熨平輥控制系統(tǒng)的改進設計

許小豐

(洛陽有色金屬加工設計研究院，河南 洛陽 471039)

熨平輥是鋁箔軋制中軋機出口卷取時廣為運用的一種裝置，其作用是在鋁帶箔材卷取時趕走帶材之間的空氣，使帶材卷的既緊又齊，這就要求熨平輥本身有高的制造精度、高的平衡性能和安裝精度，同時還要使其在帶材上的壓力均勻，便于調整。有色金屬加工行業(yè)中，隨著鋁帶箔軋機、合卷機組的運行速度的提高，鋁帶箔卷取過程中，由于空氣進入帶材層間，導致帶材鼓包、迭縮和松卷，嚴重破壞帶材板形，增加了生產(chǎn)損耗和下道工序加工的難度。為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，通常的做法是限制帶材的軋制速度，結果使軋機的生產(chǎn)能力不能充分發(fā)揮。為解決上述問題，結合卷取熨平的工藝過程，找出關鍵因素，設計一種可靠、穩(wěn)定、控制精度高的熨平輥裝置控制回路顯得特別重要。

1 現(xiàn)有的控制系統(tǒng)

現(xiàn)有技術中，熨平輥的控制方式一般有兩種，一種為液壓控制，一種為氣-液轉換控制，大部分是采用氣-液轉換的控制方式。氣-液轉換控制系統(tǒng)的原理如圖1所示。氣動部分安裝有三個比例減壓閥，通過調節(jié)輸入電壓可以控制比例減壓閥的出口氣壓，第一、第二氣動比例減壓閥分別控制兩個液壓缸的壓下力，第三氣動比例減壓閥控制兩個液壓缸的抬起力；液壓缸進、出油路上安裝有手動可調單向節(jié)流閥，以調節(jié)熨平輥壓上和離開帶卷表面時的速度。為了保證不損害帶材的表面質量，熨平輥壓上帶卷表面時速度要慢。但是由于熨平輥液壓缸進、出油路上只有手動可調單向節(jié)流閥調節(jié)液壓缸的速度，使得液壓缸壓緊和抬起的全過程中分別只能用一種速度，且速度很慢。所以，在熨平輥工作過程中，熨平輥從停止位運動到壓上帶卷表面的時間很長。由于運動所需時間很長，在帶材卷取一段時間后熨平輥才能壓到帶卷表面，這樣不但操縱熨平輥所需的時間長，而且在帶材卷取過程中，有相當一部分的帶材卷取時并沒有采用熨平輥熨平。

2 控制系統(tǒng)改進設計方案一

如圖2所示，控制系統(tǒng)改進設計方案一包括兩個液壓缸及其控制回路，以一個液壓缸控制回路為例說明其結構組成。液壓缸活塞桿腔9、液壓缸活塞腔10的連接油管分別與兩氣液轉換缸6b、6a的出油管之間安裝有可調單向節(jié)流閥8b、8a，可調單向節(jié)流閥上均并聯(lián)有一個二位二通電磁換向閥，液壓缸活塞腔10連接油管上并聯(lián)的二位二通電磁換向閥7a為常閉式，液壓缸活塞桿腔9連接油管上并聯(lián)的二位二通電磁換向閥7b為常開式。兩個液壓缸控制回路中，與液壓缸活塞腔10相連的氣液轉換缸6a的進氣管上安裝有比例壓力閥5，兩比例壓力閥通過管路、氣動換向閥4a與氣動三聯(lián)件3連接；兩個液壓缸控制回路中，與液壓缸活塞桿腔9相連的氣液轉換缸6b的進氣管連通后通過管路、氣動換向閥4b與氣動三聯(lián)件3連接；氣動三聯(lián)件3通過管路、截止閥2與氣源1連接。

下面詳細說明熨平輥控制系統(tǒng)改進設計方案一的工作過程。

熨平輥從停止位向帶卷表面的運動過程：由氣源1提供的壓縮空氣經(jīng)截止閥2、氣動三聯(lián)件3和氣動換向閥4a到比例壓力閥5，比例壓力閥5的作用是使熨平輥兩端施加的力大小可調，經(jīng)比例壓力閥5調壓后的壓縮空氣通入氣液轉換缸6a，由氣液轉換缸6a提供液壓缸動作的壓力油；壓力油從可調單向節(jié)流閥8a進入到液壓缸活塞腔10，由于回油路上并聯(lián)的二位二通電磁換向閥7b為常開式，熨平輥以比較快的速度運動，當熨平輥即將要壓上帶卷表面時，常開式電磁換向閥7b電磁鐵帶電，換向閥油路斷開，壓力油通過可調單向節(jié)流閥8b回油節(jié)流調速，熨平輥以很慢的速度壓上帶卷表面。

1-截止閥；2-氣動三聯(lián)件；3-第一氣動比例減壓閥；4-第一單向閥；5-電磁換向閥A；6-第二氣動比例減壓閥；7-第二單向閥；8-電磁換向閥B；9-第三氣動比例減壓閥；10-第三單向閥；11-第四氣液轉換器；12-單向節(jié)流閥D；13-液壓缸B；14-單向節(jié)流閥C；15-第三氣液轉換器；16-單向節(jié)流閥B；17-液壓缸A；18-第二氣液轉換器；19-單向節(jié)流閥A；20- 第一氣液轉換器

熨平輥從離開帶卷表面向停止位的運動過程：由氣源1提供的壓縮空氣經(jīng)截止閥2、氣動三聯(lián)件3和氣動換向閥4b到氣液轉換缸6b，由氣液轉換缸6b提供液壓缸動作的壓力油；液壓油從可調單向節(jié)流閥8b進入到液壓缸活塞桿腔9，由于回油路上并聯(lián)的二位二通電磁換向閥7a為常閉式，熨平輥以很慢的速度離開帶卷表面，當熨平輥離開帶卷表面后，常閉式電磁換向閥7a電磁鐵帶電，換向閥油路接通，壓力油通過電磁換向閥7a回油，熨平輥以比較快的速度運動到停止位。

上述熨平輥控制系統(tǒng)設計方案，其結構簡單，設計合理，使熨平輥工作過程中，在大部分時間內液壓缸都是以比較快的速度在運動，大大提高了熨平輥的作業(yè)效率，減少了在帶材卷取過程中未經(jīng)熨平輥熨平的帶材部分，提高了帶材產(chǎn)品的質量。

3 控制系統(tǒng)改進設計方案二

如圖3所示，控制系統(tǒng)改進設計方案二包括兩個液壓缸及其控制系統(tǒng)，第一液壓缸活塞腔16和第二液壓缸活塞腔19的連接油路上分別裝有第一單向節(jié)流閥15和第二單向節(jié)流閥20；供油流道P上設有減壓閥2和溢流閥31以控制系統(tǒng)的工作壓力；系統(tǒng)供油流道P和回油流道T之間設有蓄能器25和蓄能器截止閥組26，以吸收系統(tǒng)中的壓力脈動并提供輔助動力源。大通徑三位四通電磁換向閥4、過渡板5、帶單向閥的減壓閥6和雙單向節(jié)流閥7疊加在一起用于控制系統(tǒng)壓力油的流向、壓力及流速，其一路通過管路連接到第一液壓缸活塞桿腔17和第二液壓缸活塞桿腔18，另一路通過流道連接第一大通徑液控單向閥12和第二大通徑液控單向閥13的進油口。小通徑三位四通電磁換向閥10的進油從過渡板5上通過管路連接而來，其工作口A連接第一大通徑液控單向閥12和第二大通徑液控單向閥13的控制口，其工作口B連接第一小通徑液控單向閥23和第二小通徑液控單向閥24的的控制口；第二比例減壓閥29和第一比例減壓閥28的出口分別連接第一小通徑液控單向閥23和第二小通徑液控單向閥24的的進油口；第一大通徑液控單向閥12和第二大通徑液控單向閥13的出口通過流道分別與第二小通徑液控單向閥24和第一小通徑液控單向閥23的出口連通在一起。

1-氣源；2-截止閥；3-氣動三聯(lián)件；4(a、b)-氣動換向閥；5-比例壓力閥；6(a、b)-氣液轉換缸；7(a、b)-二位二通電磁換向閥；8(a、b)-可調單向節(jié)流閥；9-液壓缸活塞桿腔；10-液壓缸活塞腔；

1-測壓接頭；2-減壓閥；3-耐震壓力表；4-大通徑三位四通電磁換向閥；5-過渡板；6-帶單向閥的減壓閥；7-雙單向節(jié)流閥；8-第一壓力傳感器；9-第一球閥；10-小通徑三位四通電磁換向閥；11-第二壓力傳感器；12-第一大通徑液控單向閥；13-第二大通徑液控單向閥；14-第二球閥；15-第一單向節(jié)流閥；16-第一液壓缸活塞腔；17-第一液壓缸活塞桿腔；18-第二液壓缸活塞桿腔；19-第二液壓缸活塞腔；20-第二單向節(jié)流閥；21-第三壓力傳感器；22-第三球閥； 23-第一小通徑液控單向閥；24-第二小通徑液控單向閥； 25-蓄能器； 26-蓄能器截止閥組；27-油路塊；28-第一比例減壓閥；29-第二比例減壓閥；30-單向閥； 31-溢流閥

下面詳細說明熨平輥控制系統(tǒng)改進設計方案二的工作過程。

熨平輥的工作過程分為快速下降、壓力調整和快速上升三個階段。熨平輥快速下降即熨平輥從停止位向帶卷表面的運動過程：由液壓油源P提供的高壓油經(jīng)過減壓閥2減壓后，提供給大通徑三位四通電磁換向閥4，大通徑三位四通電磁換向閥4的電磁鐵SOL 1帶電，高壓油經(jīng)過大通徑三位四通電磁換向閥4的交叉位、過渡板5、帶單向閥的減壓閥6和雙單向節(jié)流閥7后，分別通過第一大通徑液控單向閥12、第三球閥22、第二單向節(jié)流閥20和第二大通徑液控單向閥13、第二球閥14、第一單向節(jié)流閥15后進入到第二液壓缸活塞腔19和第一液壓缸活塞腔16，第一液壓缸活塞桿腔17和第二液壓缸活塞桿腔18的液壓油通過第一球閥9、雙單向節(jié)流閥7、帶單向閥的減壓閥6、過渡板5和大通徑三位四通電磁換向閥4的交叉位連接到回油流道T，熨平輥快速下降。當熨平輥快速下降到即將要壓上帶卷表面時，第一比例減壓閥28和第二比例減壓閥29的電磁鐵SOL 6和SOL 5帶電，大通徑三位四通電磁換向閥4的電磁鐵SOL 1失電，小通徑三位四通電磁換向閥10的電磁鐵SOL 3帶電，高壓油分別經(jīng)過小通徑的第一比例減壓閥28減壓、第三球閥22、第二單向節(jié)流閥20和小通徑的第二比例減壓閥29減壓、第二球閥14、第一單向節(jié)流閥15后進入到第二液壓缸活塞腔19和第一液壓缸活塞腔16，第一液壓缸活塞桿腔17和第二液壓缸活塞桿腔18的液壓油通過第一球閥9、雙單向節(jié)流閥7、帶單向閥的減壓閥6、過渡板5和大通徑三位四通電磁換向閥4的中位連接到回油流道T，熨平輥以很慢的速度壓上帶卷表面。熨平輥壓上帶卷表面后，大通徑三位四通電磁換向閥4的電磁鐵SOL 2帶電，高壓液壓油經(jīng)過大通徑三位四通電磁換向閥4的平行位、過渡板5、帶單向閥的減壓閥6減壓和雙單向節(jié)流閥7后，進入到第一液壓缸活塞桿腔17和第二液壓缸活塞桿腔18，在活塞桿腔形成低壓力的背壓，操作人員根據(jù)帶材的邊部情況來操作第一比例減壓閥28和第二比例減壓閥29，從而控制熨平輥兩側熨平的壓力，此即壓力調整階段。

當帶卷表面不需要熨平時，同時操作第一比例減壓閥28和第二比例減壓閥29的出口壓力逐漸減小到熨平輥松開帶卷；帶卷松開后，第一比例減壓閥28和第二比例減壓閥29的電磁鐵SOL 6和SOL 5失電，小通徑三位四通電磁換向閥10的電磁鐵SOL 4帶電，第二液壓缸活塞腔19和第一液壓缸活塞腔16的液壓油分別通過第二單向節(jié)流閥20、第三球閥22、第一大通徑液控單向閥12和第一單向節(jié)流閥15、第二球閥14、第二大通徑液控單向閥13后匯集在一起，通過雙單向節(jié)流閥7、帶單向閥的減壓閥6、過渡板5和大通徑三位四通電磁換向閥4的中位連接到回油流道T；熨平輥在活塞桿低壓背壓作用下快速上升到停止位。

上述熨平輥控制系統(tǒng)設計方案，其設計合理、可靠，熨平輥在工作過程中，能夠實現(xiàn)快速上升和快速下降，大大提高了熨平輥的作業(yè)效率；由于采用小通徑的比例減壓閥，降低了系統(tǒng)的成本；加之系統(tǒng)采用液壓的控制方式并且壓力調節(jié)時有背壓，使系統(tǒng)能夠準確地控制熨平輥的熨平壓力，系統(tǒng)控制精度高，壓力調節(jié)響應速度快，提高了帶材產(chǎn)品的質量。此系統(tǒng)在六輥冷軋機的熨平輥上經(jīng)過實際使用檢驗，效果比較良好。

4 結束語

上述兩種熨平輥控制系統(tǒng)改進的設計方案，其各有不同的優(yōu)缺點。方案一系統(tǒng)簡單，成本低，但精度控制不高; 方案二精度控制高，但是系統(tǒng)比較復雜，成本比較高。所以在具體設計熨平輥控制系統(tǒng)時，應根據(jù)不同軋機的軋制要求，結合設備的成本投入，設計熨平輥控制系統(tǒng)。

[1]成大先.機械設計手冊(第四卷)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.

[2]官忠范.液壓傳動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.