一、系統(tǒng)核心功能與設(shè)計(jì)目標(biāo)

在 1700mm 四輥可逆冷軋機(jī)組里，液壓系統(tǒng)的核心作用是為軋制過程供應(yīng) “動(dòng)力驅(qū)動(dòng)” 與 “精準(zhǔn)控制”，具體依照以下目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

滿足軋制力需求：1700mm 機(jī)組軋制寬度較大，最大帶鋼寬度可達(dá) 1700mm，需要提供 10000 - 30000kN 的軋制力，該數(shù)值會(huì)依據(jù)鋼種、厚度進(jìn)行調(diào)整。液壓系統(tǒng)必須能夠穩(wěn)定輸出大流量高壓油，以此確保軋輥對(duì)帶鋼實(shí)現(xiàn)有效軋制。

保證高精度控制：帶鋼厚度公差需控制在 ±5μm 以內(nèi)，板形，如浪形、瓢曲等，需符合 GB/T 708 等標(biāo)準(zhǔn)，這就要求液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軋輥位置、軋制力的微米級(jí)調(diào)節(jié)。

適配可逆軋制工藝：機(jī)組需要頻繁正反轉(zhuǎn)軋制，可逆次數(shù)可達(dá) 5 - 10 次 / 卷，因此液壓系統(tǒng)要具備 0.1 - 0.3s 的快速響應(yīng)能力，防止因軋制力波動(dòng)或位置滯后導(dǎo)致帶鋼出現(xiàn)缺陷。

保障設(shè)備安全：借助壓力保護(hù)、過載卸荷、緊急停機(jī)等功能，避免軋輥碰撞、軸承損壞、管路爆裂等故障，進(jìn)而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

二、系統(tǒng)組成與各子系統(tǒng)功能

1700mm 四輥可逆冷軋機(jī)組液壓系統(tǒng)并非單一回路，而是由多個(gè)具備不同功能的子系統(tǒng)構(gòu)成。這些子系統(tǒng)分工明確，相互協(xié)同工作，共同保障整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

主軋制力液壓系統(tǒng)：作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主軋制力液壓系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)為軋輥提供軋制力，精確控制上工作輥和支撐輥的壓下量。在該系統(tǒng)中，高壓柱塞泵產(chǎn)生高達(dá) 31.5MPa 的壓力，為系統(tǒng)提供強(qiáng)大的動(dòng)力源。伺服閥則根據(jù)系統(tǒng)的控制信號(hào)，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)油液流量，通常其流量范圍在 200 - 500L/min，以滿足不同工況下對(duì)油液流量的需求。液壓缸是直接執(zhí)行軋制力施加的部件，單缸推力可達(dá)到 15000kN 以上，能夠確保對(duì)帶鋼施加足夠的軋制力。壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力，其精度可達(dá) 0.1% FS，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的壓力反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軋制力的精確控制。該系統(tǒng)要求軋制力控制精度達(dá)到 ±1%，響應(yīng)時(shí)間不超過 0.2s，壓力波動(dòng)控制在≤0.5MPa，以保證軋制過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

板形控制液壓系統(tǒng)：板形控制液壓系統(tǒng)的主要功能是調(diào)節(jié)帶鋼板形，有效消除浪形等板形缺陷。它通過控制支撐輥或中間輥的彎曲和竄動(dòng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。彎輥液壓缸在板形控制中起著關(guān)鍵作用，單缸推力一般在 500 - 1000kN 之間，能夠?qū)堓伿┘舆m當(dāng)?shù)膹澢Γ瑥亩{(diào)整帶鋼的橫向厚度分布。竄輥液壓缸則負(fù)責(zé)控制軋輥的軸向位置，其行程通常為 ±150mm，通過精確調(diào)整軋輥的位置，改善帶鋼的板形質(zhì)量。比例閥用于精確控制油液的流量和壓力，其控制精度可達(dá) ±0.5%，確保對(duì)彎輥力和竄輥位置的精確調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)要求彎輥力控制精度達(dá)到 ±2%，竄輥位置精度達(dá)到 ±0.1mm，響應(yīng)時(shí)間不超過 0.3s，以滿足板形控制的高精度要求。

軋輥平衡液壓系統(tǒng)：軋輥平衡液壓系統(tǒng)的主要任務(wù)是平衡上支撐輥和工作輥的自重，一般上支撐輥和工作輥的自重約為 10 - 20t。如果不進(jìn)行平衡，軋輥會(huì)因自身重量而下垂，導(dǎo)致帶鋼頭部咬入困難，影響軋制過程的順利進(jìn)行。該系統(tǒng)通過多個(gè)平衡液壓缸來實(shí)現(xiàn)軋輥的平衡，通常會(huì)對(duì)稱布置 4 - 6 個(gè)平衡液壓缸，以確保軋輥在整個(gè)寬度方向上受力均勻。溢流閥用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，保證平衡壓力的穩(wěn)定性，防止壓力波動(dòng)對(duì)軋輥平衡產(chǎn)生影響。通過該系統(tǒng)的作用，能夠確保軋輥平行度誤差在≤0.02mm/m 以內(nèi)，為軋制過程提供穩(wěn)定的軋輥工作狀態(tài)。

軋輥壓下位置控制系統(tǒng)：軋輥壓下位置控制系統(tǒng)直接決定了帶鋼的厚度，其核心任務(wù)是精確控制上軋輥的壓下位置，也就是輥縫的大小。伺服液壓缸作為執(zhí)行部件，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令精確調(diào)整軋輥的位置。光柵尺作為高精度的位置檢測(cè)元件，其位置精度可達(dá) ±0.001mm，能夠?qū)崟r(shí)反饋軋輥的實(shí)際位置信息給控制系統(tǒng)。電液伺服控制器則根據(jù)設(shè)定的輥縫值和光柵尺反饋的實(shí)際位置信號(hào)，對(duì)伺服液壓缸進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)輥縫的精確調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)要求輥縫控制精度達(dá)到 ±0.005mm，位置重復(fù)精度達(dá)到 ±0.003mm，以確保帶鋼厚度的高精度控制。

輔助液壓系統(tǒng)：輔助液壓系統(tǒng)為機(jī)組的其他部件提供動(dòng)力支持，涵蓋軋輥換輥裝置、帶鋼張力控制的一部分以及導(dǎo)衛(wèi)裝置等。低壓齒輪泵在該系統(tǒng)中產(chǎn)生 10 - 16MPa 的壓力，為這些部件提供合適的動(dòng)力。換向閥用于控制油液的流向，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的不同動(dòng)作要求。蓄能器則起到儲(chǔ)存能量和穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用，在部件動(dòng)作時(shí)能夠及時(shí)補(bǔ)充能量，防止壓力波動(dòng)。該系統(tǒng)要求各個(gè)部件動(dòng)作平穩(wěn)，無沖擊現(xiàn)象，并且軋輥換輥周期不超過 5min，以提高機(jī)組的生產(chǎn)效率。

液壓油站與污染控制系統(tǒng)：液壓油站與污染控制系統(tǒng)是整個(gè)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，其主要職責(zé)是為各子系統(tǒng)提供清潔、穩(wěn)定的液壓油，并對(duì)油溫、油壓和油液清潔度進(jìn)行嚴(yán)格控制。油箱作為儲(chǔ)存液壓油的容器，容積一般在 5 - 10m3 之間，能夠滿足系統(tǒng)對(duì)油液的儲(chǔ)存需求。冷卻器用于控制液壓油的溫度，其冷卻能力通常在 50 - 100kW 之間，能夠有效防止油溫過高導(dǎo)致油液性能下降。過濾器是保證油液清潔度的關(guān)鍵部件，其精度可達(dá) 3 - 5μm，能夠有效過濾掉油液中的雜質(zhì)顆粒，防止雜質(zhì)對(duì)系統(tǒng)部件造成磨損和損壞。油溫傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油液溫度，確保油溫始終控制在 35 - 55℃的合適范圍內(nèi)。同時(shí)，該系統(tǒng)要求油液清潔度達(dá)到 NAS 7 級(jí)以下，油箱液位保持穩(wěn)定，以保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

1700mm 四輥可逆冷軋機(jī)組液壓系統(tǒng)需要應(yīng)對(duì) “大負(fù)載、高頻可逆、高精度” 的復(fù)雜工況，因此集成了多項(xiàng)先進(jìn)的核心技術(shù)，以滿足生產(chǎn)過程中的嚴(yán)格要求。

電液伺服控制技術(shù)：主軋制力和壓下位置系統(tǒng)廣泛采用電液伺服閥與閉環(huán)反饋相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。在這一設(shè)計(jì)中，壓力傳感器和光柵尺分別承擔(dān)著關(guān)鍵的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軋制力的實(shí)際值，其精度可達(dá)到 0.1% FS，能夠準(zhǔn)確捕捉到軋制力的微小變化。光柵尺則以 ±0.001mm 的高精度實(shí)時(shí)檢測(cè)軋輥的位置信息。這些采集到的數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳輸至控制器，控制器將實(shí)際值與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)兩者之間的偏差，控制器迅速計(jì)算并生成相應(yīng)的控制信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)伺服閥的開口度。例如，當(dāng)帶鋼厚度檢測(cè)結(jié)果顯示偏厚時(shí)，控制器會(huì)立即發(fā)出指令，通過增大伺服閥開口度，使更多的高壓油液進(jìn)入液壓缸，從而增大軋制力或減小輥縫，確保下一道次的帶鋼厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。這種精確的閉環(huán)控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軋制力和輥縫的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，有效保證了帶鋼的軋制質(zhì)量。

大流量高壓供油技術(shù)：為了滿足主系統(tǒng)在軋制過程中對(duì)大流量高壓油液的需求，通常會(huì)采用多臺(tái)高壓柱塞泵并聯(lián)的供油方式，一般會(huì)配置 4 - 6 臺(tái)高壓柱塞泵，單泵流量在 160 - 250L/min 之間。這些高壓柱塞泵共同工作，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供強(qiáng)大的動(dòng)力支持。同時(shí)，配備容積在 50 - 100L 的蓄能器組，蓄能器組在系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在軋制力突變的瞬間，如帶鋼咬入或拋出的瞬間，系統(tǒng)對(duì)油液流量的需求會(huì)突然增大。此時(shí)，蓄能器能夠迅速釋放儲(chǔ)存的油液，補(bǔ)充系統(tǒng)流量，避免系統(tǒng)壓力因流量不足而驟降。通過這種多泵并聯(lián)和蓄能器輔助的供油方式，能夠有效減少帶鋼在軋制過程中的厚度波動(dòng)，保證軋制過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

抗污染與長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)：液壓油的污染是導(dǎo)致系統(tǒng)故障的主要原因之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，因液壓油污染引發(fā)的系統(tǒng)故障占比超過 60%。為了有效解決這一問題，該液壓系統(tǒng)采用了精心設(shè)計(jì)的 “三級(jí)過濾” 方案。在吸油階段，安裝精度為 80 - 100μm 的吸油過濾器，其主要作用是防止油箱內(nèi)的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入泵體，避免這些雜質(zhì)對(duì)泵的內(nèi)部零件造成磨損，影響泵的正常工作性能和使用壽命。在壓力油輸出階段，設(shè)置精度為 10 - 20μm 的壓力過濾器，用于過濾高壓油液中的雜質(zhì)，保護(hù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，如伺服閥等，防止雜質(zhì)顆粒進(jìn)入伺服閥內(nèi)部，導(dǎo)致閥芯卡滯或磨損，從而影響系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。在回油階段，配備精度高達(dá) 3 - 5μm 的回油過濾器，將回油中的磨損顆粒、氧化產(chǎn)物等雜質(zhì)進(jìn)行過濾，確保返回油箱的油液清潔度符合要求。此外，油箱內(nèi)壁采用磷化處理工藝，磷化處理能夠在油箱內(nèi)壁形成一層致密的保護(hù)膜，有效避免油箱內(nèi)壁銹蝕產(chǎn)生雜質(zhì)，從而延長(zhǎng)油液的使用壽命。一般情況下，經(jīng)過這樣精心設(shè)計(jì)和維護(hù)的液壓系統(tǒng)，油液使用壽命通?？蛇_(dá) 6 - 12 個(gè)月才需要進(jìn)行更換，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本和因油液?jiǎn)栴}導(dǎo)致的故障發(fā)生率。

可逆軋制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)優(yōu)化：針對(duì)機(jī)組頻繁正反轉(zhuǎn)的特殊工況特點(diǎn)，該液壓系統(tǒng)采用了一系列先進(jìn)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)優(yōu)化策略。其中，“預(yù)充壓” 策略是在軋制方向切換前，提前向液壓缸無桿腔充入壓力油，使壓力達(dá)到設(shè)定值的 80% 左右。這樣在軋制方向切換時(shí)，液壓缸能夠更快地響應(yīng)，減少因壓力建立時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致的切換滯后現(xiàn)象，有效提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。同時(shí)，采用 “流量預(yù)判” 策略，系統(tǒng)能夠根據(jù)軋制速度、帶鋼厚度等實(shí)時(shí)工藝參數(shù)，通過精確的計(jì)算模型，提前預(yù)測(cè)所需的油液流量。然后，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果提前調(diào)節(jié)泵組的輸出流量，確保在不同工況下系統(tǒng)都能及時(shí)提供足夠的油液流量，避免因流量不足導(dǎo)致的軋制力波動(dòng)，保證軋制過程的平穩(wěn)進(jìn)行。