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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APC系统的控制模式及工作参数的计算 |
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项目 |
内容 |
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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 |
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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 |
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背压pr |
压下控制状态取pr＝0.5MPa |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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：
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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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