流體新技術(shù)在銅帶軋機(jī)上的應(yīng)用

魏維剛，劉援朝，魏志毅，蘇 明

(中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

近年來，隨著電子信息產(chǎn)品制造業(yè)、日用家電業(yè)、汽車制造業(yè)等的高速發(fā)展，對(duì)高檔、高精度銅板帶材需求劇增，因此新建銅板帶軋機(jī)對(duì)板面質(zhì)量的要求也越來越高。而流體系統(tǒng)作為軋機(jī)設(shè)備的重要組成部分之一，其技術(shù)也在不斷更新，以滿足銅板帶的質(zhì)量要求。本文闡述了反沖洗過濾系統(tǒng)、正負(fù)彎輥平滑過渡系統(tǒng)等流體新技術(shù)在江西銅業(yè)中精銅帶軋機(jī)上的應(yīng)用。

2 反沖洗過濾系統(tǒng)

采用軋制油作為潤(rùn)滑冷卻介質(zhì)的傳統(tǒng)過濾方式大多采用板式過濾機(jī)進(jìn)行過濾，此過濾方式最大的缺陷是過濾精度低，名義過濾精度為5 μm，實(shí)際過濾精度要達(dá)到8～10 μm，使高精度銅板帶材的表面光亮程度和清洗作用受到制約。而采用反沖洗過濾系統(tǒng)，過濾流量大，過濾精度高，過濾精度可以達(dá)到0.5～5 μm，過濾后固體渣含量≤10 mg/L。該系統(tǒng)具有節(jié)能功能，不需要任何過濾輔助劑，減少了軋制油被污染的程度，日常維護(hù)簡(jiǎn)單，濾芯壽命長(zhǎng)，且可以再生，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可使銅板帶材的表面光亮度達(dá)到非常高的程度。反沖洗過濾系統(tǒng)工作原理如圖1所示(圖1給出了1個(gè)主過濾罐)。

軋制后的臟油回到污油箱，通過污油泵1從污油箱打到一級(jí)主過濾罐4，在一級(jí)主過濾罐經(jīng)過濾芯過濾后，通過過濾泵5將干凈油抽回凈油箱，實(shí)現(xiàn)主過濾罐的正常過濾功能。本系統(tǒng)一級(jí)主過濾罐由三個(gè)獨(dú)立的過濾單元組成，過濾單元由罐體和多層分布的濾芯等組成，過濾原理為油液由濾芯外向?yàn)V芯內(nèi)的微壓差過濾方式。正常工作時(shí)三個(gè)一級(jí)主過濾罐同時(shí)工作，進(jìn)行反沖洗時(shí)，二個(gè)一級(jí)主過濾罐工作，另外一個(gè)一級(jí)主過濾罐處于反沖洗狀態(tài)。

圖1 反沖洗液系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of backwashing filtering system

通過一級(jí)主過濾罐濾芯的過濾時(shí)間或?yàn)V芯的壓差來控制，實(shí)現(xiàn)一級(jí)主過濾罐濾芯的自動(dòng)反沖洗功能。進(jìn)行反沖洗時(shí)，該濾罐停止工作，進(jìn)入反沖洗狀態(tài)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的主過濾罐的排放閥打開，過濾罐排空，輸送泵2啟動(dòng)，將罐內(nèi)的油液迅速打回污液箱中，而后打開反沖洗氣動(dòng)控制閥，用潔凈的壓縮空氣從上而下逐層多次對(duì)濾芯進(jìn)行反復(fù)間斷吹掃。通過氣動(dòng)閥門的控制，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)過程控制，每次吹掃時(shí)間為5～6 s。吹掃完畢后，主過濾罐的凈液控制閥門打開，通過凈液對(duì)過濾板進(jìn)行沖洗。沖洗過程中，只要罐內(nèi)底部液位高于沖洗設(shè)定的液位，則排污閥打開，由一級(jí)過濾罐排污泵將污油打入沉淀罐內(nèi)的污油罐，整個(gè)反沖洗的時(shí)間約為30 min。反沖洗清洗工作完畢后，該罐進(jìn)入自循環(huán)過程，此時(shí)對(duì)應(yīng)的污油泵投入工作，相應(yīng)的閥門打開，該罐進(jìn)入自循環(huán)5～6 min后進(jìn)入正常過濾工作狀態(tài)。

一級(jí)過濾罐反沖洗下來的污油通過過濾泵3打到殘?jiān)拖?進(jìn)行分級(jí)沉淀，殘?jiān)拖渲械挠屯ㄟ^二次過濾泵8打到二次過濾罐7中，經(jīng)過二次過濾的油通過回油管道與系統(tǒng)溢流管道匯合，返回到污油箱。二次過濾罐也有反沖洗功能，其基本過程和一級(jí)過濾罐相似。二次過濾罐反沖洗下來的油回到1號(hào)殘?jiān)拖?，繼續(xù)進(jìn)行分級(jí)沉淀和過濾。

殘?jiān)拖浣M分成3個(gè)油箱，底部都配備手動(dòng)閥，可以實(shí)現(xiàn)放油功能，此類油可以通過手動(dòng)泵排到殘?jiān)勰嘬囍小?/p>

主要技術(shù)參數(shù):

凈油系統(tǒng)總流量 Q=2 600 L/min

循環(huán)加熱泵 2臺(tái)(Q=1 000 L/min，P=0.2 MPa，N=1.1 kW)

污油系統(tǒng)總流量 Q=3 000 L/min

一級(jí)過濾罐 3臺(tái)(三臺(tái)工作按序反沖洗)

過濾罐公稱流量 2 700 L/min

每個(gè)罐濾芯數(shù)量 1 500個(gè)

過濾罐排空

泵Q=1 000 L/min，P=0.2 MPa，N=5.5 kW沉淀罐 1臺(tái)

泵Q=200 L/min，P=0.5 MPa，N=5.5 kW

沉淀罐總?cè)莘e15 m3，其中污油罐6 m3，

沉淀罐6 m3，排油罐3 m3

二級(jí)過濾罐 1臺(tái)

過濾精度 0.005 mm

過濾罐公稱流量 200 L/min

濾芯數(shù)量 158個(gè)

壽命 半年

沉淀罐排渣

泵Q=40 L/min，P=0.1 MPa，N=3 kW

排渣罐容積 3 m3

3 正負(fù)彎輥平滑過渡系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的液壓正負(fù)彎輥液壓控制系統(tǒng)中，為達(dá)到對(duì)稱控制板形的目的，通常正負(fù)彎輥由一個(gè)射流管電液伺服閥和一個(gè)三位四通電磁換向閥以及2個(gè)壓力傳感器組成進(jìn)行壓力控制，正負(fù)彎輥的切換通過三位四通電磁換向閥換向來完成，切換時(shí)會(huì)存在一定的時(shí)間差，不能連續(xù)平滑過渡，而且有死區(qū)，不能根據(jù)帶材板形狀況達(dá)到所需的彎輥力，導(dǎo)致此段帶材板形不好，對(duì)成材率不利。

圖2為正負(fù)彎輥平滑過渡系統(tǒng)原理圖，正彎輥控制是由射流管電液伺服閥5和控制正彎輥狀態(tài)的電磁換向閥6以及壓力傳感器8組成進(jìn)行壓力控制，疊加式溢流閥7用于最大正彎力的保護(hù)。負(fù)彎輥控制是由射流管電液伺服閥1和控制負(fù)彎輥狀態(tài)和電磁換向閥2以及壓力傳感器4組成進(jìn)行壓力控制，疊加式溢流閥3用于最大負(fù)彎力的保護(hù)。在中精機(jī)牌坊操作箱上設(shè)有彎輥力大小調(diào)整電氣操作桿及彎輥力大小顯示屏，電氣操作桿的作用是實(shí)現(xiàn)彎輥力大小的給定，其中間位置為0，一直向上操作可到實(shí)際正彎力的最大，一直向下可到實(shí)際負(fù)彎力的最大。作如下定義:F正表示正彎力，F(xiàn)負(fù)表示負(fù)彎力，F(xiàn)平表示平衡力，F(xiàn)顯表示顯示的彎輥力即實(shí)際的彎輥力(范圍－200 kN～+200 kN)。當(dāng)F顯=F正－F負(fù)＞0時(shí)顯示屏顯示正值，表示實(shí)際的正彎力，當(dāng)F顯=F正－F負(fù)＜0時(shí)顯示屏顯示負(fù)值，表示實(shí)際的負(fù)彎力。

圖2 正負(fù)彎輥平滑過渡系統(tǒng)原理圖Fig.2 Schematic diagram of plus-minus bowed roller smooth transition system

當(dāng)處于彎輥狀態(tài)時(shí)，電磁換向閥2，6，11的電磁鐵均將處于失電狀態(tài)，根據(jù)板形情況，手動(dòng)操作電氣操作桿，完成彎輥力的給定，因?yàn)榻o定為0的狀態(tài)沒有實(shí)際的意義，并且系統(tǒng)在這一狀態(tài)也不易識(shí)別和控制，故約定:當(dāng)F顯=F正－F負(fù)處于(+10～+200 kN)時(shí)，始終令F負(fù)=C1(C1值為一小的恒定值，其大小只要滿足負(fù)彎缸活塞能伸出即可)，該C1值射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4組成進(jìn)行壓力閉環(huán)控制。在電氣控制時(shí)，系統(tǒng)采用PID調(diào)解器來對(duì)整個(gè)閉環(huán)控制進(jìn)行調(diào)解。當(dāng)手動(dòng)操作電氣操作桿時(shí)，手動(dòng)給定值與壓力傳感器實(shí)測(cè)值會(huì)形成一個(gè)差分值，系統(tǒng)將這個(gè)差分值進(jìn)行PID運(yùn)算，會(huì)得到一個(gè)射流管電液伺服閥的驅(qū)動(dòng)電流值，此電流會(huì)驅(qū)動(dòng)伺服閥的正負(fù)開口來使液壓系統(tǒng)達(dá)到新的平衡點(diǎn)，完成整個(gè)的壓力閉環(huán)控制(以下提到的壓力閉環(huán)控制均采用此方法);手動(dòng)操作電氣操作桿，可在+10～+200 kN范圍內(nèi)對(duì)正彎力進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，此時(shí)射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8對(duì)這一范圍內(nèi)需要的正彎力進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，這實(shí)際上是兩個(gè)壓力閉環(huán)控制，一個(gè)是維持C1值恒定射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4組成的壓力閉環(huán)控制，另一個(gè)是在+10～+200 kN范圍內(nèi)，射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8對(duì)所需要的負(fù)彎輥力進(jìn)行壓力閉環(huán)控制。當(dāng)F顯=F正－F負(fù)處于(－10～－200 kN)時(shí)，始終令F正=C2(C2值為一小的恒定值，其大小只要滿足正彎缸活塞能伸出即可)，該C2值射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8組成進(jìn)行壓力閉環(huán)控制;手動(dòng)操作電氣操作桿可在－10～－200 kN范圍內(nèi)對(duì)負(fù)彎力進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，此時(shí)射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4對(duì)這一范圍內(nèi)需要的負(fù)彎力進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，這實(shí)際上也是兩個(gè)壓力閉環(huán)控制，一個(gè)是維持C2值恒定射流管電液伺服閥5和壓力傳感器8組成的壓力閉環(huán)控制，另一個(gè)是在－10～－200 kN范圍內(nèi)，射流管電液伺服閥1和壓力傳感器4對(duì)所需要的正彎輥力進(jìn)行壓力閉環(huán)控制。

平衡狀態(tài)是正彎輥的一種特殊狀態(tài)，只在開機(jī)前穿帶時(shí)、斷帶保護(hù)時(shí)、帶尾甩頭軋制時(shí)及換輥時(shí)使用。和正彎的控制原理一樣，此時(shí)，F(xiàn)顯=F正－F負(fù)=F平。

換輥狀態(tài)時(shí)，液壓油經(jīng)過節(jié)流閥9進(jìn)行速度調(diào)節(jié)和減壓閥10進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)進(jìn)入電磁換向閥11，當(dāng)電磁鐵3YA得電，同時(shí)電磁換向閥2的電磁鐵1YA及電磁換向閥6的電磁鐵2YA均得電，使彎輥缸活塞縮回。

由上面的論述可知，在彎輥狀態(tài)，正、負(fù)彎輥的活塞均處于伸出位置，且處于工作狀態(tài)，根據(jù)帶材的板形狀況，只需操作電氣操作桿便可在－200 kN～+200 kN之間對(duì)彎輥力進(jìn)行快速、連續(xù)的線性調(diào)節(jié)，不存在正負(fù)彎切換的時(shí)間差及過渡死區(qū)，并且操作更為簡(jiǎn)便。但是，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮C1值和C2值均為額外的負(fù)載。

4 結(jié)語

反沖洗過濾系統(tǒng)及正負(fù)彎輥平滑過渡系統(tǒng)等流體新技術(shù)在江西銅業(yè)中精銅帶軋機(jī)上的成功應(yīng)用，不僅提高了帶材的表面質(zhì)量，同時(shí)具有高控制精度、高可靠性、高成材率、操作使用方便、軋制出的帶材板形好、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，故具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 胡邦喜．設(shè)備潤(rùn)滑基礎(chǔ)［J］．北京:冶金工業(yè)出版社，2002．