李 麒

(常州寶菱重工機(jī)械有限公司, 江蘇 常州 213019)

引 言

鋼卷小車廣泛用于各類鋼卷生產(chǎn)處理線，設(shè)備的性能直接影響鋼卷生產(chǎn)線的產(chǎn)量和質(zhì)量。鋼卷小車是鋼卷生產(chǎn)過程中連接起整個生產(chǎn)工序各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的必不可少的設(shè)備之一，具有結(jié)構(gòu)簡單、輸送平穩(wěn)、裝卸動作靈活快捷等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在薄板軋制、薄帶連鑄、退火酸洗、重卷等鋼卷生產(chǎn)處理線上[1]。鋼卷小車的主要作用是將鋼卷從卷筒上卸下來，運輸?shù)酱蚶φ綶2]。由于各種鋼卷生產(chǎn)處理線的工藝要求和設(shè)備設(shè)計的不同，鋼卷小車主要采用的動力模式也不同，主要有全液壓式、液壓升降與電動橫移相結(jié)合兩種。由于鋼卷重量最大可以達(dá)到35噸左右[3]，鋼卷小車承載量大時，使用液壓升降就成了必不可少的動力源。

1 鋼卷小車工作原理

圖1所示的是薄帶連鑄項目中的卡羅塞爾卷取機(jī)用鋼卷小車的外形圖，此鋼卷小車采用的是液壓升降+電動橫移模式完成相關(guān)動作。帶鋼進(jìn)入到卷取機(jī)之前，鋼卷小車使用電機(jī)橫移到卷筒下方的初始位置，然后鋼卷小車根據(jù)鋼卷的直徑大小上升到一定高度后停止，卷取機(jī)卷曲帶鋼完成后，鋼卷小車再次進(jìn)行上升動作，托住鋼卷，卷取機(jī)慢速旋轉(zhuǎn)卷筒使得鋼卷尾部正好壓在鋼卷小車的托輥上，然后卷筒收縮并慢速反轉(zhuǎn)，鋼卷此時脫離卷筒，重量集中在鋼卷小車上，通過鋼卷小車的同軸減速電機(jī)橫移到打捆站進(jìn)行打捆作業(yè)[4]。

圖1 鋼卷小車外形示意圖

2 液壓升降系統(tǒng)對比

目前，鋼卷小車液壓升降系統(tǒng)主要有以下幾種控制方式：

1)采用兩個遠(yuǎn)程溢流閥控制鋼卷小車升降的壓力，只有高壓和低壓兩種壓力模式可選，即事先手動設(shè)定好兩個遠(yuǎn)程溢流閥的壓力設(shè)定值，此種壓力控制方式不能根據(jù)各種鋼卷的重量自動進(jìn)行系統(tǒng)壓力調(diào)整，若鋼卷小車液壓升降系統(tǒng)壓力不夠或者壓力過大，不能滿足鋼卷升降時對系統(tǒng)壓力的需求，鋼卷小車從卷筒上卸卷橫移過程中，極易引起鋼卷迅速下墜，對卷筒產(chǎn)生很大的沖擊載荷，引發(fā)安全生產(chǎn)事故[5]。

2)采用伺服閥系統(tǒng)控制鋼卷小車升降的速度和所需壓力，伺服系統(tǒng)控制方式能夠很好地滿足鋼卷小車的各項性能要求，并且系統(tǒng)相對簡單，使用的液壓閥數(shù)量較少。但是，鋼卷小車壓力控制精度無需特別精確，主要目的是滿足鋼卷小車在橫移時，鋼卷與卷筒不產(chǎn)生干涉；再考慮到成本因素，比例閥完全能夠滿足要求，而且伺服系統(tǒng)對油液的清潔度要求很高，使得油液管理成本加大，而比例閥無需清潔度很高的油液。

3)采用遠(yuǎn)程比例溢流閥+壓力傳感器+單向節(jié)流閥閉環(huán)控制鋼卷小車升降的壓力和流量，滿足安全卸卷運輸?shù)囊?，并且油液管理成本大幅降低?/p>

3 比例控制液壓系統(tǒng)3.1 控制原理

如圖2所示，鋼卷小車比例控制液壓系統(tǒng)主要由比例溢流閥、先導(dǎo)控制減壓閥、電磁閥、單向節(jié)流閥、壓力傳感器、緊急防墜閥等組成。比例溢流閥、壓力傳感器和PLC組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，壓力傳感器將檢測到的壓力信號傳給PLC，PLC經(jīng)過自動計算后，將計算后的信號傳送到比例溢流閥中，控制比例溢流閥的設(shè)定壓力，進(jìn)而控制先導(dǎo)控制減壓閥的出口壓力。

1．比例溢流閥；2先導(dǎo)控制減壓閥；3單向閥；4遠(yuǎn)程溢流閥；5三位電磁換向閥；6兩位電磁換向閥；7液控單向閥；8單向節(jié)流閥a；9單向節(jié)流閥b；10壓力傳感器；11緊急防墜閥；12油缸圖2 鋼卷小車比例控制液壓系統(tǒng)圖

3.2 控制方案分析

3.2.1 鋼卷小車上升

計算機(jī)事先計算出鋼卷的最終重量，計算機(jī)根據(jù)式(1)自動計算出托卷壓力值，然后將托卷壓力值信號傳給比例溢流閥，控制比例溢流閥的設(shè)定壓力，進(jìn)而控制先導(dǎo)控制減壓閥的出口壓力。托卷壓力值計算公式為

(1)

式中Wc為計算機(jī)計算出的鋼卷最終重量(kgf)；Wf為鋼卷小車自身重量(大約4500 kgf)；Dh為油缸無桿腔直徑(cm)。

比例溢流閥壓力設(shè)定完成后，三位電磁換向閥和兩位電磁換向閥得電，液壓油通過單向節(jié)流閥b對油缸上升速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。油缸帶有位移傳感器，從初始位置上升到預(yù)定位置后停止，此預(yù)定位置是由計算機(jī)自動計算出鋼卷半徑+安全距離得出的。等到卡羅塞爾卷曲機(jī)卷曲鋼板完成后，鋼卷小車開始二次上升，等到接觸到鋼卷后，壓力傳感器檢測到的壓力值逐漸上升，一直上升到事先計算出的托卷壓力值后，PLC控制三位電磁換向閥和兩位電磁換向閥，使其失電回中位，油缸停止上升進(jìn)行保壓，并且PLC也控制比例溢流閥，將比例溢流閥的壓力設(shè)定為最小值，主要目的是為油缸的下降做好準(zhǔn)備。

3.2.2 鋼卷小車橫移

鋼卷小車上升托卷停止后，卡羅塞爾卷取機(jī)的卷筒收縮并慢速反轉(zhuǎn)，鋼卷重量全部落在鋼卷小車上，此時上、下壓緊輥脫離鋼卷，卷筒外支撐旋轉(zhuǎn)脫離卷筒。以上動作完成后，鋼卷小車的同軸減速機(jī)啟動，進(jìn)行慢速橫移動作，鋼卷脫離卷筒位置后，進(jìn)行高速橫移，即將到達(dá)打捆站時，鋼卷小車再次切換到慢速直至鋼卷小車完全到位，此橫移過程中的高、低速橫移切換是由安裝在軌道上的接近開關(guān)提供信號的。

3.2.3 鋼卷小車下降

鋼卷小車到達(dá)打捆站的鞍座位置后，進(jìn)行下降動作，將鋼卷放置在鞍座上進(jìn)行自動打捆作業(yè)。此時三位電磁換向閥和兩位電磁換向閥得電，液壓油進(jìn)入到油缸的有桿腔中，液控單向閥打開，從油缸無桿腔出來的液壓油經(jīng)過單向節(jié)流閥a調(diào)速后，回流到油箱中；若僅靠單向節(jié)流閥a調(diào)整下降的速度，則無法滿足鋼卷重量不一樣時，鋼卷小車下降速度保持恒定的要求。

本文提出的鋼卷小車液壓系統(tǒng)中使用的是單向節(jié)流閥，鋼卷小車下降速度由單向節(jié)流閥a控制，無論鋼卷重量變化，在單向節(jié)流閥a的節(jié)流面積未變的情況下，只需單向節(jié)流閥a兩側(cè)壓力差保持恒定，即可以保證速度恒定[6]。鋼卷小車下降時，單向節(jié)流閥a出口側(cè)壓力值為0，進(jìn)口側(cè)壓力是由鋼卷重量+小車自重+油缸有桿腔的壓力共同決定的，油缸有桿腔的壓力是由比例溢流閥進(jìn)行控制的。只需保證壓力傳感器檢測到的壓力值恒定，鋼卷小車承載不同重量鋼卷時的下降速度即可保持恒定。壓力傳感器檢測的壓力公式

P壓力傳感器=P鋼卷+P小車+P比例閥

(2)

若P鋼卷變大，P小車不變，P比例閥就要變小。

若P鋼卷變小，P小車不變，P比例閥就要變大。

整個壓力調(diào)整過程是由壓力傳感器實時檢測，將壓力信號傳給PLC，PLC經(jīng)過分析后調(diào)節(jié)比例溢流閥的設(shè)定壓力。整個過程完全實現(xiàn)自動控制。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)點分析

此比例液壓系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1)液壓系統(tǒng)采用比例控制+反饋控制相結(jié)合的方式，具有較高的自動控制精度，滿足鋼卷小車動作的要求。液壓系統(tǒng)簡單可靠，成本較低，油液管理費用無需增加。

2)鋼卷小車采用液壓升降+電動橫移的動力方式，避免使用大行程油缸，并且電機(jī)控制更加方便。

3)液壓油缸的無桿腔管路中安裝有緊急防墜閥，防止鋼卷小車拖鏈中的軟管老化爆裂，油缸突然下滑引起的安全生產(chǎn)事故。

4)液壓系統(tǒng)中的比例溢流閥、先導(dǎo)控制減壓閥、單向閥和遠(yuǎn)程溢流閥共同組成了壓力精確控制模塊，先導(dǎo)控制減壓閥和遠(yuǎn)程溢流閥的壓力值都由比例溢流閥設(shè)定，單向閥的開啟壓力為0.05 MPa，所以先導(dǎo)控制減壓閥出口壓力值比溢流閥壓力值小0.05 MPa，壓力控制精度高。

4 結(jié)束語

本文通過對鋼卷小車的幾種液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了對比，著重分析了鋼卷小車的比例控制液壓系統(tǒng)及具體動作過程。此鋼卷小車具有控制精度高、成本較低、安全可靠等優(yōu)點，已在國內(nèi)多家鋼廠廣泛應(yīng)用。