卸卷小车液压系统设计-辽宁科技大学本科生毕业设计.doc

1、辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页卸卷小车液压系统设计摘 要卸卷小车是热带钢连轧机的重要配套设备，位于卷取机的侧面，用来将卷取的钢卷从卷筒上卸下，并运送到打捆台架上或步进梁式运输机的固定台架上。轧钢生产实践证明，卸卷小车的工作状态直接影响着热连轧机生产力的发挥。本文对卸卷小车的技术参数、工作流程、液压站、机械 结构， 电气控制等进行了全面的介绍。另外，通过对电液开关控制、电液比例控制、电液伺服控制等液压控制方案的对比，决定卸卷小 车液压系统采用电液比例控制技术控制。 这样，不 仅使得卸卷小 车的液压系统得以简化，而且避免了由于钢卷质量大，且质量不确定，出现钢卷从小车 上跌落的安全隐患，也使

2、得升降液压缸和行走液压缸的速度控制更加容易、平稳，工作效率更高。卸卷小 车的液压系统采用了集成块的集成方式。对 集成块和液压站的设计采用了 Pro/E 软件的三维建模方法，使得建模过程更加直观、准确、高效，更改更加容易。关键词：卸卷小车；液压系统；比例控制；三维建模辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页Hydraulic System Design of Coil Stripper CarAbstractThe coil stripper car is an important facility of the Hot Strip Mill. It is usually located at

3、the coiler side. It is used to offload the steel coil and send them to the saddle or the walking-beam coil conveyer. The production practices of the rolled steel have shown that the working state of the coil stripper car directly influence the productivity of the hot strip mill. This article present

4、s the coil stripper cars technical parameters, work flow, liquid pressure station, mechanical structure and electrical control. Whats more, after the analyses of electro-hydraulic hydraulic control technologies of the on-off control, the proportional control and the servo control, the coil stripper

5、cars hydraulic system is selected to be controlled by the electro-hydraulic proportional control technology. Thus, it not only simplifies the hydraulic system, but also avoids the safety of the coil falling off the car because of the coils big and spotty quality. In a addition, The cylinders velocit

6、y can be controlled more easily, more stably and more efficiently.The coil stripper cars hydraulic system is integrated by the manifold block. And its manifold block and hydraulic station is designed in three dimensional model by use of Pro/E software, which makes the design more clear, more accurat

7、e and more efficient, and makes the modification more easily. Key Words: Coil stripper car；Hydraulic System；Proportional Control；3 Dimensional Model辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页1 绪论1.1 课题背景概述在冶金工业的生产过程中要使用大量具有大型、重载、连续生产等特点的机械和设备，其工作环境多数是高温、多尘的恶劣条件。随着产量的增加，产品质量要求的提高，对冶金机械和设备控制精度和自动化程度也提出了更高的要求。液压技术的特点正适合上述工作特点

8、和要求，因此在冶金工业中显示出其独特的优越性，近年来得到了愈来愈广泛的应用。卸卷小车，也可以叫做钢卷小车，运卷小车，是热带钢连轧机重要配套设备。卸卷小车位于卷取机的侧面，用来将卷取的钢卷从卷筒上卸下，并运送到打捆台架上或步进梁式运输机的固定台架上，每台卷取机都配备一台卸卷小车。轧钢生产实践证明，卸卷小车的工作状态直接影响着热连轧机生产力的发挥。目前，我国现有的卸卷小车，多数是和整条热连轧生产线一起，从德国或日本引进。它们主要用于连轧机组第一步和最后一步的动作，将钢卷送到开卷机，进行平整加工；或是将钢卷从卷取机上卸下，运往打捆机或运输链。大多数卸卷小车，主要涉及两个动作，一是将钢卷升降；二是将钢

9、卷运送到指定位置。以上两个动作几乎全部通过液压系统实现。钢卷的升降通过液压缸驱动升降支架实现。大多数升降液压缸的上升分为快上、慢上和托卷三个部分。是否托住钢卷通过压力继电器检验。也有个别增加了位移传感器，通过闭环反馈，实现高度方向的准确对中、定位。钢卷的运送可以通过液压马达，也可以通过液压缸拖动卸卷小车实现。卸卷小车在轨道上的定位和运行速度十分关键。定位不准，会导致卸下的钢卷不能准确的落在卸卷小车上，甚至从小车上滚下。而卸卷小车运行速度不稳，同样会导致钢卷跌落。为了解决以上问题，大多数卸卷小车利用了行程控制开关或光电开关，使小车接近停靠位置时减速。由于钢卷质量大且质量不确定，又为了保证卸卷小车

10、运行速度和加速度的平稳变化，有的卸卷小车采用了电液比例阀。比例阀可简单地对油液压力、流量和方向进行远距离的自动连续控制或程序控制，响应快，工作平稳，自动化程度高，容易实现编程控制，控制精度高，能大大提高液压系统的控制水平。而且，使用元件较少，结构简单，价格低，节能效果好，使用条辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页件、保养和维护与一般液压阀相同，大大地减少了由污染而造成的工作故障，提高了液压系统的工作稳定性和可靠性。随着冶金机械的不断发展，钢产量的不断提高，冶金机械过程的自动化水平和要求越来越高，而卸卷作为影响钢卷质量和生产能力的重要因素，对其的工作性能的稳定性、准确性和快速性的要求，必然相应

11、提高。而解决以上问题的关键，就是卸卷小车液压系统采用比例伺服控制技术。我觉得，它是未来卸卷小车、冶金工业乃至整个液压行业的发展趋势。1.2 卸卷小车技术参数本课题研究对象为武钢 2250 热连轧机组卸卷小车，其技术参数为热轧钢卷钢种：热轧低碳钢、超低碳钢及高强度钢等；带钢厚度：1.56.0mm；带钢宽度：8302080mm；钢卷内径：720mm；钢卷外径：最大 2150mm；提升钢卷最大重量：38t；单位宽度质量：19kg/mm；液压操作压力：16Mpa；升降行程：约 1000mm；升降平均速度：80mm/s；车体行走行程：约 3000mm；车体行走平均速度：100mm/s。1.3 卸卷小车工

12、作流程1. 卷取机将钢卷卷取平整后。卸卷小车升降台从待机位置先快速后慢速升起，托住钢卷，并达到设定压力后自动停止。2. 卷取机压辊压在带钢尾部，转动卷取机卷筒，使带钢尾端在指定位置（5 点钟位置）自动停止。 （准确停车由装在卷取机尾端的电磁制动器和旋转编码器控制。 ）辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页3. 钢卷小车托住钢卷，并沿轨道将钢卷送到步进梁上，卸卷小车升降台下降。4. 卸卷小车开回原位。为了提高动作的稳定性，在卸卷小车各个动作之间，增加了延时环节，卸卷小车动作顺序图，如图 1.1 所示图 1.1 卸卷小车动作顺序图卸卷小车的动作循环图如图 1.2 所示，其中升降缸的上升和下降，行走

13、缸的前进和缩回，均采用比例阀控制，其运动速度均分为等加速、等速、等减速、等速、停止等 5 个阶段。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页图 1.2 卸卷小车运动循环图辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页2 卸卷小车液压系统设计2.1 液压控制系统概述目前在实际运用中液压控制系统主要有以下三类：(1) 电液开关控制(2) 电液比例控制(3) 电液伺服控制各类系统的核心在于所选择的控制元件即开关阀、比例阀、伺服阀，根据系统要求来选择控制元件，对于开环系统通常选择开关阀，而闭环系统选择伺服阀，比例阀既可用于开环系统，也可用于闭环系统。一般来说，开关阀只有两种状态：开启和关闭，因此要实现高后量的复杂

14、控制时，必须有足够大量元件，把各元件调整成某一特殊状态。必要时选通这一元件，从而实现使被控对象按预定的顺序和要求动作。在工程实际应用中由于大多数被控对象仅需要有限的几种状态，可以应用开关控制。开关元件通常简单可靠，不存在系统不稳定的情况。可以利用计算机输出的数字信号经放大后驱动开关元件，省去昂贵的数模转换元件，从而使电气控制变的简单，而比例阀、伺服阀都可以依据输入电信号来控制液流方向，并使流量和压力比例地、连续地受到控制，可以认为其有无限种状态，可以分别对应于被控对象的无限种运动状态。表2.1列出了三类系统所用伺服元件、比例元件和开关元件的性能对比。表2.1 伺服、比例、开关元件的性能对比类别

15、特性伺服阀 比例阀 开关阀介质过滤精度（m） 3 25 25阀内压力降（MPa） 7 0.52 0.250.5稳态滞环（%） 13 13 重复精度（%） 0.51 0.51 频宽（Hz/-3dB） 20200 25 中位死区 无 有 有价格因子 3 1 0.5由表2.1可见，传统的电液伺服阀由于对流体介质的清洁度要求十分苛刻，其制造成本高，维护费用高，系统能耗也比较大，一般控制系统不宜采用。而传统的电液开辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页关控制又不能满足高质量控制系统的要求。比例阀则是以传统的工业用液压控制阀为基础，采用可靠、廉价的模拟式电机械转换器和与之相应的阀内结构设计。从而获得对油质

16、要求与一般工业阀相同，价廉，阀内压力损失低，性能又能满足大部分工业控制要求的比例元件。比例阀是介于开关阀与伺服阀之间的一种元件。与电液伺服阀相比，其优点是价廉、抗污染能力强。除了在控制精度及响应快速性方面还不如伺服阀外，其他方面的性能和控制水平与伺服阀的相当，其静、动态性能足以满足大多数工业的要求。与传统地液压开关控制阀比较，虽然价格较贵，但由于其良好的控制水平而得到补偿。因此在控制较复杂，特别是要求有高质量的控制水平的地方，比例阀逐渐代替了传统开关阀。此外，比例控制阀还可以具有流量、压力与方向三者之间的多种复合控制功能。这使得比例控制系统与开关阀控制系统相比，不但控制性能得以提高，而且使系统

17、更为简化。因此，比例阀获得更为广泛的应用。比例阀的价格与伺服阀相比要便宜许多，但是由于阀的结构和阀芯的非精密加工，其动态性能大多是不平滑的、非线性的。然而，近年来的非线性理论的发展，已经建立起了统一的比例阀模型，为比例阀的仿真和非线性比例控制器的研制提供了依据，而且，误差只取决于阻尼系数，在大多数比例阀的使用场合，误差不到 10%。2.2 液压系统原理2.2.1 液压元件选用（1）比例方向阀的选用。（a）行走液压缸选用比例阀控制如今，大多数搬运钢卷的卸卷小车，由于钢卷质量大，且质量不确定，因而不能达到要求的位置精度，并且速度变化不平缓，加速度大，且质量不确定，无法达到最优。严重时可能出现钢卷从

18、小车上跌落，存在极大的安全隐。根据系统的情况和要求，本液压控制系统选择了比例控制方式。这样不但使系统控制性能得以提高，而且使系统更为简化。（b）升降液压缸选用比例阀控制为了提高卸卷小车的卸卷效率，对于卸卷小车的上升托卷的动作，分为“加速上升等速上升减速上升等速上升触卷停止”等五个阶段完成，而实际辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页工作中，钢筋直径变化较大，质量不确定，因此需用比例阀控制升降液压缸，使其上升速度变化更加平稳，避免对钢卷表面的损伤，而且可以根据需要，由计算机实时调整预上升速度，大大提高卸卷效率。由于升降液压缸所需流量大，故选用电液比例阀控制，比例方向阀作为先导阀使用。（2）液控单

19、向阀的选用本系统中的两个液压缸分别动作，在升降液压缸工作的同时，行走液压缸要保持位置不变，等待钢卷卸到卸卷小车上和等待钢卷从卸卷小车上卸走；而当行走液压缸动作时，升降液压缸或者需要托住钢卷运送到步进梁上，或者在原位等待卷取机卷取钢卷完毕。也就是说，在其中一个液压缸不动作时，另一个液压缸要实现位置锁定功能。选用液控单向阀在换向阀处于中位置时实现位置锁定功能，选用换向阀中位机能为 Y 型机能，以实现在中位时，液控单向阀的控制压力为连接油箱的回油压力，保证液控单向阀的有效锁紧。（3）平衡阀的选用对于升降液压缸来说，平衡阀的主要作用是，保证升降液压缸的安全，防止由于管路破裂、液压缸飞速下降等危险的发生

20、。对于行走液压缸来说，其中平衡阀的作用是，改善比例调速阀的性能。因为我们的油缸是一个活塞缸，活塞杆左右运动时，因为一方面是活塞面积大导致需要流动的油量多，一方面是活塞杆面积小导致需要流动的油量少，所以会产生不平衡。因而，系统里加了平衡阀。（4）管式单向阀的选用管式单向阀安装在液压泵的出口，防止系统压力突然升高时损坏液压泵，另外拆卸泵时，系统中的油液不会流失。2.2.2 卸卷小车液压系统工作原理卸卷小车系统原理图如图 2.1 所示，卸卷小车升降液压缸 19 和行走液压缸 23，均采用比例控制技术，应用比例方向阀控制。比例方向阀不但可以改变液压缸的运动方向，而且还能够连续地成比例地调节系统的流量变

21、化。电磁溢流阀 14 的 1YA 带电，实现溢流和调压功能，设定压力为 16Mpa。辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页对于升降液压缸 19，实现上升动作时，比例阀 2YA 带电，通过 PLC 模拟量输出接口和比例放大器的控制，实现开始阶段等加速上升，达到最大速度后，保持等速运动，碰到行程开关 1XK 后，等减速上升，速度达到给定值后，升降缸低速上升，接触钢卷，达到压力表 18 的设定压力后，比例阀电磁铁 2YA 失电，比例换向阀 15 处于中位，由液控单向阀 16 将其位置锁定。当卸卷小车将钢卷运送到指定位置并卸下，比例换向阀电磁铁 3YA 带电，升降液压缸下降，其过程与液压缸上升时类似。行走液压缸的控制与升降液压缸类似。只是具体的液压缸活塞杆的运动速度设置为不同值。图 2.1 卸卷小车液压原理图