1880热轧液压活套分析与应用

1、1880热轧液压活套分析与应用王启尧谢捷宝钢分公司热轧厂1880设备车间，上海201941摘要 1880热轧活套采用新型伺服液压系统，比一热轧、二热轧活套马达控制方式响 应更快、精度更高。本文主要从液压活套的伺服控制系统应用与电气控制方式等方面 进行着重分析。1880热轧活套控制系统除了传统控制方式之外，还有较为先进的张力 与角度结耦控制的ILQ控制方式，前机架间还可以选择投入微张力控制。针对三热轧 活套的特点，对活套的控制方式和时序进行研究分析，提高活套在生产过程中的稳定 性。关键词液压系统、伺服阀、单位张力、ILQ控制Abstract: 1880 hot rolling mill adop

2、ts new type hydraulic servo control system., which have quick response and high accuracy than the motor control loopers in NO.1 and NO.2 hot rolling mill. The thesis mainly analyzes the aspects for the application of hydraulic looper servo control system and electrical control. Besides the conventio

3、n control mode , there is also ILQ control mode in NO.3 hot rolling mill , which uses the coupling control in tension and angle. It also can choose to use looperless control in the frontal stand. It analyses the control mode and timing through the loopers characteristic in N0.3 hot rolling mill in o

4、rder to advance the looper stability in production.Keywords： Hydraulic system Servo valve unit tension ILQ control1.引言目前，世界上带钢热连轧生产中的活套有电动和液压2种，电动活套采用低惯量 快速直流电机驱动，一般从起套到升至工作角约0.5秒，到建立给定的张力则共需1S 左右，又根据电动活套系统中电机的转矩与带钢张力转矩、重力转矩之合成转矩成对 应正比关系，以及电动机转矩与电流对应正比关系可知，直流电机的电流便是电动活 套张力控制系统的主要控制对象，通过对电机电流的动态调节，可起

5、到活套对带钢恒 张力控制的工艺目标。而液压活套系统惯量更小，快速性和追随性更优，从起套到建 张的时间远小于1S,液压活套主要以安装于液压缸内有杆腔、无杆腔里的压力传感器通 过检测实际液压缸输出力，并借助对应系统设定模型，将该输出力与活套对带钢的张 力关联起来，来达到对带钢恒张力的控制目标。后者控制方式更为简便且应用设备成 本相对前者要低。因而，液压活套的应用越来越广泛。图1液压活套外形图2.液压活套控制系统应用分析2.1带钢张力计算模型的解析 2.1.1传统带钢张力计算模式传统的带钢张力控制采用的是开环控制方式，在基于确定活套转角和高度的条件下，系统主要依据L2模型设定的参考值来自动控制活套驱

6、动油缸的液压力输出，以达 到恒张力控制的要求。图2活套结构几何模型图如图2所示,两二肚in(y_叭工二旳心-冈，企一x二右匚。9 ,窗-1 -耳+卩+込($-&)_片+也二鸟沁诃，杆肢+聊+# +归=打；油缸摆角；由此，可首先依据上文中套量与活套转角之间的对应关系求得活套转角e的实际数值，然后由油缸内部的位置传感器检测出油缸活塞杆的实际位移量，得出此刻i的3测量值。同时又因为100 丄二賀曲陕，可分别求出Y和油缸摆申的值。因为Q点是转动支点，所以液压缸驱动力在P点的力矩T和活套在R点的力矩 LP相等，即T = T = T。根据图2，表达式细化为T = FR = F /。而F与液压缸输出LP R

7、R 12 22力F之间的关系式为F二F COS(- Y M)=F COS(0+弔丫)，因液压缸驱动力住可 22 LnL根据压力传感器检测出的油缸无杆腔、有杆腔的压力值分别与活塞作用面积的乘积的差值来求出，即F差值来求出，即Fl二 P * A - P * AHEAD HEAD ROD ROD由此，便可根据上述条件和已求得的参数值来计算出力矩TP的实际值 Tr = Tj l2* fl cos（e +Q-Y），为下文的带钢张力传统计算模式提供必要的处理数据。 活套所受的载荷力矩如下关系式描述：1）带钢张力作用在活套上的力矩：f3（6 ） AG二氏戯i n佰+ Q -血佰一A-带钢横断面截面积（mm2

8、） , b -带钢横断面上单元面积的张力值MPa,氐=sin B局 + R、cos F）g二t an J 贸卡冷日一% +鸟”（上一右一凤 COS2）带钢重力作用于活套上的力矩阿f （6）二 gRW /2cos 61 S带钢重量 WS二p WhL x10-9（kg）, R为活套辊中心到支点的力臂3）j舌套自身重力作用的力矩f5（6 ）f （6） = gR W cos 6G LRG为活套辊在支点处的力臂，WL为活套自身的重量，依据 1880 图纸得到rg 二 194mm, WL =1590kg ;4）带钢弯曲力作用在j舌套上的力矩：4（6）根据材料力学弯曲力公式可演化得到f6（6）二4E/L3

9、x Wh3（Rsin6 -H1 + r2）R cos6 此时，依据前文总结的活套所受力矩平衡公式，T厂T = T , T = FR = ?,F2 = Fl cos（兀 /2-丫 -屮）二 Fl cos（6 +Q ）等求出 T 的实际值，再由等式T=恳停圧口 +恥）+乳（日）+办（冈,便可求出液压活套在工作状态时所需要保证的带钢横断面上单元面积的张力值二Z-M何+去(0D嚅如MPa2.1.2融合LOAD CELL后的带钢张力计算模式带钢张力作用在活套辊上的分力合：FT(N)作/瓦4C的角平分线，然后将BA、AC段上的张力分别向BAC的角平分线上投 影，便可得到带钢张力作用在j舌套辊上的分力合。

10、= 27cos(180-a-/2)=2ZSin(af+)/2带钢重力：耳(眄F 二 gW /2SS带钢弯曲力：兔F = 4EWh3(R sin9 -H + R )/LB112活套辊重力：片阿load cell所测的合力flic由此，可列出load cell测量值与活套辊所受的各种载荷之和的平衡方程：Fl/c = Fl/c + Fl/c = (F + F + F )xcos(9-6+%) + FOPDRT S BL上式中，“ I 砂2 ; 5为load cell的安装角度，如下图3所示；因而，再二(沪C-耳”血住-占+詐-迟十尬5于二码J生诚曲2 +炉2) 带钢横断面上单元面积的张力值T代眄MP

11、a 如此，便可获得液压活套在工作状态时所需要保证的带钢张力值。2.2活套控制方式2.2.1ILQ控制方式1880活套除了具有传统控制方式之外，还有ILQ控制方式。与传统控制方式不同 的是ILQ控制方式中活套的张力与套量都是闭环控制，且张力和套量还有结耦控制。 在真正的轧制控制中主要保持活套套量不变而对活套的张力进行调节。同样当前机架 的速度发生变化时，会导致机架间的流量不平衡，ILQ控制方式就是保持活套值迅速 增加一个额外的角度a值而保持角度不变，通过改变前机架的速度来达到调整机架间的 张力，保持机架间的流量平衡ILQ控制方式活套套量的波动比较小，相对而言对于 张力调整量的值也不是很大，运用了

12、张力和角度的结耦控制，精度比较高。但是也正 是由于ILQ控制是双闭环控制和结耦控制，使得在起套和落套时相对不太稳定，所以 在起套和落套时我们仍然使用传统的活套控制方式。图4 ILQ控制原理图2.2.2微张力控制方式当轧制厚板时，由于厚板比较难以弯曲，使用活套控制会造成控制的不稳定，所 以在机架间我们可以采用微张力控制，也就是不使用活套的机架间张力控制。三热轧 FE1-F1，F1-F2，F2-F3之间具有微张力控制功能，需要注意的是F2-F3之间的微张 力控制只有当F1机架空过时才能实现。当活套发生故障时，在紧急情况下我们也可以 使用微张力控制。微张力控制可以预估带钢的张力，通过预估的单位张力来控制机架 间的张力。微张力控制原理如下图所示，L2下发一个机架间的单位张力，该单位张力通过机 架的侧压头测得的轧制力、轧制力矩、以及PLC计算得到的机架出口厚度、L2下发的 带钢宽度、和L2下发的影响系数计算得到的实际单位张力进行补正，补正后的单位张 力通过PI调节器之后得到前机架的速度修正值来调节前机架的速度，从而进行机架间 的单位张力调节。Tension reference fF