连铸中间包同步控制方案

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1、1.1 概述中间包是连铸成套设备中用到的一个耐火材料容器， 首先接受从钢包注入的 钢水，然后 再由中间包水口分配到一个或多个结晶器中。 中间包作为连续铸钢的 重要设备，是提高钢产量 和质量的重要一环。无论是对于连铸操作的顺利进行， 还是对于钢液品质的影响，中间包的作 用都是不可忽视的。由于生产操作要求， 中间包必须具有升降功能， 所以中间包坐落在中间包 车上， 靠安装在中间包车上 的四个液压缸升降。 当然中间包的升降还有电机控制方式， 因其 结构复杂、 难维 修，现在已被逐步淘汰。由于液压控制方便 , 结构简单紧凑，所以现在大部 分中 间包升降都采用液压控制。 然而中间包的负载不均衡性、 液压

2、元件使用寿命及泄 漏等 题，中间包升降控制同步精度往往不能满足生产要求， 这对浇钢过程中浸入 式水口的对中极为 不利， 严重时还可能产生漏钢。 因此进行新的同步控制系统的 研究已经非常必要。国内许多钢厂采用的液压技术同步的方法主要分为同步马达和节流同步两 种，但这两种开 环同步控制不能消除由于干扰和元件精度等造成的同步误差， 甚 至还存在误差累积的问题， 且同步问题解决的并不理想。 伺服阀应用在这一领域 中有很大的缺陷， 电液伺服阀结构复 杂， 造价高且抗污染能力差， 不适宜于在环 境恶劣的连铸生产中。 既考虑同步的因素， 又 考虑实际情况的影响， 在这样的条 件下用电液比例阀就可以得到比较满

3、意的结果。关于多缸同步电液比例伺服控制，1994 年 HOGA 等通过非对称负载多缸同步 控制问题的研 究认为， 若想获得满意的同步控制效果， 一阀控制一缸的控制模式 是必要的，但他们并未给 出较好的同步控制策略。本论文参考了国内外的大量研究文献资料， 结合现场实际情况拟定了带补油 装置的开环 电液比例同步控制方案， 采用四个比例方向阀控制四个液压缸的同步 升降，本文对传统的连铸 中包液压提升系统中出现的问题给出了很好的解决策略，特别是以下三个方面：如何能单独 控制油缸保证四个油缸同步；油缸产生不 同步后如何能单独调整该油缸；现有油缸产生泄漏 后是否能当前位置保持。本 文应用了压差补偿式比例方

4、向阀， 能够对流量实现比较精确的控 制， 保证了同步 精度，当液压缸运动到底部时， 通过位置传感器控制， 是没回到底部的液压 缸放 油回到底部， 消除了累积误差， 保证液压缸不会长时间运行后发生倾斜。 这种控 制虽 相比于电液比例闭环控制响应速度较慢，但也能取得较高的同步控制精度， 同时成本有大幅度 下降， 维护起来更方便经济， 十分适合现阶段连铸生产， 因此 有较高的研究意义和实际应用 价值。1.2 同步控制回路同步控制回路是实现多个执行元件以相同的位移或相等的速度运动的液压 回路。随着液压 技术在工程领域中应用日益扩大， 大型设备负载能力增加或因布 局的关系，需要多个执行元件 同时驱动一个

5、工作部件， 同步运动就显得更为突出。 衡量同步运动的优劣的指标是同步精度， 其位移的绝对误差或相对误差S来表图1液压缸单侧节流同步回路團3 分流集流阀同步回路示，以两个同步液压缸为例，若两个液压缸运动到端点时分别为绝对误差SA和SB，则其 =|S S |AB相对误差S = X 100%AS2液压缸双向节流阀同步回路由于负载不均衡、摩擦力不等、液压缸泄漏量不同、空气的混入和制造误差等因 素都会影响同步 精度。用刚性的构件、齿轮齿条副或连杆机构可使两液压缸活塞 杆建立刚性的运动联系，实现位 移的同步，同步 的精度取决于机构的刚度。如果两液压缸负载差 别较大，会因偏载造成活塞和活塞杆卡死现象，因此，

6、尚需要用 液压方法来保证其同步。121流量同步回路流量同步回路是通过流量控制阀控制进入或流出两液压缸 的流量，使液压缸活塞运动速度相等，实现速度同步。图1为液压缸单侧回油节流同步回路。在各 液压缸的回油 路上装上单向节流阀，调节节流阀的流量达到近似的速度同步。 节流阀同步回路液压系统非常简单、成本低，可以调速和实现多 液压缸的同步，但同步精度受油温和负载的影响较大，仅达5% 且系统效率低，不宜用于偏载或负载变化频繁的场合，、。为改 善其同步精度可采用 温度补偿的调速阀来代替节流阀。图2为 采用调 速阀和流向整流板使液压缸双向均能进行节流控两液压缸运动过程中制的同步回路。如果一个液压缸的回路中采

7、用比例调速阀， 通过检测元件随时检测唯一误差，调解比例调速阀的流量和另一液压缸调速阀的 流量相等，同步 精度还可提高。用分流集流阀来实现速度同步，其液压系统简单经济，纠偏能力大，同步精 度约为 1%-3%图 3 为采用分流集流阀的同步回路。活塞上升是分流集流阀起分流作用，活塞下降是起集流作用 即使两液压缸承受不同负载仍能以相等的流 回路中液 量分流或集流，实现速度同步 负载不 控单向阀是防止活塞停止时因两液压缸 图 4为用比例 同而通过分流集流阀内节流孔窜油。 分流集流阀实现的三缸 同步。第一级分流集流阀为比例分流激流阀,图5带补油装羞的串联缸同步回路图 4 比例分浇集流阀三缸同步回路比例为

8、2:1，第二级为等量分流集流阀。因为分流精度取决于分流集流阀的压降， 所以分流激流阀的流量范围较窄。 当流量低于阀的公称流 量过多时，阀的压降与 流量成平方倍地下降，分流精度就显著降低，这是在选择分流集流阀时必 须注意 的问题。分流集流阀上的压降一般为 0.8 1.2MPa, 因此它不宜用于低压系统。1.2.2 容积同步回路容积同步是指将两相等容积的油液分配到尺寸相 同的两液压缸，实习两液压缸位移同步这种回路可允许较大的偏载，偏载造成的压差不影响流量的改J变，只影响油液微量的压缩和泄漏，同步精度较高，系统效率也 遜电遜-J 较高。图5为带补油装置的串联缸同步回路。若把两个液压缸串联起来，并且两

9、串联油腔的活塞有效面积相等，便可实现两液压Nh -图 6 同步缸同步回路缸的同步。但是两串联油腔的泄 漏会使活塞产生位移误差，长期 运行误差会不断积累 起来，应采取措施使一个液压缸达到行程端 点后，向串联油腔a点补油或由此排油，消除误差。其工作原理是在两液压缸活塞同时下 降时，如果液压 缸1活塞先到达端点，触动行程开关1S,使电磁换向阀4的电磁铁3Y通电，压力油经换向阀4 和液控单向阀3进入液压缸2上腔，使液压缸 2活塞继续下降到端点；如果液压缸 2活塞先到达端点，触动行程开关使4Y通 电，压力油接通液控单向阀 3的控制油路，液压缸 和换向阀4回油箱，使液压缸1活塞亦下降到 端点， 从而消除积

10、累误差。图6是同步缸的同步回路。同步缸1是一个由 两尺寸相同的缸体和两个活塞同一个活 塞杆的液压 缸，活塞向左或向右运动时输出或 接受两个相同容积 的油液，起着配流的作用。同步缸1的两活塞上装有 双作用单向阀2,它可以在行程端点消除两液压缸同步 误差当同步缸活塞向右运动到达右端点时，顶开右侧 单向阀若某个液压缸没有达到行程端点，压力油便可 通过顶开的单向阀直接进入其上腔，使活 塞继续下降 到端点。同步缸可隔成多段，实现多液压缸的同步， 但需要特制的同步缸，其体积和长度均很大。 和同步缸一样，用两个同轴等排量液压马达作 配油环 节，输出相同流量的油液来实现液1 下腔的油液经液控单向阀* *LUS

11、T 同步液压2 达同歩回路的高，它排除了流 量控制阀压差对流 量影响的因素，其 同步精度主要取决 于元件的制造精度、b)图8 电液伺服阀的同步回路压缸的同步。图 7 为同步液压马达的 同步回路。由四个 单向阀和一个溢流 阀组成的交叉溢流 补油回路，可以在 液压缸行程端点消 除同步误差。容积 同步回路的同步精 度比流量同步回路同步油缸调速阀组i - I1 1irIr亠II rn：）i分流御ii阀液压马达回路中，选用容积效率稳定的柱塞液压马达，可获得相当高的同步精度。 伴随同步精度 的提高，也带来了系统复杂程度和造价的提高， 在选择同步方式时 应予以综合考虑。123 伺服同步回路采用伺服阀的同步回

12、路，可随时调节进入液压缸的流量，实现精确的位置同 步，同步精度 可达02mm但系统复杂程度和造价更高。图8举了三个用伺服同步 的例子。图8a是采用电液 伺服阀的同步回路，图 8b 是采用等量分流集流的电液伺 服同步阀的同步回路。在电液伺服阀 同步回路中，设有活塞位置的检测元件和将 检测信号进行比较。当两活塞位置出现不同步时， 检测装置发出信号，经放大后 反馈到电液伺服阀，使之随时调节流量达到两活塞同步运行。 这两个回路中电液 伺服阀需通过系统的全流量，伺服阀的容量大，价格昂贵。图 8c 是用伺服 阀放油 的同步回路。回路中分流集流阀进行粗略的同步控制， 再通过张紧在滑轮组上的 钢带 推动差动变

13、压器检查同步误差，经伺服放大器控制伺服阀只要放掉很小流量 即可纠正分流误 差，故可采用小容量的伺服阀。回路可靠性高，在电液伺服系统 出故障时，仍能粗略地同步工 作。回路中电液伺服阀可用比例换向阀代替， 甚至 可 用直流电磁换向阀代替，但精度比采用 电液伺服阀的低。1.3 冶金行业中液压同步控制系统工业或者军工设备上有很多场合要求两个或多个液压缸同步动作，就产生 了液压系统同步问题的要求，特别是冶金工业，由于其高负荷、高危险的生产条件 和生产环境，对于液压同步技术使用的情况更为频繁和复杂，一般在设计和工程同步油缸rTI同步马达换向控制阀论证过程中，可图 9 调试阀同步控制图 10 分流集流阀同步

14、控制 以根据工况要求和投资成本选择使用各种不同的液 压同步控制方式。1.3.1 多个普通节流阀或者调速阀同时使用控制多个油缸同步动作，多使用在同步要求不是很高或者同步功能可以通过 机械结构进行缓冲的场 合，特点是控制简单，维护方便,投资成本低。比如某厂的 板坯翻转台就使用这种控制方案，这个板坯翻 转台布置在生产线之外，用于对下 线板坯进行翻转检查和处理，由于其用于线外设备，且对同步要求不是 很高，达到 基本同步即可满足工艺参数。因此该厂选择了这种简单的同步控制方案如图 9 所 示（油缸下 4 个调速阀）。这种同步控制方式成本低，基本不需要电气参与同步控 制,使得调试和维护工作非常简 单，达到了

15、既满足工艺动作要求，又满足投资成本 控制的要求。132 分流集流阀分流集流阀又称速度同步阀，是 分流阀、集流阀、单向分流阀、单向 集流阀的总称。它们在液压系统中，可使同一系统中的2 4个相同的执行元 件，无论负载大小如何，均能达到速度同步的运行 目的。自调式分流集流阀是在分流集流阀基础上， 增加了流量、压力自调节能力，使得该阀可以适应 大流量、压力变化范围和大偏载工作条件。如某钢 厂包盖提升机构液压控制如图10所示，此系统仅仅 将包 盖从低位提升到高位，没有与其他设 备的精确 定位要求，因此对同步精度没有很高的要求，考虑 到免维护和免调节，该厂选择了此种简单的同步控 制模式，实践证明这个选择是可行的。133同步马达某炼钢厂转炉裙罩提升控制，转炉裙罩是一个 非常庞大的结构件，加上内冷介质,重达数百吨；而 且与其他设备还有相对位置配合要求，因此对其运动 的同步有比较高的要求；特别是对系统可靠性要求 更高，决不容许发生差错，一旦控制功能发生故 障，将会引起严重的后果和巨大经济损失。为了满足 以上的功能要求,该厂在此系统设计过程中进行了充 分的调查和技术论证。首先,为了达到高可靠性，优先选择机械模式的同步控制方案，因为机械机构在现图 11 同步马达控制代技术中是比较可靠和很少发生意外的方案，因此比例伺服阀加位置传感器的同步控制方法在这里 不合适；其次,由于