连铸机扇形段驱动辊液压同步分析

许建祥，郝丽娟，王保生

（1.首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063299；2.唐钢国际工程技术有限公司，河北 唐山 063000）

1 概述

板坯连铸机的扇形段驱动辊采用两个油缸控制（见图1），在驱动辊提升和压下过程中要保持速度和位置的同步，保证辊子与板坯的水平接触和产生足够的摩擦力来驱动板坯前行，驱动辊的同步控制采用两个安装在油缸上调速阀来实现，在生产中经常因为调速阀不同步造成的驱动辊卡住和压偏的现象，不同步形成的原因主要是存在支撑框架摩擦力不均，由于驱动联轴器造成的辊子偏载、液压缸泄漏不均等情况。

图1 扇形段驱动

2 调速阀的控制原理

扇形段的驱动辊的负载主要为驱动辊整体结构的重量和导向板的摩擦力组成，负载在运动中变化不大并且同步精度要求不太高，因此采用了价格比较便宜的调速阀回路。调速阀由阀体、减压阀阀芯、调速阀阀芯组成，具有一定压力的液压油先经过减压阀，减压后的液压油再经过节流阀，通过预设的弹簧力使节流阀前后的压差保持恒定，节流口在一定开口度下流经节流阀的流量保持恒定，也就是调速阀的流量不受温度和压力的变化而保持恒定。在实际使用中通常采用先减压后节流的结构，因为油液在经过减压阀后温度会升高，温度升高后粘度下降，液压油的流量会发生变化，为避免流量不稳定，通常采用先减压后节流的方式。

调速阀通过调节节流阀的阀芯开口度来调节流量，减压阀的作用是随着负载变化自动调整节流阀的进口或出口压力，保证节流阀的进出口压差恒定，从而保证通过调速阀的流量恒定。调速阀的结构见图2。

图2 调速阀原理图

系统的油液压力为P1，经节流阀后压力减为P2，油液经减压阀压力降为P3进入执行器，根据液压油的不可压缩性的原理，流经节流阀的流量即为通过调速阀的流量，在保持节流阀开口度不变的情况下，只要保证节流阀的前后压差不变即可实现通过的流量稳定。

节流阀前后的压差为：

△P=P1-P2

减压阀阀芯的力平衡方程为：

P2·Ab+P2·Ac=P1·Aa+Fs

Aa为减压阀阀芯大腔的截面积；Ab、Ac为减压阀阀芯小腔的截面积。

Ab+Ac=Aa

Fs为弹簧力；

△P=P1-P2=Fs/Aa

当调速阀进出口压力发生变化时，减压阀阀芯的力平衡发生变化，减压阀阀芯移动，压力调节后又重新达到平衡，保证节流阀前后的压差不变，即通过节流阀的流量保持恒定。例如，负载压力因负载变化而P3增加，根据系统压力由负载决定的原理，P1压力也随之增大，作用在阀芯左端的压力增大，减压阀阀芯向右移动，Xt的开口度增大，流经减压阀阀口的截面积增大，流量增加，消除了因P3增大流量减少的问题，同时P2经过阀口的减压作用减少，保证了△P=P1-P2不变，保证了节流阀流量的稳定。

3 扇形段的驱动辊调速阀稳定性分析

扇形段驱动辊由两个液压缸驱动，每个油缸上安装1个调速阀和叠加式整流板，见图3，在上驱动辊需要抬起和压下时通过调速阀控制油缸的速度，保持驱动辊的同步。安装整流板的作用是保证进出油缸的液压油都通过调速阀，即能保证驱动辊上升下降的速度保持同步。流量调定后节流阀的开口保持不动，流量系数Cd与流体的雷诺数有关，当雷诺数增大到一定程度后流量系数只与孔口和管径的面积比有关，与其他因素无关，当节流阀开口调定后流量系数保持不变。节流阀的开口很小时容易因污染物和极化分子的堆积造成堵塞，节流口面积会发生变化，因此应避免油温过高，油液的清洁度应保持在NAS 7级以上，阀芯应做退磁处理并采用薄刃的结构形式。节流阀前后的压差△P=P1-P2=Fs/Aa，弹簧力Fs与弹簧刚度和弹簧的压缩量成正比，弹簧力的公式为Ft=K（X0+δ-X）。

式中：

K为减压阀的弹簧刚度；

X0为减压阀弹簧预压缩量；

δ为减压阀的预开口长度；

X为减压阀的工作开口长度。

减压阀的开口度X是变化的，要保持弹簧力稳定，就要减少X对弹簧力的影响。可以通过增大开口预开口度δ和通过减小弹簧刚度来增加弹簧预压缩量的办法来实现。根据理论计算和经验，最小压差不能低于0.5MPa,如果低于这个最小值，减压阀起不到调节作用。

另外，虽然液动力和摩擦力对阀芯的运动影响较小，也不能忽视，可以通过改进阀芯的结构，例如锥形结构和增大阀芯截面积的方式来减少液动力的影响，提高阀加工精度和均压槽的方式减少摩擦力的影响。

图3 驱动辊同步回路原理图

4 结语

首先，在现场实际生产中，因为油液脏或油液变质造成节流阀污染物堆积是造成调速阀流量不稳定的主要原因；其次因为驱动辊框架与导轨摩擦力不均，驱动联轴器造成的偏载以及两个液压缸泄漏不均等情况都会造成油缸的不同步现象，对这些原因都需及时进行检修和更换，避免盲目地调节调速阀的开口度，造成故障的排除困难。

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