CPC系統(tǒng)在銅軋機中的應(yīng)用及改進

魏志毅，劉援朝，魏維剛，竇 鋒，吳 量

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

在冷軋銅帶生產(chǎn)線上，軋制線較長，在開卷軋制過程中，由于來料缺陷(如來料板形不平直、帶卷不齊、鐮刀彎等)及生產(chǎn)設(shè)備的某些原因(如旋轉(zhuǎn)輥子的制造精度低、安裝偏差等)，均會導(dǎo)致帶材出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，帶材跑偏一方面造成帶材邊部的損壞，另一方面會損壞軋制設(shè)備。針對這種情況，為保證正常軋制，需要開卷機浮動，在開卷軋制過程中隨時調(diào)整帶材位置，使帶材中心線對準(zhǔn)軋制中心線。這就需要在開卷機與矯直機中間設(shè)置對中裝置(CPC)來實現(xiàn)開卷機浮動對中。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及基本原理

CPC系統(tǒng)一般由液壓站、伺服閥站、液壓缸、光電檢測裝置和電控部分等組成，也可以沒有獨立的液壓站，由軋機的低壓傳動站或高壓伺服站供油。

CPC系統(tǒng)的基本控制原理如圖1所示，對中系統(tǒng)控制框圖由光電檢測裝置檢測帶材位置并判斷其是否在中心線上，當(dāng)帶材位置與中心線有位置偏差時，控制器以此偏差信號為依據(jù)輸出電流信號來控制伺服閥，由伺服閥來控制液壓缸帶動帶材向著中心線的方向移動，使板帶材始終保持在軋機中心線上，從而實現(xiàn)糾偏。

3 工程應(yīng)用及存在的問題

圖1 對中系統(tǒng)控制框圖Fig.1 Control block diagram of CPC system's

在銅軋機上，粗軋機和精軋機的開卷機結(jié)構(gòu)是不同的。由于粗軋機的來料較厚，所以來料普遍采用無心打卷，帶卷比較松，層與層之間有很大間隙，兩層之間不能產(chǎn)生摩擦力而互相帶動，實現(xiàn)同步運動。鑒此，粗軋機的開卷機一般采用雙側(cè)結(jié)構(gòu)，中心卷筒承受帶卷重量，同時兩側(cè)使用比帶材卷徑大的圓盤夾住帶卷側(cè)面，以保證帶卷兩個側(cè)面始終齊整。精軋機由于來料是從粗軋機上下來的，從粗軋的卷筒上下料，且經(jīng)過粗軋機的軋制，帶材相對比較薄，來料比較緊密，只需要卷筒承受重量，兩側(cè)面不需要對夾，靠帶材層間的摩擦力即可以實現(xiàn)帶材各層的同步運動。

對于軋機而言，CPC系統(tǒng)需要實現(xiàn)三個功能:①手動控制。即由操作按鈕來實現(xiàn)帶材向操作側(cè)或傳動側(cè)運動，以便在需要的時候人工干預(yù);②自對中。通過伺服閥與液壓缸內(nèi)的位移傳感器進行閉環(huán)控制，使開卷機卷筒中心線處于軋機的中心線位置，此功能上卷時使用，保證上卷時帶卷與軋機中心線沒有太大偏差;③自動控制即軋制過程中通過光電檢測裝置與伺服閥的閉環(huán)來實現(xiàn)帶材的自動糾偏。

由于開卷機結(jié)構(gòu)的不同，針對兩種不同的結(jié)構(gòu)，需要有兩種不同的CPC系統(tǒng)，精軋機由于是單側(cè)結(jié)構(gòu)，所以只有一個液壓缸來帶動開卷機同時帶動帶材運動，這樣即為單個伺服閥來控制單個液壓缸，功能比較容易實現(xiàn)，如圖2所示。對于粗軋機，由于是雙側(cè)結(jié)構(gòu)，兩個液壓缸分別帶動兩側(cè)，CPC工作時，手動控制時要實現(xiàn)兩種動作:①開卷機兩側(cè)分別可以向操作側(cè)和傳動側(cè)運動，這樣兩邊才可以分開距離，以實現(xiàn)帶材的上卷，上卷后需要將兩側(cè)夾緊，以完成上卷工作;②上卷后需要實現(xiàn)開卷機帶動帶材向操作側(cè)或傳動側(cè)運動，運動過程中要保證開卷機的夾緊狀態(tài)，這就要求開卷機兩側(cè)同步運動。自對中與自動控制與軋機相同，但是運動過程中要考慮兩個液壓缸保證同步。

圖2 精軋對中原理圖Fig.2 Schematic diagram for CPC system's of fine rolling mill

針對粗軋的開卷機結(jié)構(gòu)，采用了如圖3所示的液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)中，將操作側(cè)和傳動側(cè)液壓缸的塞腔連接起來，并在管路上使用一個兩位四通換向閥210來實現(xiàn)兩個液壓缸的連通與斷開。由于兩個液壓缸完全相同，由一個塞腔流出的油液來推動另一個塞腔，由于流量相同，塞腔面積相同，則可以實現(xiàn)兩個缸的同步運動。

手動控制時分為兩種狀態(tài)，當(dāng)需要兩個油缸分別單獨運動時，電磁閥210失電，此時即將兩個液壓缸的塞腔斷開，兩個液壓缸成為完全獨立的兩個單元，同時電磁閥203失電，使得液控單向閥208處于關(guān)閉狀態(tài)，將伺服閥與液壓缸斷開，此時由205－1、206－1、207－1來控制其中的一個液壓缸，由205－2、206－2、207－2來控制另一側(cè)液壓缸，此時兩個液壓缸沒有相互聯(lián)系，通過換向閥205－1、205－2來實現(xiàn)兩個液壓缸的單獨運動。需要手動控制兩個油缸同步運動時，電磁鐵210得電將兩個油缸的塞腔連接起來，換向閥205－1和205－2失電使兩個單獨的回路不給液壓缸供油，電磁閥203得電將液壓鎖208－1、208－2打開，由伺服閥給兩個液壓缸的桿腔供油，當(dāng)伺服閥給操作側(cè)的液壓缸桿腔供油時，塞腔的油排出同時流入傳動液壓缸的塞腔，傳動側(cè)桿腔的油經(jīng)過伺服閥回到油箱，則兩個液壓缸同步向操作側(cè)運動，當(dāng)伺服閥給傳動側(cè)桿腔供油時，則兩個液壓缸同步向傳動側(cè)運動。自動控制時由伺服閥與光電檢測裝置的閉環(huán)同時通過電磁換向閥210將兩個液壓缸的塞腔連通，以實現(xiàn)兩個液壓缸的同步運動來實現(xiàn)對中。

工程實踐中發(fā)現(xiàn)，帶卷上至開卷機，兩邊夾緊以后，長時間在某一位置保持時，開卷機兩側(cè)有自動分開的現(xiàn)象，險些造成帶卷從開卷機上掉落的事故。通過觀察兩缸的位移傳感器數(shù)值發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩缸在中間位置保持時，都有自動向外側(cè)運動的現(xiàn)象。

4 問題分析與解決方案

針對液壓缸自動向外運動問題，由測壓接頭處通過壓力表現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)測壓接頭209－1和209－2處每次液壓缸運動完成后旋鈕打至中位即203－1、205－1、205－2失電狀態(tài)且伺服閥不供電時，壓力總是由無壓緩慢的上升至一定壓力值，液壓缸的運動即是由此壓力推動。通過分析，由于208板式液控單向閥性能較好，不易泄露，此壓力是由于液控單向閥206處以及電磁換向閥205處的泄露造成的，于是將206處液控單向閥更換，但得不到明顯改善。由此推斷，是由于回油管路上的背壓導(dǎo)致液控單向閥不能完全關(guān)閉，由于閥203、204、205－1、205－2幾個閥的T口是在閥塊中連通，所以背壓不易去除。如果可以保證塞腔回油處沒有泄露，塞腔油液不能回到油箱，同樣可以保持缸不動作，而缸塞腔的回油可能是由205、206中的泄露或者210處的泄露回到油箱，現(xiàn)場通過一個轉(zhuǎn)接板將電磁換向閥210換為零泄漏的球式電磁換向閥，缸的自動運動現(xiàn)象消失，由此推斷缸的塞腔回油主要是由于電磁換向閥閥210處的泄露產(chǎn)生，問題得到解決。

圖3 粗軋對中原理圖Fig.3 Schematic diagram for CPC system of rough rolling mill

5 結(jié)論

圖3系統(tǒng)原理上可以正常使用，但由于未考慮元件的內(nèi)泄，導(dǎo)致工程實踐中險些釀成事故。由此可見，工程實踐中，一些細節(jié)問題需要認真考慮，液壓系統(tǒng)中必須考慮閥的內(nèi)泄問題。在后期的工程實踐中，將電磁換向閥210改為零泄漏的球式電磁換向閥，同時將電磁換向閥205的T口連至系統(tǒng)泄露油口L，取得了較好的效果。

［1］ 方勝年．新型帶材自動糾偏裝置的研制［J］．武鋼技術(shù)，2001(5)．

［2］ 張祝得．淺談帶鋼開卷機CPC液壓控制系統(tǒng)［J］．冶金叢刊，2003(6)．