APC液压伺服系统计算.docVIP

设计任务及控制要求 项 目 说 明 设计任务 对某热轧机进行技术改造，在已有电动压下系统的基础上，增设液压压下微调系统，提高压下系统的控制精度和响应速度，保证产品的目标厚度、同板差和异板差。 工艺及设备主要参数 坯料最大厚度、宽度、长度：300mm×1500mm×2500mm 成品厚度：5～40mm 成品最大宽度、长度：2700mm×28000mm 额定轧制力：50000kN（5000T） 最大轧制速度：5m/s 轧机综合刚度：6500kN/mm 辊系重量：2×165000kg APC系统性能指标 压下缸额定压下力：25000kN（2500T） 压下缸最大压下力：30000kN（3000T） 压下缸行程：60mm 压下速度：≥6mm/s 快速回程速度：20m/s 液压APC系统定位精度：≤±0.005mm 液压APC系统频宽（-3dB）：≥10Hz 液压APC系统0.1mm阶跃响应时间：≤50ms 电动APC系统定位精度：±0.1mm 出口板厚精度（同板差） 5～10mm：≤0.10mm 10～20mm：≤0.16mm 20～40mm：≤0.22mm APC系统的控制模式及工作参数的计算 项 目 内 容 控制模式 由于压下力很大，且精度和稳定性要求很高，因此APC系统一般采用三通阀—不对称缸控制模式，即用标准四通伺服阀当三通阀用，压下缸活塞腔受控，活塞杆腔通恒定低压。低压Pr的作用是轧制时Pr=0.5MPa左右，防止活塞杆腔空吸并吸入灰尘；换辊时使Pr=3MPa左右用于快速提升压下缸。 压下缸放在上支承辊轴承座与压下螺丝（或牌坊顶面）之间时，压下缸倒置，即活塞杆不动，缸体运动。 系统供油压力Ps 因压下力很大，为避免压下缸尺寸、伺服阀流量和供油系统参数尺寸过大，拟取经济压力；考虑液压元件及伺服阀的额定压力系列，并考虑到可靠性和维护水平，取Ps=28MPa 负载压力PL 考虑到压下力很大，这里不可能按常规即最大功率传输条件取PL=（2/3）Ps；但PL也不应过大，应保证伺服阀阀口上有足够压降，以确保伺服阀的控制能力，这里取PL=23MPa 背压Pr 压下控制状态取Pr=0.5MPa 压下缸参数的确定与计算 活塞直径D活塞杆直径d 压下力 F=AcPL-ArPr 式中 Ac—活塞腔工作面积，㎡ Ar—活塞杆腔面积，㎡ 令面积比α=Ac/Ar 得 Ac=F/（PL-Pr/α） 由 F=25000kN，PL=23MPa，Pr=0.5MPa,并取α=4 得 Ac=10989.01×10-4㎡ D=m 取D=φ1200mm d=φ1050mm 则 Ac=11309.73×10-4㎡ Ar=2650.72×10-4㎡ α=Ac/Ar=4.27 PL=22.22MPa 行程S 压下缸行程可根据来料最大厚度、压下率、成品最小厚度及故障状态的过钢要求等加以确定，取S=60mm 液压谐振频率核试验 对于三通阀控制的差动缸，液压谐振频率ωh= 式中 Ac=11309.73×10-4㎡—压下缸活塞腔工作面积 βe—油液的容积弹性模量，考虑到系统在23MPa左右的 高压状态下工作，取βe≈1000MPa Vc—压下缸活塞腔控制容积，考虑到伺服阀块直接贴装在压下缸缸体上，管道容积极小，则Vcmin=AcS S=6×10-2m—压下缸行程mt=mRs/2+ mcy=85.5×103kgmRs—上辊系的运动质量，mRs=165×103kgmcy—压下缸缸体运动质量，mcy=3×103kg将Ac、βe、S、mt诸参数代入ωh中，可计算出ωh=469.53rad/s=74.73Hz由于ωh很高，可以不必担心APC系统的动态响应 液压动力元件的传递函数 Wh(s)= 式中 1/Ac=1/(11309.73×10-4)=88.42×10-2m-2 ωh=469.53rad/s ξhmin≈0.2 伺服阀参数的确定 负载流量 由压下速度V=6mm/s，可求出伺服阀的负载流量QL=VAc=407.15L/min 伺服阀的选择及其参数 选用MOOG-D792系列伺服阀，主要参数如下：额定流量QN=400L/min，(单边△Pn=3.5MPa)最大工作压力 35MPa输入信号 ±10V或±10mA响应时间(从0至100%行程) 4～12ms分辨率 0.2% 滞环 0.5%零漂(△T=55K)2% 总的零位泄漏量(最大值) 10L/min 先导阀的零位泄漏量(最大值) 6L/min