铝带铸轧机预应力控制回路的改进

韩吕昌，胡 兵

(1 中色科技股份有限公司，河南 洛阳471039；2 安徽精诚铜业股份有限公司，安徽 芜湖 241000)

铝带铸轧是把熔融金属通过铸嘴浇入一对转向相反、内部通冷却水的铸轧辊之间，在辊缝中完成浇铸、冷却、结晶、凝固、轧制等一系列的工艺过程，同时进行着复杂的变形和传热过程。

铝带铸轧机可分为双辊式、轮带式、双带(或履带)式等类别。双辊式铸轧机发展较早，已经获得广泛应用。资料表明，这种铸轧机已经成功地生产出宽2150mm、厚2～12.5mm的纯铝和铝合金铸轧带坯。本文主要介绍铝带铸轧机预应力控制和改进方案。

1 铝带铸轧机的预应力控制

1.1 预应力控制原理

铝带铸轧机的主要部件是铸轧机机架(也称预应力机架)，它承受着经铸轧辊传来的全部铸轧力和预设的预应力。常见的预应力施加方法有两种，一种是在铸轧机机架上横梁和上铸轧辊轴承座之间加设预应力油缸施加预应力；另一种是在铸轧机机架下横梁和下铸轧辊轴承座之间加设预应力油缸施加预应力。

铝带坯厚度控制有两种方式，即预应力(铸轧力)恒定厚度控制和辊缝恒定控制。在铸轧过程中，各种因素(如铝液温度、液位等)的干扰都集中反映在铸轧力的变化上，只要铸轧力恒定在某一范围或某一值上，铸出的带坯质量就能基本符合要求。要保证铸轧机的连续、稳定的生产，对铸轧力的控制尤为重要，而对铸轧力的控制是通过设定合适的机架预应力来实现的。

预应力恒定厚度控制是借助于预应力控制回路来实现的。通过调整预应力可间接地调整铸轧力偏差，从而减少铸轧带坯的厚度偏差。预应力控制回路的可靠性对铸轧机的连续生产起着至关重要的作用。

在生产过程中，操作手事先要对铸轧机辊缝进行预设，通过多次调整楔块的位置来保证初设辊缝的准确性；在轧制过程中如果同板差超出目标值时，可手动调节楔块来改变单侧轧辊轴承座之间的间隙，达到在线调节同板差的目的，若差值很小时，仅对预应力大小作适当调整，也可达到在线调节同板差的目的。预应力大小的调整分为操作侧调整、传动侧调整和两侧同时调整。预应力控制原理如图1所示。

图1 预应力控制原理

预应力控制，实质上就是在操作台通过电位计或触摸屏改变给定信号电压的大小来改变预应力的大小。实际预应力的大小由检测元件压力传感器检测并输出到控制系统和给定值进行比较，经比较之后在对比例减压阀电压进行调整(增大或减小)。

1.2 预应力控制回路液压原理

预应力控制回路包括四种工作状态：预应力油缸上升、下降、预应力和快速卸荷。

第一工作状态：预应力油缸上升。低压油源P3和高压油源P2同时供油，电磁换向阀、减压阀、双单向节流阀、液控单向阀和预应力油缸组成低压油源控制回路；比例减压阀、压力传感器和预应力油缸组成高压油源控制回路。预应力油缸上升时，电磁换向阀的a端带电PB、AT接通(此时比例减压阀的信号为最大电压信号的10%左右)，预应力油缸快速上升，铸轧辊的上下轴承座与楔块接触时，电磁换向阀8断电，预应力油缸由高压油源P2供油并保压，预应力油缸上升完成。

在此工作状态，比例减压阀设定压力值不宜过大，要保证操作手能够调整铸轧辊轴承座之间的楔块。

第二工作状态：预应力油缸下降。低压油源P3供油，电磁换向阀的b端带电PA、BT接通(此时比例减压阀的信号为0)，预应力油缸下降，预应力油缸活塞杆下降到位时，电磁换向阀断电，预应力油缸下降完成。

第三工作状态：预应力油缸保压(预应力)。预应力油缸预应力的大小由比例减压阀的信号电压大小决定，电磁换向阀断电。预应力油缸产生的预应力使铸轧辊的上下轴承座分别与传动侧和操作侧的楔块完全接触，此时机架处于预应力状态。

第四工作状态：预应力油缸快速卸荷。电磁换向阀的b端带电PA、BT接通(此时比例减压阀的信号切断，高压油源P2同时被切断)，预应力油缸快速下降。

1、4-比例减压阀；2、5-压力传感器；3、6-预应力油缸；7-减压阀；8-电磁换向阀；9-双单向节流阀；10、11-液控单向阀

2 现有预应力液压控制回路存在的问题

铸轧机的工艺特点决定了铸轧机的运行必须连续、稳定和可靠。在生产过程中尽量避免因为液压系统故障而停车，因为停车就意味着铸嘴模具不能再用，铸嘴模具成本占企业生产成本比重不小，更重要的是由于非正常因素停车而造成企业生产效率降低。诸多因素决定了铸轧机的生产必须连续。这就要求在设计液压控制回路时必须考虑可靠性的问题。分析现有铸轧机预应力液压控制回路，在实际生产中，由于比例减压阀属于精密液压元器件，对液压系统的油液清洁度要求比较高，生产过程中难免会遇到由于液压油的污染而导致比例减压阀出现故障，一旦比例减压阀出现故障，预应力油缸会突然失压，造成机架预应力逐渐降低，铸轧力逐渐消失，最后造成生产不得不停止。生产一旦停止，将造成铸轧机铸嘴模具报废。这样不但造成企业生产成本的提高同时导致企业生产效率的下降。为了保证铸轧机生产的连续性，需要对现有铸轧机预应力液压控制回路作适当修改。

3 改进方案

针对实际生产中出现的各种问题，新的预应力液压控制回路如图3所示。

1、4、7、8、11-截止阀；2、10-比例减压阀；3、9-压力传感器；5、6-预应力油缸；12-减压阀；13-电磁换向阀；14-双单向节流阀；15、16-液控单向阀

在实际生产中，当比例减压阀出现故障时，为了不影响生产，需要对预应力油缸的活塞腔进行保压，同时能及时更换比例减压阀，最简单、经济的方案是在比例减压阀的入口和出口分别增加一个截止阀，同时把两侧预应力油缸的活塞腔用一截止阀相连通，液压控制回路如图3所示。正常工作时，截止阀1、4、8、11处于打开状态，截止阀7处于关闭状态。当比例减压阀2出现故障时，关闭截止阀4和1，同时缓慢打开截止阀7，这样比例减压阀10同时控制预应力油缸5和6，更换比例减压阀2之后再缓慢打开截止阀1和4，同时关闭截止阀7；当比例减压阀10出现故障时，关闭截止阀8和11，同时打开截止阀7，这样比例减压阀2同时控制预应力油缸5和6，更换比例减压阀10之后再缓慢打开截止阀11和8，同时关闭截止阀7；当比例减压阀2和10同时出现故障时，关闭截止阀4、8和1、11，预应力油缸5和6靠自身油压进行保压，更换比例减压阀2和10之后再缓慢打开截止阀1、11和4、8。

4 结论

改进后的预应力液压控制回路，避免了由于油液的污染导致比例减压阀出现故障而停止生产的情况，减少铸嘴模具的浪费，保证设备连续生产。经实际应用，新的液压控制回路具有易操作、易维护等特点，从而提高了设备运行的可靠性。

[1]孙斌煜.板带铸轧技术特点[M].2002.

[2]官忠范.液压传动系统[M].北京：机械工业出版社，1996.