六辊CVC轧机中间辊窜辊连接液压控制改进

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本文介绍了CVC轧机的基本控制原理及某冷轧厂六辊CVC轧机的中间辊窜辊连接装置的结构和工作原理，并针对该中间辊窜辊连接液压控制系统中液压控制的问题导致窜辊连接在轧制过程中产生位置漂移，提出一种基于该液压控制回路的控制改进方案，实施后效果明显，既方便了换辊，又有降低备件成本和窜辊连接故障率的效果。
    1 前言
    CVC轧机是德国西马克-德马格公司于1980年开发的。CVC(Continuously Variable Crown)的原意是连续可变凸度。经过20多年的发展与完善，CVC轧机已发展出很多种机型，广泛应用于冷轧带钢生产中。先进的控制策略和控制手段相结合，使CVC技术成为目前世界上最先进的轧制技术之一。它的控制原理很简单，就是将上、下轧辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线，上、下辊的位置倒置180°，当曲线的初始相位为零时，形成等距的S形平行辊缝，通过轧辊窜动机构，使上、下CVC轧辊相对同步窜动，就可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓，从而适应不同工艺条件下，轧辊能迅速、连续、任意改变辊缝凸度的要求，达到减小带钢的板形误差，提高带钢质量的目的。CVC轧辊辊系可以是工作辊，也可以是中间辊或支撑辊。
    该冷轧厂五连轧机是2300mm六辊CVC冷轧机，由德国西马克-德马格公司设计制造，CVC轧辊辊系为中间辊。中间辊窜辊装置安装在传动侧中间辊弯辊块上，由窜辊驱动装置和窜辊连接装置两部分组成。窜辊驱动装置是通过两个内置位置编码器的液压缸实现中间辊的轴向窜动，窜辊连接装置是通过一个三位液压缸来实现的。本文重点介绍窜辊连接装置三个位置的实现及其在轧制位时产生位置漂移的现象，通过分析其液压控制回路找出问题的根源，并提出施之有效的改进方案。
    2 窜辊连接装置及其三个位置
    窜辊连接装置主要由三位油缸及其导杆部分、勾板、缓冲套、连接套筒、连接定位环部分、止推轴承座部分等组成，其结构如图1所示。
    窜辊连接装置是由一个三位液压缸带动连接块轴向移动实现窜辊的三种连接位置，这三种连接位置分别是换辊位（释放位）、连接位（非轧制位）、轧制位。
    换辊位时，窜辊连接装置连接抓手与中间辊脱开。连接位是换辊位和轧制位之间的过渡位，轧制位时，连接勾板与缓冲套脱开，如图2所示。
    3 连接故障现象概述
    该冷轧厂六辊CVC五连轧机自投产以来，生产过程中中间辊窜辊连接在轧制位时经常产生位置漂移，导致连接勾板不在轧制位置，窜辊连接位置极限信号丢失，造成勾板磨损，勾板与缓冲套滑脱，连接装置不能动作，中间辊换辊失败。
    4 轧制位窜辊连接位置漂移故障分析
    轧制过程中，窜辊连接位置漂移导致连接勾板磨损，连接信号丢失的现象，直接与其控制回路中三位液压缸控制信号有关。
    如上文所述，中间辊窜辊连接三个位置的建立是靠一个三位液压缸来实现的，该三位液压缸的结构如图3所示。该三位液压缸型号是?80/56×140(125+15)。
    中间辊窜辊连接的三个位置是相互联系的，它们之间的切换顺序是：换辊位→连接位→轧制位→换辊位。
    中间辊窜辊连接装置液压系统的电磁方向阀顺序控制如表1所示
   
    表1 改造前窜辊连接液压系统电磁方向阀顺序控制图
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    动作名称             电磁方向阀电磁铁的动作状态
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                         577.4     577.5     577.6
                         a   b     a   b     a   b
    ————————————————————————
    换辊位                   √    √        √   
    连接位(非轧制位)     √            √        √
    轧制位                   √    √            √
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    注：打“√”表示电磁铁得电。
   
    轧制过程中，窜辊连接处于轧制位，杆腔2和活塞腔2都接回油，由于杆腔2和活塞腔2存在面积差，在回油背压压力的作用下活塞杆2向外伸出，中间辊窜辊连接位置漂移，造成中间辊连接勾板脱离轧制位置，勾板与缓冲套相接触产生摩擦，勾板磨损，导致勾板与缓冲套滑脱。
    窜辊连接液压系统由轧机高压系统泵站提供液压油，高压系统有4台流量为180 l/min柱塞泵，三用一备，整个系统回油公用一个回油背压单向阀，该背压阀安装在回油路上双联过滤器之前，如图4所示。
    回油背压单向阀518.1型号：AB21-11/16-125-2-1X/M，经查询得知该单向阀的背压是5bar（一般单向阀的背压在3～8bar）。
    窜辊连接处于轧制位时，在5bar的背压力Pb作用下，可以计算出图3所示三位液压缸活塞杆2所受的液压力F为：
                             π       2    2
        F=Pb(A1-A2)=— Pb(d1-d2 )
                              4
            π
          =—×5×105×(0.082-0.0562)
             4
          =1282N
    式中 A1、d1，A2、d2——活塞腔2面积、直径，杆腔2面积、直径。
    针对这一故障，最好的改进办法是：改变轧制位时阀得电方式。轧制位时，将电磁方向阀577.4 b电磁铁得电改为a电磁铁得电，这样杆腔2接压力油，就不会产生中间辊窜辊连接定位漂移。如图5所示。
    改进后，电磁方向阀顺序控制如表2所示。
   
    表2 改进后窜辊连接液压系统电磁方向阀顺序控制图
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    动作名称             电磁方向阀电磁铁的动作状态
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                        577.4      577.5      577.6
                        a   b      a   b      a   b
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    换辊位   　             √     √   　    √   　
    连接位(非轧制位)   √   　   　   √   　    √
    轧制位             √   　     √   　       √
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    5 结论
    经过对中间辊窜辊连接液压控制系统的技术改造，解决了该窜辊连接系统存在的轧制位位置漂移的主要问题，使该系统完全满足窜辊工艺要求的同时，消除了窜辊连接信号频繁丢失、勾板经常损坏的重大故障隐患，节约了备件成本，提高了作业率。