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轧机压下装置液压系统设计
摘要
随着技术的发展,现代轧机由原来的电动方式逐步被轧机压下装置液压系统取代。
对板材的精度要求也随着技术进步，要求也越来越高。
轧机压下装置液压系统具有高精度、快速的响应速度和过载保护简单可靠的特点被运用的广大轧机中，它是提高钢板板厚精度、提高生产效率的重要技术。
本次设计主要学习液压压下系统的基本原理，自行查阅液压压下的相关资料，自行设计轧机压下装置液压系统。
关键词：
轧机；AGC系统；液压元件；
Abstract
Withthedevelopmentoftechnology,modernelectricmillsfromtheoriginalwaygraduallyreplacetheAGChydraulicsystem.Theaccuracyofplatealsoastechnologyadvances,increasinglyhighrequirements.RollingMillhydraulicsystemwithhighaccuracy,fastresponsespeedandoverloadprotectionfeaturesaresimpleandreliabletousethemajorityofthemill,whichistoimprovetheaccuracyofplatethickness,improveproductionefficiencyimportanttechnology.
Thedesignismainlytolearnthebasicprinciplesofthehydraulicpressuresystem,accesstorelevantinformationontheirownhydraulicpressureoftheirowndesigntheAGChydraulicsystem.
Keywords:
mill;AGCsystem;hydrauliccomponents;
1、绪论
AGC即厚度自动控制（AutomaticGaugeControl）的简称，这一技术的运用和推广提高了板材厚度控制和精度，是用来控制板带材纵向厚度的系统。
厚度控制是现在板材生产不可或缺的一部分。
液压ACG大量运用在轧机板材中，取代了原来电动压下，逐步发展和完善。
液压ACG系统，基本组成包括一套SIMADYND控制装置，伺服系统，传感器（位移、压力、厚度、速度）、压下缸，通过改变液压缸的行程，改变辊棒间的间隙，从而改变轧制板材的厚度。
1.1液压压下与电动压下比较
（1）、以惯性小的液压缸作为执行元件，比电动机机械传动质量小。
（2）、快速性好，比一般电动压下快10倍以上。
（3）、压下加速度很大，最大可达200到400mm/s2。
（4）、精度高，产品头尾差小。
（5）、电动压下减速器机构有间隙，液压压下液压缸不存在这一问题。
（6）、消耗功率小，效率高。
（7）、轧机结构简单，重量轻。
（8）、液压压下可起过载保护作用，避免出现断辊事故。
1.2国内外研究与现状
1.2.1国外概况
日本日立的代表制定的工作轧辊轴向移动的HC轧机，CVC轧机，中间辊弯曲可以移动两个UC轧机，由日本三菱对PC的辊交叉型轧机，德国Mannesmann的UPC磨和其他学科的发展。
这些钢厂与现代控制方法可以实现多精轧生产的板带材产品微米的厚度精度。
随着国民经济的快速增长，国民素质冷轧带钢，提出了品种和控制轧制工艺数量的新要求，进一步加大了难度，传统的方法已经难以进一步提高控制水平。
因此，一些国家已开始制定智能控制程序，如模糊控制，神经网络技术，以适应更高的精度要求。
在这方面日本，美国，德国，法国，烧结，炼钢，连铸过程中，轧钢生产等领域得到了成功的应用。
尤其是在日本投入了大量的精力，并获得了不少成果。
如神经模糊平直度控制系统神户钢铁公司的工厂加古川五机架冷连轧机，神经模糊板形控制系统的日立森吉米尔轧机。
1.2.2国内概况
随着改革开放我国高精度轧制技术也取得了一些技术进步研究和开发。
改革开放后实现产业化后，从国外引进了大型冶金设备和技术引进。
经过多年的研究技术人员和消化，在此基础上，结合中国的实际情况，开发了自己的产品，以改善一些基本理论的先进技术和设备，其中有些技术已经达到或超过而实用的准确性国外先进水平和智能控制技术在我们厂也得到了一定的应用。
像鞍钢中板厂发展23.50四个智能控制，济钢中厚板轧机液压APC系统的模糊控制技术的应用这些例子在国内外，并且描述的智能控制具有优良的发展前景。
但总体而言，我国自行研制的轧机技术含量不高，生产出的产品竞争力较弱，每年仍需要大量进口的高精密带钢产品，许多工厂的生产情况仍不能令人满意的厚度精度迫切的改善，许多理论问题并用先进的技术是进一步消化研究，如罢工数学模型，虽然已经比较完善，但仍存在一些经常被忽略的因素。
1.3本课题的主要研究内容
主要设计轧机液压压下装置的液压系统包括液压缸的设计和零件的选型。
具体研究内容如下：
（1）明确设计的要求：
设计轧机压下装置设计和元件选用。
（2）设计液压控制的方案，并绘制出液压原理的方块图
（3）确定各个执行元件的参数，根据分析选用合理系统组成元件。
（4）绘制液压元件三维图。
（5）确定管道直径和有关选型计算
（6）回路性能分析
1.3.1假定轧钢机的主要参考参数
（1）最大轧制总力：
12.5MN
（2）最大速度：
20mm/s
（3）工作行程：
110mm
（4）钢板板材厚度：
30mm-100mm
2轧机液压AGC系统原理设计
2.1轧机液压AGC控制系统的组成
主要设备液压AGC系统由一组计算机控制装置检测元件和一组液压系统（包括泵站，控制阀站等），液压伺服缸为主的组件。
每个机架配备两个AGC缸，每个中心AGC油缸安装在索尼磁尺，用于AGC气缸活塞位移检测器与1微米的分辨率，而每一个活塞缸和活塞侧的AGC活塞杆侧配备有压力传感器，用于检测压力的AGC在两侧液压缸，在轧机的力到达。
为了提高系统的响应速度，控制AGC伺服阀筒的操作和控制阀块直接安装在圆筒中，为了降低压力脉动系统，每个伺服阀还具有一套累加器。
所有工厂都共享一个液压泵站，每个机架AGC系统和弯曲系统和轧机轧辊和中间辊推弦系统电源。
轧机压下液压装置，主要由泵站，伺服阀站，压力缸，电控装置和各种检测设备组成。
下受压的液压缸安装在下辊支承件（推）的两侧，也可以安装在支承辊轴承（轧制），在上述两种结构的习惯被称为压抑。
调整液压缸的位置，可以调整两个工作轧辊（辊间隙）的大小的开口。
2.2系统原理设计
参考资料，确定轧机的液压系统。
轧机液压系统主要有；伺服液压缸、伺服阀，位置传感器，压力传感器，控制元件。
图2.1
设计的压下装置液压系统的液压回路图如图2.1。
有两个恒压变量泵为系统提供稳定恒定的压力，高压油，液压油经过两个过滤器，流入伺服控制阀两侧，两个液压回路相同考虑一个即可。
两个伺服阀控制控制液压压下液压缸，控制液压油的进出流量控制液压缸活塞杆的伸出量达到控制辊间间隙以控制板材厚度。
伺服阀与液压缸之间需安装先导溢流阀一来可以起到保护液压回路，二来可使液压缸快速泄油。
储能器是用来提高快速响应和减少泵站的压力波动。
右边的双联泵提供两个低压回路：
一个是冷却和过滤循环回路，一个是压下液压缸的背压回路，这两个回路可以不断地循环过滤系统的液压油，保证系统液压油的纯净和清洁，热交换器当液压油温度过高可以起到冷却作用。
两个伺服阀控制分别控制两个压下液压缸，其中一个伺服阀在控制回路中设置死区，当回路流量小时则一伺服阀控制，当流量大时则两伺服阀控制。
整个系统存在工作压力较高流量变化的等问题，因此液压系统的动力源采用恒压变量泵进行储能；恒压变量泵其结构复杂，调节往往不够灵敏，系统流量变化大时达不到负载需求，将引起压力较大的变化，固要匹配容量大的储能器，连接油管也要尽量使用短而粗的。
循环过滤回路的过滤器采用深度型和表面型相结合，以提高提高过滤效率。
考虑停机维护等因素，为了提高生产效率，固用两台主泵，一个工作，一个备用。
为了提高过滤效率，循环过滤回路的过滤器采用表面型和深度型相结合，在许多系统中还设有磁过滤器。
轧机位置控制（AGC）系统图1
轧机液压压力系统TCS系统、液压控制器、伺服阀控制器、伺服阀、液压油缸、位移传感器等6部分组成。
液压压力伺服系统的控制图2.2：
图2.2液压AGC位置控制方式控制框图
3液压系统主要参数计算及元件选择
3.1确定系统工作压力
液压工作压力和流量在液压系统中是最重要的参数。
由这两个参数用来来计算设计和选择液压元件，辅助元件和规格的原动机。
选择系统压力之后，缸体的主要尺寸必须确定。
它可用于确定基于所述液压缸的流率。
主系统压力：
选定的系统工作压力的合理性，这将直接关系到整个系统设计的合理水平。
在功率的在某些情况下，液压系统中，如果功率在某些情况下的液压系统中选定的系统压力的一个合理程度，如果系统压力选择过低，将会使液压元件的体积和重量会增加，但在系统的成本也将相应地降低。
然而，如果系统压力过高，由于高液压元件，材料，辅助元件，密封件等，从而提高了液压设备的成本，在系统出现故障和寿命的相应增加会相应减
图3.5.1排气装置
3.5.2密封装置：
密封装置是用来防止液压系统油液的内外泄漏和防止外界杂质侵入。
查阅资料分析密封采用螺纹式连接方式。
3.6液压泵的选取
选择泵和马达尺寸的选择直接关系到电源的利用率，所以选泵和电机应该选择最合适最节能的。
动力源节能问题。
液压设备的能耗往往相差很大不同的条件。
供过于求，过剩的动力源输出流量和压力是由根源过度消费造成的。
流量控制的实现必须使用相适应的变量泵。
通过控制可变除法实现，有三种基本形式：
（1）压力反馈是变量泵
（2）流量感控制变量泵
（3）恒压变量泵
所谓恒压变量泵是指特性硬，当在调节的输出流量时，出口压力几乎可以做同样的。
由于弹簧力正比于两个的压缩，因此，直接用强弹簧的压力和泵输出压力的比较，变化是很难获得一个小的恒定压力可变性质。
目前，比较成熟的一种恒压变量泵与双作用可变气缸压力采用自我比较原则。
可以在小于0.1Mpa时良好恒定电压特性获得该变量缸压力变化的限制。
泵出口压力始终保持它的设定压力值，响应速度快，执行元件可同时运作。
总之，泵选择可用的恒定压力可变泵，其特征是低流量的损失，响应速度快，并且，以使压力波动中的小的限制，这是非常适合于伺服系统的需求。
3.6.1注液压泵选取
⑴液压泵工作压力
液压执行元件的最高压力，最高压力是进入伺服阀口的最高压力
；
是泵到伺服阀的总的管路压力损失，取
。
液压泵的工作压力为
⑵液压泵流量
。
取1.2,
则
⑶选择液压泵的规格：
选择泵的额定压力一般要比最大工作压力大25%到60%，设所选泵的压力为
，则有
è
.
查询《机械设计手册4》P23-105柱塞泵产品，采用斜盘式轴向柱塞泵，型号为A7V28DR1RSFO,生产厂：
北京华德液压泵分公司。
①技术规格
②确定液压泵的驱动功率
电动机时间超载25％，则
选用22kWsw的电动机。
型号为Y200L1-6。
3.7液压阀的选取
3.7.1溢流阀的选择,
溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路压力维持稳定，实现稳压，调压限压的作用。
对溢流阀的主要要求是：
调节范围大，调压偏差小，压力摆动小，动作灵敏，过流能力大，噪声小。
分为直动式溢流阀和先导式溢流阀
稳态力平衡方程为：
（3－1）
式中P—进口压力（Pa）
A--阀芯有效承压面积（mm）
k--弹簧刚度（N/m）
--弹簧欲压缩量（m）
x—阀开口量（m）
由（3-1）可以看出，只要保证
时，可使
，这就表明，当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力是近于恒定的。
先导式稳态力平衡方程是:
（3－4－1－2）
溢流阀主要应用，作溢流阀可维持阀进出口系统压力稳定。
作安全阀，系统超载时，溢流阀打开对系统起到过载保护作用。
平时是关闭的。
作背压阀，一般选用直动式装在系统的回油路上，产生一定的回油阻力，以改善执行元件的运动平稳性。
先导溢流阀可对系统实现远程调压或使系统缺荷。
选用W10A-2-5V/350VG24NZ5L,属于常闭板式溢流阀。
3.7.2单向阀的选取
在液压系统中，用来控制流体方向的阀称为方向控制阀，按安装连接方式可分为螺纹式、板式和法兰式，参见国家标准GB/T2878-93。
a.单向阀的选择
单向阀是只允许液流向一个方向流动，而不允许反向流动的阀。
它可以用于液压泵的出口，防止系统油液倒流，用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰，也可于其他阀组合。
b.液控单向阀
本系统中，液控单向阀35采用“SV10PB1-30”型液控单向阀，，北京华德液压阀厂生产，公称直径10，板式连接。
主要由换向阀36控制，当抬辊时可迅速回油。
3.7.2电磁换向阀的选用
电磁阀阀芯由电磁铁驱动的转换流体流量控制阀的方向。
电磁阀阀芯和球两种结构。
电磁阀，可直接使用在液压系统中，控制电路被关断，也可以用来作为先导阀，用于操作其他阀门。
性能特点：
可靠性;压力损失;内部泄漏流;减刑，复位时间;换向频率快;使用寿命较长
3.7.3压力表开关的选择
本系统中压力表开关均采用“KF-L8/20E”
3.7.4球形截止阀
球形截止阀是手动控制油路的通断。
采用“Q11F-16P”
3.7.4节流截止阀
采用DV/DRV型节流阀。
3.7.5滤油器的选择
滤油器是系统上过滤器净化的重要组成部分。
过滤是目前使用最广泛的油净化方法。
过滤是采用多介质间隙可渗透过滤出浮在油中的固体颗粒污染的主要机理可以概括为拦截和吸附。
3.7.6吸油滤油器
吸滤器的主要作用，保护泵，当吸入油液时，以防止较大颗粒污染物抽吸泵内。
安装侧部吸式过滤器，结构简单更换滤芯管容易。
3.7.7回油过滤器
从安装位置时，系统返回线路滤波器的安装是理想的。
污染物过滤器回油箱油之前在系统中，从而在过滤器系统和外部侵入净该系统。
然而，返回的过滤器回不超过1Mpa的，背压的油压，因而可适当增加结构的大小，以增加纳垢量。
返回过滤器可以是精密过滤，最大允许压力一般为0.35MPa时。
缓冲滤油器回油返回管生产线配备了一个扩散器，扩散器可大大减缓通过均匀地分布在油箱，而不是在底部沉积槽搅拌事物的扩散器通过油过滤器的回油冲击，油过滤器，这可以延长油过滤器系统的MTBF，以及因为会有减轻这种影响，从而使条件油过滤器进行了改进，从而提高了抽吸过滤效果和整个系统的可靠性性。
3.7.8工作点处系统滤油器
可以通过过滤器被安装在各种形式的压力管，以保护泵比其它液压元件，如液压伺服阀。
过滤精度一般为3〜20цm最大工作压力过滤器一般是0.35〜0.5MPa
3.7.9蓄能器的选择
在蓄能器的液压系统，它采用了力平衡原则，以使工作流体的容积变化，从而达到液压能的一个设备的存储和释放在能量存储装置。
累加器一般分为重力加载，弹簧加载和气体加载类。
根据不同的蓄电池的特点和经验，我选择了气囊式蓄能器。
气囊式蓄能器特点：
气室和油腔气囊，密封可靠之间，他们之间无渗漏，囊惯性，反应灵敏，结构紧凑，体积小，重量轻，维修方便。
蓄电池用途：
作为辅助来源，泄漏补偿，稳定的压力，吸收冲击液压，消除泵脉动，作为应急电源等。
这个系统是利用累加器的吸收泵浦脉冲的冲击吸收。
3.7.10吸收冲击的蓄能器
液压蓄能器，用于吸收冲击，由于在速度和流量的产生方向的快速变化，所以压力波动幅度大大降低。
如突然换向阀，液压制动器突然，致动器突然停止移动，紧急制动等原因正在迅速改变的流动速度和方向，从而导致液压冲击，尽管该系统具有一个安全阀，但它体现了慢，压力增加，其值可以比高于正常压力大几倍，往往造成系统强烈的震动，造成仪器损坏，甚至导致管道破裂。
如果设置了蓄能器控制阀可以吸收和减轻这样的液压冲击。
3.7.11吸收泵的脉动蓄能器
用于消除影响和纹波引起的液压泵，液压系统，以防止冲击与受害者的振动，并消除噪声。
管式蓄能器最有效的脉动阻尼场合。
常采用以下经验公式：
（3－4－1－2）
式中：
A——缸的有效面积（
）
L——柱塞行程（m）
k——与泵的类型有关的系数：
单缸单作用，0.60；单缸双作用，0.25；双缸单作用，0.25；双缸双作用，0.15；三缸单作用，0.13；三缸双作用，0.06
——充气压力，按系统工作压力的60％充气
计算如下：
选用
4液压油箱的设计
4.1油箱的作用
1）存储和供应系统工作循所需油量;
（2）散发系统的热量减轻一部分生产工作产生的热量;
（3）释放液压油中的气体
（4）提供系统组件的安装位置。
液压系统中油箱有整体式，分离式，开式油箱和闭式油箱。
泵站的设计过程中,由于流量大和油箱系统的进油量,所以使用开式旁置式油箱,油箱和泵吸入口液面高,液压泵吸效果好。
4.2油箱容积的确定
测定油箱的容积，设计油箱关键。
油箱的体积应该能够保证当系统有很多油二在没有回油,在最低水平应该保证不会吸入空气进气过滤器;当系统有很多回油不油,或系统停止返回油箱,油不溢出。
4.2.1确定油箱容量
使用公式为
——经验系数
——泵的流量（
）
表4－1经验系数
行走机械
低压系统
中压系统
锻压系统
冶金系统
1～2
2～4
5～7
6～12
10
取
，则
4.2.2油箱散热计算
油箱的发热量只需考虑液压泵与溢流阀的发热量，而散热量就不一样了只考虑散热量（无冷却器时），整个系统所贮存热量只考虑油箱温升所需的热量。
系统达到热平衡时，系统平衡温度：
取油箱传热系数
相对于高压系统而言，除了防止漏油，油的温度也不应过高，根据机械设计所允许的最高油温与环境温度，在已知液压系统的平均发热功率
表4－2机械系统的油温
机械类型
正常工作温度
允许最高温度
允许温升
粗加工及无屑加工机械
40到70
60到90
35到40
取温升40
泵的功率损失
则
油箱的长、宽、高比例范围是1：
1：
1～1：
2：
3，所以定油箱的长为
，宽为
，高为
，即外形尺寸为
。
计算其散热面积
，a、b、c为长、宽、高。
代入值，得
故符合散热要求。
4.3油箱的结构设计
在大多基本设备中，油箱基本采用钢板间焊接方式。
容量
油箱是用来存储油和散热,为此油箱要有足够大的容量来容纳油量,以及满足基本散热的要求。
即停止工作时要能容纳液压系统中所有的油,还要工作时能保持一定的液位高度要求。
隔板
隔板的安装方式较多，即可以设计成高出液压油面，也可以把隔板设计成低于液压油面，高度要求最低油面的2/3，这样才能使液压油从隔板上方流过，隔板的下部应开有缺口，以便于清洗油箱、放油，同时使吸油侧的油液沉淀物可以经缺口流至回油侧，然后经放油口放出。
吸油管与回油管
回油管出口方式有弯管直口、直角口、斜口、弯管直口、带散热器出口等几种形式，其中斜口应用较多，采用45度斜口。
防止液压波动，要在回油管口装扩散器。
回油管还要放在液面以下，距离液压油箱底面的距离一般要大于300mm,要注意回油管出口不允许放在液面以上。
泄露油管的长度和直径要适当，管口安装在液压面以上，防止产生背压。
泄油油管采用单独配管，避免与回油集流配管的方法。
吸油管前要求应设置滤油器，精度一般要求为100~200的网式。
滤油器应要有足够的容量，一避免阻力过大。
箱底与滤油器的距离应不小于20mm，吸油管应当插入液压油面水平面以下，这是为了防止吸油时卷吸空气还有因流入液压油箱的液压油搅动液面，使油中混入气泡。
为了使油流有一个方向，要综合考虑分离器，吸入和返回管的配置，可以分离隔板吸入管和返回管。
为了不影响压力波动吸入管，吸入管的回路线和返回管倾斜方向应该是一致的，而不是相反。
防止杂质入侵
顶盖及清洗孔当冷却器，阀块，液压油箱盖空气过滤器的安装，必须非常牢固。
液压油箱与他们的连接光滑，，以及液压油橡胶垫片密封胶衬的同时，为了防止杂质，水和空气的侵入和防止漏油。
与此同时，它不允许在液压油的盖流回油箱阀门和管道泄漏。
的液压箱高度的水平应便于观察，将要安装在油箱液位计，表示最大和最小油位的侧面。
系统设计液位有温度计。
的液压箱高度的水平应便于观察，将要安装在油箱液位计，表示最大和最小油位的侧面。
系统设计液位有温度计。
液压油箱锈：
为防止液压油箱锈应涂防锈油涂布槽的内壁。
。
为了提高液压系统的稳定性应该使系统工作在合适的温度。
液压油温度，通常希望保持30-50ºC的范围内，不超过60ºC，最低不小于15℃以下。
为液压设备，从工厂组装开始，到最终用户，然后经过反复组装，因此液压系统作为一个整体或安装有上吊钩，吊螺钉环或吊耳环。
在油箱底部表面应具有一定的坡度，并插在最低设置位置油为排油制备。
设置1:
20〜1:
25油箱底表面倾斜，倾斜回油边单斜面。
系统中泄露油管需单独接入油箱。
4.4油箱的附件的选择
4.4.1空气滤清器
油箱盖上应设置空气滤清器，空气过滤装置和注油过滤网。
选用型号为
其中2.5为型号序列，10为空气过滤精度（
），1.0为空气流量（
）。
4.4.2液位液温计
液位液温计是润滑装置、油箱、润滑装置，冷却箱上的必备附件，可指示液位及液温的高低。
选YWZ系列液压空气滤清器，选用型号为:
其中125表示安装螺钉中心距，T表示带温度计，其工作温度范围为－20～100℃，其承受工作压力为
。
5泵站其他元件
5.1冷却器
1、散热的具体情况和散热环境温度相关，天气、地理位置、地区、工作环境等都有较大关系。
液压压下系统在运行时，总会或多或少的伴随着各种能量损失这些能力损失散发出热能，这些热能大部分存储于液压油中，随着温度的升高当达到某一数值时，系统将达到最适温度达到系统动态热平衡。
如果温度过高当超过80度时，将影响液压系统的热平衡从而正常工作，将可能引发泄露等严重事故。
散热情况不好的时候，单单靠油箱和管道是满足不了系统的散热需求的，因此需要强制制冷来降低油温使系统维持在最适温度下运行。
就要安装冷却器，在装配中，应冷却器装在系统的回油路上。
2、冷却器的选择
除了直接的油过滤器，以吸收热量通过管道区域散热，也使油流紊增加油的传热系数。
冷却器的基本要求是：
确保足够的散热面积，热效率高，并为前提压力损失低，结构紧凑，坚固的，体积小，重量轻，最好用自动控制油组件的需求，以确保油控制的精度。
入水冷冷却器和空气冷却。
设计选择是水冷，水冷分为多管，板，片型，该选择是更常用的多管使用。
这款散热器采用强制对流，传热效率高，散热效果好。
过滤器的油，因为有一定的阻力，使得通过冷却器的油的压力损失，这样就可以平行于较冷一个截流阀，当油不需要冷却时，打开截止阀，使液压油回流回油箱。
5.2电加热器
油液的加热可采用电加热或蒸汽加热等方式，为避免油液过热变质，一般加热管表面温度不允许超过120℃，电加热管表面功率密度不应超过
。
C――油比热，取C=1680~2094J/（kg℃）;
――油的密度，取
；
V――油箱内油液体积；
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