线引进的某种大型两辊可逆式开坯机为例，介绍一种新型轧辊液压平衡系统，并根据国内实际情况对其进行相应的改进。

1 轧机原有轧辊液压平衡系统分析

1.1 原有轧辊液压平衡系统工作原理

由于各类轧机具有各自的特点，而液压系统的设计也应体现这些特点，所以要想全面了解此种轧辊液压平衡系统的工作原理及特点就必须首先对该轧机的机械结构进行分析。

图1 为该种两辊可逆式轧机立面示意图，图2 为该种两辊可逆式轧机A－ A 断面示意图。该种轧机上工作辊平衡装置7 在传动侧和操作侧各有一个双作用双活塞杆油缸，分别垂直安装在轧机牌坊1 中传动侧和操作侧牌坊的外部，两侧油缸下部活塞杆通过一个框架式的横梁连接起来，上工作辊2.2 挂在这个框架式的横梁上，随着整个上工作辊平衡装置7 上升或下降。工作辊2 的辊缝通过电动压下装置5 驱动上工作辊2.2 上下调整。

图1 两辊可逆式轧机立面示意图

图2 两辊可逆式轧机A－ A 断面示意图

由于上工作辊2.2 挂在上工作辊平衡装置7 上，所以辊缝调整时上工作辊平衡装置要一起随动。

接下来将轧机机械结构特点和轧辊液压平衡控制回路结合起来分析轧辊液压平衡系统的工作原理。由于轧机机械结构特点决定了轧辊液压平衡系统传动侧和操作侧液压缸的控制既是相对独立的又是紧密关联的，所以以单侧液压控制回路为例(见图3)。

图3 轧辊液压平衡控制回路

如图3 所示，每侧平衡液压缸内装有位移传感器用于采集液压缸活塞及活塞杆的位置以此来间接监控上工作辊装配和上工作辊平衡装置的位置变化;每侧液压缸下有杆腔装有压力传感器1 用于采集平衡工作腔的压力以此监控上工作辊平衡力，它与高频响比例方向阀2 形成一个压力闭环控制;每侧液压缸上有杆腔由一个三通减压阀3 和一个两位电磁换向阀4 控制，提供一个设定好的背压。

(1)当整个系统进行平衡动作时，高频响比例方向阀根据设定的平衡力与压力传感器反馈的实际平衡力的差值不断调整自身开口度直到实际平衡力近乎等于设定值。平衡建立后的压下和抬起由压下电机来实现，两侧平衡缸随动。

(2)当换辊时，先是上工作辊上升，此时，高频响比例方向阀与平衡动作时控制方式完全相同，当上工作辊上升到一定的位置时(由平衡缸位置传感器检测)，停止上升，拉动下工作辊，使上、下工作辊错位到标定位置后(由换辊液压缸位移传感器检测)，然后上工作辊开始下降，此时压下电机一个小(刚好压下为准)的电流压下，高频响比例方向阀处在不工作状态，上有杆腔两位电磁换向阀4a 端得电，同时三位电磁换向阀5a 端得电，平衡缸上有杆腔无压，直到上、下工作辊中心距为设计要求值后，压下电机停止压下;之后上有杆腔两位电磁换向阀4b 端得电，上有杆腔产生设定好的背压，平衡油缸以一个小的速度继续下降，大约行走一段距离(靠位移传感器检测)，此时三位电磁换向阀5a 端失电，处于中位机能，平衡油缸停止下降，人为脱离钩子，将上、下工作辊拉出轧机牌坊。以上过程要人为调节调速阀6，使操作侧和传动侧的平衡缸速度相同。

1.2 原有轧辊液压平衡系统的特点

通过对轧机轧辊平衡装置机械结构和液压控制回路的分析，可以发现该种轧辊液压平衡系统有以下特点:

(1)传动侧和操作侧可以设置不同的平衡力，并能根据轧辊的不同随意调整设平衡力;

(2)可以和换辊装置配合实现自动快速换辊;

(3)可以随意调整压下电机的匹配速度，跟随性好;

原液压控制回路的设计充分体现了该种轧机轧辊平衡装置的结构特点，而且很好地满足了设备工艺要求、自动化程度高，但其也存在以下缺点:

(1)每侧平衡缸采用高频响比例方向阀和压力传感器组成的压力闭环控制，此种压力闭环控制系统电控设计和维护难度大，出现故障的概率也较大;

(2)两侧平衡缸还存在随动中的同步问题，特别是在抬起过程中。两侧同步需要高频响方向阀和位移传感器配合来完成，但同步与压力闭环控制同时实现的匹配难度大。

2 轧机原有轧辊液压平衡系统的改进

2.1 改进后轧辊液压平衡系统工作原理

目前国内电控在比例方向阀构成的压力闭环控制设计上依然与国外存在很大的差距，而且目前国内钢厂的电控维护水平也偏低，并不能很好地保证此种系统的正常运行，这都影响了该种性能先进的大型两辊可逆式型钢轧机在国内的推广应用。为了改变此种现状，作者在不改变轧机机械机构的前提下对原有的液压平衡回路进行了相应的改进(见图4)。

如图4 所示，每侧液压缸仍装有位移传感器用来监控上工作辊装配和上工作辊平衡装置的位置变化;每侧液压缸下有杆腔仍装有压力传感器用于采集平衡工作腔的压力以此监控上工作辊平衡力;每侧上有杆腔仍然由一个三通减压阀2 和一个两位电磁换向阀3 控制，提供一个设定好的背压。每侧平衡液压缸下有杆腔改由三通比例减压阀4 来控制该腔的平衡力，而两侧液压缸同步改由带整流板的调速阀6来实现。

图4 改进后的轧辊液压平衡控制回路

改进后当整个系统进行平衡动作时，由于改换的三通比例减压阀本身输出压力，其输入信号与输出压力直接成线性比例，所以三通比例减压阀不再需要和压力传感器1 构成压力闭环控制，只需输入与设定平衡力相对应的输入信号就可以使下有杆腔的实际平衡力达到设定值。平衡过程中压力传感器只起到监控作用而不再直接参与控制。

当平衡建立后电机压下和抬起时，两侧平衡缸随动时的同步是通过调节带整流板的调速阀来实现，而且轧辊平衡装置随动速度与电机压下和抬起速度的匹配也是通过调节该带整流板的调速阀来实现。

2.2 改进后轧辊液压平衡系统的特点

由以上分析可以发现改:进后的液压控制系统仍体现了该轧机机械结构特点，这一点是和原有液压控制系统一致的，但它也具有以下特点:

(1)由比例减压阀替换比例换向阀来实现压力控制更加简单便捷，不再需要采用压力闭环控制，电控系统设计更加简单，调试维护也更加简便;

(2)两侧液压缸的同步采用带整流板调速阀来实现，而压力由三通比例减压阀来实现，从而将压力控制和同步控制隔离开，更易于电控系统的设计，使现场调试的工作更加简单，而且日常使用的可靠性也大大提高。但是改进后的液压控制系统也存在以下缺陷:

由于采用调速阀来实现两侧液压缸的同步和与压下电机速度匹配问题，每次调整速度只能靠人工手动调节两侧的调速阀，比较麻烦。

3 结论

通过对原轧辊液压平衡系统和改进后轧辊液压平衡系统工作原理、性能特点的分析可得出如下结论:

(1)液压控制系统的设计及改进要充分体现其机械结构特点才是正确而理想的设计;

(2)改进的液压平衡控制系统在达到原有系统技术特点和要求的同时，大大降低了电控设计、调试及日常维护的难度，更加贴近国内钢铁行业的基本现状。

目前该改进后的液压控制系统已经在国内一些钢厂得到实际应用，取得了很好的效果，对提高我国型钢生产水平起到一定的促进作用。

［1］沈茂盛．型钢生产知识问答［M］．北京:冶金工业出版社，2003:82－83．

［2］王爱军．轧辊平衡液压回路的改进设计［J］．河北冶金，2006(2):37－39．

［3］路甬祥，胡大工．电液比例控制技术［M］．北京:机械工业出版社，1988．

［4］张树英．轧辊平衡液压回路的设计改进［J］．液压与气动，2007(9):72－74．