轧机的液压压下装置

摘 要：压下装置是轧机的核心装置，其性能的优良与否决定了带材的质量。文章阐述了液压压下装置在冷轧机中所起到的重要作用，介绍了该装置在轧机上的安装方式、结构及安装结构的主要优缺点、并讲述了压下装置的控制原理及其在实际项目中的推广应用。

关键词：压下油缸；位置传感器；检测装置；位置闭环

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.002

1 前言

近年来，随着经济的发展，我国黑色及有金属薄带材产品、产量迅速增长，而轧机也向高速、大型、连轧、自动化方向发展。目前，所有的冷轧机的压下装置都采用液压压下这种方式。

液压压下是轧机现代化的突出重要标志之一，它较易适应轧制及操作条件的变化，根据轧制类型和轧制道次程序，如压下轧制或平整轧制，并能给予最佳补偿，并利用轧机刚性可调的特点，对冷轧机采用递降式刚度分配方式，以得到高质量的产品，从而保证带材厚度及平整度，使带材质量最佳，不论是在最硬和最软的条件下都是如此。同时液压压下具备自动及快速卸荷功能，以防止轧辊及轧辊轴承的过载和损坏，延长轧辊寿命等特点。

液压压下方式虽然有各种各样的方案，但就其压下油缸安放位置来说，分为压下和压上两种结构形式。

2 液压压下油缸安放在轧机机架上部

将液压压下油缸安放在轧机机架上部（上支承辊轴承座上面），这种安装方式在一定程度上可以使其免受来自轧机工艺润滑系统的乳化液、轧制油等造成对液压压下油缸污染，但是由于液压压下油缸处在轧机机架上部，轧制时，当需要压下油缸活塞往上运动时，因无外力使其活塞动作，所以在液压压下系统中还需设置压下油缸活塞平衡回路及必要的电气联锁控制，因此增加了液压压下系统设备制造成本。

油缸安装于轧机机架上部时安装、维修不便，由于液压压下油缸处在轧机机架上部，还需增加固定液压压下油缸的悬挂机构。液压压下油缸维修时，必须先卸掉液压压下油缸的悬挂机构后，才能将液压压下油缸落下，并放在上支承辊轴承座上面拉出，全部工作需要在轧机机架上进行，从而导致更换困难。

因液压压下油缸安装在轧机机架上部，考虑安装、维修等因素，压下油缸阀装置与液压压下油缸多数分开设置，两者之间是靠管道连接，这样就导致管道油液质量转化到压下油缸活塞上当量质量增加，直接影响到系统的动态指标是否满足要求，容易导致轧机刚度降低，系统响应频率降低等不良后果，为了减小这些不良影响，压下油缸阀装置的安放位置及其连接管道受到严格制约。

液压压下油缸安装在轧机机架上部，轧机的基准在下部，当轧辊磨损后，为保证轧线位置不变，为此还需在机架下面装有调整轧线用的丝杠、螺母、减速箱、电机等一套复杂的机械轧线调整机构，而且轧线调整机构还需考虑承受整个辊系的重量，因此机械设备造价成本高，同时还需对这套轧线调整机构及相关的传感器等做防污染处理，防止乳化液、轧制油以及氧化铁皮的渗蚀，以保护机架下面轧线调整机构，保证其可靠的工作。

3 液压压下油缸安放在轧机机架下部

将液压压下油缸安放在轧机机架下部，而轧线调整装置则安装在轧机机架上部，采用这种安装方式时，将压下伺服阀、压力传感器、电磁溢流阀集中安装在阀块上形成压下阀装置，将压下阀装置镶嵌安装于液压压下油缸侧面，从而组成压下油缸装置。这种组合方式减少了管道连接，从而使得管道油液质量转化到压下油缸活塞上当量质量大大减少，提高了压下油缸的固有频率，从而提高了整个压下系统响应频率，进而满足并提高了轧机的动态指标要求，更有利于轧出质量好的带材。由于压下油缸装置安放在轧机机架下部，虽然对压下油缸装置来说存在污染问题，但通过在压下油缸装置上做些辅助的防污染措施，将伺服阀及压力传感器使用保护罩保护起来，对电气接头进行防水处理，就完全可以免受来自轧机工艺润滑系统的乳化液、轧制油等物造成对压下油缸污染及渗蚀。这种防污染措施相比轧线调整机构的防污染要简单，而且可靠性高。而且当压下油缸下置时，位移传感器采用内置的方式，位移传感器可以得到有效的保护，从而减少了位移传感器损坏的风险。

油缸安装于轧机机架下部时安装、维修方便，由于液压压下油缸处在轧机机架下部，其靠自身的重力落在轧机机架底座上，当其密封等损坏需要更换时，只需要借助手动葫芦等将其吊起即可移除，一些小问题甚至不用移除，在机架内部即可处理，大大减小了维修强度。

压下油缸下置时当轧辊磨损，需要调整轧线时，可启动轧线调整机构，以调节上支承辊轴承座的位置，下部则由压下油缸活塞行程来实现带材轧制。

4 液壓压下装置安放在轧机机架下部的主要特点及其效果

这种安装形式获得如下显著效果：

（1）由于将压下油缸装置安装在轧机机架下部，有轧辊重量作用在压下油缸上，因此不需要活塞自重平衡装置。（2）压下油缸的结构形式简化，同时也简化了液压压下系统，液压系统没有必要再设置压下油缸活塞平衡回路，节约了成本，减少了出问题的几率。（3）压下油缸阀装置与液压压下油缸直接连在一起，减少了管道连接，提高了系统响应频率，满足并提高了系统的动态指标要求。（4）维修方便，拆卸压下油缸时，不需要专门的拆卸油缸装置，同时也避免因零件的跌落造成损坏等事故的发生。（5）更换工作辊和支承辊时，直接将支承辊落在其换辊轨道上，而不需要用专用装置去支承压下油缸。（6）压下油缸装置在轧制线之下，可免受压力传感器、位置传感器、电液伺服阀、电磁溢流等受到来自机械上的损伤。（7）轧线调整机构装在轧机机架上部，所用的调整机构不必承受整个辊系重量，驱动容量小，机械结构大为简化，设备制造成本大大降低。（8）由于轧线调整机构装在轧机机架上部，不存在轧机工艺润滑系统的乳化液、轧制油对轧线调整机构污染及渗蚀，无需对这套轧线调整机构做防污染处理，减少了轧线调整机构的日常维护，提高了工作可靠性。

5 压下油缸的控制原理

压下油缸的控制系统是轧机的核心控制系统，其液压系统原理如附图1所示。动力站的高压油接至油口PS1，为整个压下系统提供动力，高压油经过高压过滤器2-1的过滤由液控单向阀4-1控制是否供向伺服阀8-1和8-2，液控单向阀的开启和关闭由电磁换向阀3-1控制，高压过滤器5-1和5-2用于稳定伺服阀8-1和8-2的供油压力，回油过滤器7-1和7-2用于稳定伺服阀8-1和8-2的回油压力，伺服阀供油和回油的压力稳定有利于伺服阀的控制，伺服阀8-1和8-2用于控制压下油缸的压力和位移，当需要实现压力控制时伺服阀8-1与压力传感器9-1闭环控制操作侧压下油缸的压力，伺服阀8-2与压力传感器9-2闭环控制传动侧压下油缸的压力。当需要实现位移控制时伺服阀8-1与位移传感器11-1闭环控制操作侧压下油缸的位移，伺服阀9-1与位移传感器11-2闭环控制传动侧压下油缸的位移。电磁溢流阀10-1和10-2用于轧制力的溢流保护，其标定为最大轧制力从而限制了作用在辊子上的力，从而保护了机械设备。减压阀12-1用于压下油缸的杆腔压力控制，当出现事故辊缝需要快速打开时，此减压阀压力起作用，使得辊缝快速打开，叠加式减压阀13-1用于压下油缸闭环控制时背压使用，其余叠加式溢流阀14-1配合，用于实现压力控制及位移控制时压下油缸杆腔的压力，此压力使得压下油缸的杆腔产生一定的背压，有利于压下油缸的稳定。

1 球阀；2高压过滤器；3电磁换向阀；4液控单向阀；5高压蓄能器；6高压过滤器；7回油蓄能器；8伺服阀；9压力传感器；10电磁溢流阀；11位移传感器；12减压阀；13叠加式减压阀；14叠加式溢流阀；15测压接頭；16测压软管；17压力表。

6 工程实践

近些年，中国重型机械研究院承接了大量的四辊、六辊及连轧机设计及成套项目，项目采用了压下油缸下置的安装方式及如附图1的控制原理，工程实践证明此控制原理及安装方式比较合理，压下系统响应频率快，可以取得很好的压下控制效果，使用在轧机上可以轧出优质的带材，从而为用户取得了很好的社会效益及巨大的经济效益。

参考文献：

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[4]王广雄，何联.控制系统设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

作者简介：李鹏（1985-），男，陕西西安人，本科，工程师，研究方向：机械设计、液压技术。