APC系统的控制模式及工作参数的计算

APC系统的控制模式及工作参数的计算

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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钉(或牌坊顶面)之间时，压下缸倒置，即活塞杆不动、缸体运动

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压下缸参数的确定与计算

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与尺寸过大，拟取经济压力；考虑到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

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，m2；

Ar——活塞杆腔面积，m2

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＝10989.01×10-4m2

取D＝f 1200mm

d＝f 1050mm

则Ac＝11309.73×10-4m2

Ar＝2650.72×10-4m2

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

液压谐振频率校验

对于三通阀控制的差动缸，液压谐振频

式中　Ac＝11309.73×10-4m2——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Vcmax＝AcS

S＝6×10-2m——压下缸行程

mt＝mRs/2+mcy＝85.5×103kg

mRs——上辊系的运动质量，mRs＝165×103kg

mcy——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

式中　1/Ac＝1/11309.73×10-4＝88.42×10-2m-2

ωh＝469.53rad·s-1

ζhmin≈0.2

伺服阀参数的确定

负载流量

由压下速度υ＝6mm/s，可求出伺服阀的负载流量

QL＝υAc＝407.15L·min-1

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-1，(单边ΔpN＝3.5MPa时)

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(ΔT＝55K)　＜2%

总的零位泄漏流量(最大值)　10L·min-1

先导阀的零位泄漏流量(最大值)　6L·min-1

伺服阀的工作流量

阀口实际压降　Δp＝ps-Δpl-pL-ΔpT

式中　液压站供油压力　ps＝28MPa

液压站至伺服阀的管路总压降　Δpl≈1MPa

伺服阀回油管路压降　ΔpT≈0.5MPa

额定负载压力　pL＝22.22MPa

Δp＝4.28MPa

于是伺服阀的工作流量：

实际压下速度校验

由QL＝442.33L/min及Ac＝11309.73×10-4m2，可得实际压下速度

υ＝QL/Ac＝6.52mm·s-1

为达到输入振幅Am＝0.1mm下系统频宽≥10Hz，即ω≥62.83rad·s-1的条件，应使动态速度：

υd≥Amω＝6.28mm·s-1

可见，选用QN＝400L·min-1伺服阀可以满足静态及动态速度要求

 

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