S e r i a l N o .442A p r i l .2006
矿业快报
E X P R E S SI N
F O R MA T I O N
O FMI N I N G I N D U S T R Y
总第442
期2006
年4月第4期苗
旺(1970-)，男，工程师,210039江苏省南京市中华门外新
建宝钢集团梅山钢铁公司冷轧项目组。
苗
旺
(
宝钢集团梅山钢铁公司)摘
要：液压推上系统是日立轧机的关键技术，它直接关系到带钢的轧制精度。该系统特点鲜
明，性能优异，是日本日立公司的一项专利技术。文中主要从液压推上系统的结构入手，分析其独特的优越性能。
关键词：液压推上系统；力马达阀；推上缸；动态响应特性中图分类号:T G 333;T H 1
37.5文献标识码:B
文章编号:1009-5683(2006)04-0059-04
梅山酸轧联合机组是由日本日立和三菱公司联合设计并提供主要技术和设备的具有当代世界先进水平的生产线，其核心技术轧机液压压下系统采用的是日立公司的专利技术，该系统的油缸设置在下支撑辊下部，由下往上施加轧制力，故称其为轧机液压推上系统。 日本日立公司的液压推上系统使用的伺服阀，是该公司针对冶金生产的特点专门设计的伺服阀--力马达阀，原文为F O R C E MO T E R V A L V E
，简称F MV ，该阀具有频响高、流量大、抗污染能力强等特点，是整个液压推上系统的核心部件。
基于力马达阀的优越性能，日立公司得以把力马达阀直接安装在推上系统上。正是这一改进，使整个液压推上系统的动态响应频率高达20H z
。文中主要从液压推上系统结构入手，分析其独特的优越性能。
1系统组成
液压推上系统由三部分组成:①液压系统;②执行机构;③控制单元。
计算机给定的板厚数据，经控制单元处理后，通过伺服放大器控制力马达阀的开口度，调节液压推上缸的实际行程，设置在推上缸内部的位置传感器把油缸实际行程再传送给控制单元，实现闭环控制。2液压系统2.1液压回路 图1是液压推上系统的液压回路，由两个回路组成:①主回路，由一个F MV 主阀和两个力马达阀组成，控制轧制过程中的轧制力大小;②旁通回路，由一个大流量三位四通换向阀和两组调速阀组成,
用于轧机急停或换辊时快速打开辊缝。
图1液压推上系统的液压回路
推上缸的有杆腔一直加有30B a r 的背压，换辊时,F MV 主阀②电磁铁b 得电，切断力马达阀。此时旁路阀①电磁铁a 得电，则液控单向阀③打开，推上缸快速上升。反之，旁路阀①电磁铁b 得电，推上缸在30B a r 背压和自重作用下快速下降。轧制时，旁路阀①电磁铁失电，液控单向阀③关闭,F MV 主阀②电磁铁a 得电,210B a r
的主压供给力马达阀，由伺服放大器控制力马达阀的开口度，调节推上缸的升降。
为了防止推上缸在外部干扰负载的作用下，活塞侧压力异常升高，损伤油缸。主回路中设置了单向阀⑤，当油压异常时，打开此单向阀泄压。在正常情况下，由于二次侧压力高，不会影响推上缸的正常
工作。此处单向阀⑤实际上起到了安全阀的作用。
9
5
2.2力马达阀
(1)力马达阀的基本原理和特点。力马达阀通过流入线圈的驱动电流产生驱动力，推动滑阀移动，达到调节阀芯开口度的目的，因此它是一种直动型的伺服阀。力马达阀采用大电流动圈式直线力马达直接驱动阀芯，弹簧对中，是一种直动型单级伺服阀。阀内设有阀芯位置传感器，但仅用于测量阀芯位移，不参与阀的闭环控制，从控制理论讲该阀属于阀芯位置闭环控制，具有高响应、高可靠性、长寿命、抗污染能力强，易维护等特点。
力马达阀控制电流高达10A ，分辨率<0.25%，零点漂移<1%，频率响应高达160H z (90º相位滞后时)，而对油品清洁度的要求只有N A S 8～9级。(2)力马达阀的结构和动作机理。力马达阀主要由5个部分组成:①用于切换动作油的滑阀及阀套;②用于驱动滑阀的由线圈和电磁铁组成的执行电动
机--力马达阀;③用于平衡滑阀位置的弹簧;④用于调节滑阀和阀套相对初始位置的零位调节机构;⑤用于检测滑阀位置的阀芯位置传感器。
图2是力马达阀的结构图。
图2力马达阀结构图
1-阀体;2-滑阀;3-阀套;4、19-线圈;5-磁铁;5a -磁铁总成;5b -盖;5c -端盖;6、7-帽;8、9-弹簧;10、17-护圈;11-零位调节器;12-调节螺栓;13-锁紧螺栓;14-锁紧螺母;15-锁紧环;16-座环;18-差动变压器(可动部);20-连接螺栓;21、23-接头;22、24-导线;25-O 型圈
2.2.1滑阀
(1)结构。滑阀②和阀套③装在阀体①内，阀体①和阀套③之间设有O 形圈。液压油的流向参照图3。
(2)
动作机理。当线圈接入负电流时，滑阀向电磁铁侧移动，液压油进入油缸，推上缸上升。当线圈接入正电流时，滑阀向电磁铁反向侧移动，液压油流出油缸，推上缸下降。2.2.2力马达(1)
结构。力马达由用于将驱动力供给滑阀的线圈④(见图2)、用于产生磁场的永磁铁⑤和用于将电流供给线圈的接头H I 和导线H J 组成。
图3滑阀结构
(2)动作机理。力马达的基本动作符合物理学定理，即电流(K )流入与磁通密度(L
)成直角的长导体(M
)时，长导体上会产生作用力N :N O L K M ，式中,M 为绕线管上的铜线长度。
力马达的磁通密度(L )和绕线管上的铜线长度(M )是固定值，因此电流(K )的大小与驱动力(N )的大小成正比，通过调整电流值可以控制驱动力的大小。调整输入电流的正负，可以控制驱动力的方向。
当输入电流为负时，滑阀移向电磁铁侧，当输入电流为正时，滑阀移向电磁铁的反向侧。
2.2.3零位调节机构
(1)结构。零位调节机构由零位调节丝杆座P I 、调节螺栓P J 、锁紧螺栓P Q 、锁紧螺母P R 、锁紧环P S 和座环P T 组成。
(2)动作机理。朝顺时针方向转动调节螺栓P R ,
座环P T 被压在调节螺栓P J 上，作左向移动(电磁铁侧)。同样，朝逆时针方向转动调节螺栓P J ，座环P T 由弹簧U 作右向移动(电磁铁反向侧)。零位调节后，完全紧固锁紧螺母P R ，然后将锁紧环P S
插入调节螺栓P J ，用锁紧螺栓P Q 固定。锁紧螺母P R 用作调节螺栓P J 和座环P T 的止转作用，锁紧环P S 用作锁紧螺母P R 和调节螺栓P J 的止转作用。
(3)
零位调节。力马达阀的零位设计为负重叠，这种形式阀的零位泄漏相对较大，但也提高了阀的动态响应特性。力马达阀的零电流设定为-0.4～-0.3A 。
将零电流设定在负侧，主要考虑到在意外情况下紧急停电时，力马达阀的阀芯可以处于卸荷状态，推上缸的压力不会因失控而损坏设备。零电流可利用安装在伺服放大器上的电流计测定。
零电流受轧制力、油温和阀体温度等条件的影响较大，因此现场零位调节时，务必使设备处于近似工作状态，测定条件是:①轧制结束时或更换轧辊
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2006年4月第4
期
前,②轧辊低速旋转,③轧制力设定为最大轧制力的1/4倍。
2.2.4阀芯位置传感器
(1)结构。滑阀位置的检测是通过测定连接在滑阀②上的差动变压器铁心的移动，引起护圈=-上的差动变压器线圈=.的输出变化进行的。此位置传感器仅用于力马达阀的试验，不能用于在线控制，但可用作监视滑阀位置。
(2)动作机理。现将机械的变位量变换为电气信号的差动变压器的基本原理概略地叙述如下。
差动变压器见图4，它由1次线圈/02次线圈1
1及1
20
连接1次线圈和2次线圈的可动铁心组成。
羊毛纸
图4差动变压器
在1次线圈/的两侧，配置了2次线圈1
1012的
圆筒状线圈。铁心位于圆筒的椭圆方向中央时，等于
1次线圈/和2次线圈11012磁性接合的情况，当铁心向23的方向移动(见图4)，线圈/和线圈1
1
的磁
性接合度加强，反之，线圈/和线圈1
2
的磁性接合度
变弱。磁性接合度可用2次线圈1
1和1
2
的感应电动
苯并芘结构式
势表示。如图4所示，将2次线圈1
1和1
2
的感应电动
势作为51
1和51
2,
表示铁心和变位3的关系。
如图4所示，当线圈1
1和1
2
反极性连接，其结果
便能得到图4所示的与铁心成正比的输出电压51。
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图4二次线圈1
1012感应电动势
铁心向与线圈相反的方向移动时，输出为正。因此，连接变位计，监视滑阀的动作时，滑阀移动至磁铁侧，则变位计的指针摆向正侧。反之，指针便摆向负侧。
6执行机构
液压推上系统执行机构的核心是推上缸。推上缸采用复动型，按传动侧和操作侧单独安装，设置在轧机机架底部。推上缸采用7型密封型式，选用聚四氟乙稀材料，滑动阻力小，有利于提高系统的动态响应特性。推上缸的排气口分别设在杆侧和头部侧。
推上缸的位移传感器使用专用夹具安装保护在推上缸内，在油缸的下部用法兰固定，引导至活塞内部，上部支点支撑在活塞杆上部的锁板上。对于活塞直径达89::;；的大型油缸而言，行程中难以避免活塞的倾斜，内置式的位移传感器有利于提高油缸的定位精度。相对于142：轧机液压压下缸采用的外置式双传感器对角布置型式而言,144：轧机推上缸位移传感器的内置型式，传感器数量减少了一半，既节省了设备费用，又能保证油缸的定位精度。
日立轧机推上缸另一大技术优势就是把力马达阀直接安装在推上缸上。这种连体安装，彻底消除了伺服阀到油缸之间一段管路里的液压油对推上缸动态响应特性的影响。由此可见,144：轧机力马达阀与推上缸的连体安装型式，在技术上是处于领先的。<；控制单元
led光源模组
4.1控制系统模型
日立轧机液压推上系统有两种控制方式=>位置闭环控制方式，采用推上缸内部位移传感器采集的位移信号作为反馈构成闭环控制，其传递函数是一个五阶系统?②轧制力闭环控制方式，采用设置在轧机顶部的力传感器采集的轧制力信号作为反馈构成闭环控制，其传递函数是一个三阶系统。图@是这两种控制方式的系统模型。
ups检测图@两种控制方式的系统模型
在力闭环控制系统的传递函数中，存在着二阶微分环节，它使控制系统由五阶降为三阶，从而使系统的开环相频曲线得到抬高，系统的稳定裕量加大，使系统的开环总增益有提高的余地，所以轧制力闭环控制系统比位置闭环控制系统的频宽要高，动态响应特性要好。
考虑到上述因素，日立144：轧机液压推上系统控制方式=轧机处于换辊和压靠时选用稳定性好，易
1
@
苗旺=日立轧机液压推上系统剖析2::@年4月第4期
于操作的位置闭环控制方式(图6(a))；轧机处于轧制状态时选用动态响应快的轧制力闭环控制方式
(图6(b))。在实际运行中，这两种控制方式的切换是根据轧机的状态由计算机自动完成的。
4.2补偿环节
控制信号经同步数据发生器、数模转换器及功率放大器后控制力马达阀的动作，为了弥补阀缸系统所存在的固有缺陷，控制系统中加入了3种补偿信号：颤振信号，泄漏补偿及压力补偿。
力马达阀的核心部件为阀芯阀套组件，在实际控制中，如果阀芯始终或较长时间处于某一位置不动有可能会发生卡滞现象，从而导致力马达阀失效，为了防止这种现象的发生，在功率放大器前面假设了一个小幅值、高频率(约1k H z)的正弦信号，即颤振信号。这样阀芯在阀套中始终处于振动状态，大大减小了相对摩擦力，降低了卡滞发生的几率。
当力马达阀控制油缸动作使油缸达到了设定位
置后，通过油缸内位置传感器进行反馈使力马达阀输入信号为零。此时，力马达阀阀芯在中位，使阀不再供油。但由于油缸与力马达阀均存在一定内泄漏，使油缸无法保持原有位置从而发生位置偏差，为了防止这种现象的发生，在系统中加入了一个泄漏补偿环节，在位置设定值不变化的状态下实际位置变化时，把位置变化积分实行泄漏量的补偿。
压力补偿环节主要是弥补由于负载压力发生变化而导致油缸的推进速度发生变化。当油缸推上时，随着负载的加大，油液的流量会减小，从而使油缸的推上速度放慢，当油缸下降时，负载越大，其下降速度随之加快，为了恒定油缸的运动速度，提高整个系统的响应频率，系统中采用了电流曲线进行补偿，使得油缸在负载较大的情况下，仍能保持较高的运动速度。
5总结
通过以上分析比较研究，可以看出日立轧机液压推上系统具有动态响应快、环境依赖小和维护方便等诸多优点。
(收稿日期
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2006-03-25)·信息平台·
中国在吉国探出数十亿吨级铁矿
四家中国企业共同合资在吉尔吉斯斯坦探出数十亿吨铁矿，这将为中国打通铁矿石西部陆路进口通道。
这家名为吉尔吉斯铁岭有限责任公司的企业由新疆有地勘局、新疆大得实业公司及甘肃、青海在疆企业4家股东共同出资，现已拥有吉国杰提姆铁矿矿区152k m2面积的勘探权。
汇流板
杰提姆铁矿位于吉国纳伦州东北方向80k m 处，矿区距中国新疆与吉国对应的吐尔尕特口岸260k m。这个大矿区共分旦干、图尤图、铁列克等6个矿床，矿区内含矿岩层厚250～400m。初步预测，该矿品位在40%以上的可采铁矿资源储量在10亿t 以上，远期可采铁矿量达54亿t。其储量在前苏联资源量占到第二位，目前我国现有铁矿区现有储量尚无达到此规模。
2003年，中国这几家企业开始尝试赴吉国进行铁矿的勘探。2006-01-20日,《国务院关于加强地质工作的决定》发布后，明令我国将"加强非能源重要矿产勘查，按照东部攻深盲、中部发挥特、西部重点突破、优先周边的方针，实施矿产资源保障工程。重点加强铁、铜、铝、铅、锌、锰、镍、钨、锡、钾盐、金等矿产勘查。"这使公司有关负责人更加坚信，公司的举措与国家政策相吻合。
目前，该矿已经可以开采，但具体时间要看吉尔吉斯斯坦的局势。
有关负责人称,2005年吉国"3·24事件"时，对公司勘探没有造成影响，但由于吉国政权尚存不稳定因素，势必将影响到吉国对外引资政策的延续性。同时，如何将这些铁矿运到中国，都取决于吉国政治稳定后与中国政府之间进行友好商谈。
我国铁矿石进口通道一般以海运为主，进口国为澳大利亚、巴西等国。这家合资企业吉国常驻负责人在吉国接受记者采访时认为，一旦实现开采，将为中国打通铁矿石西部陆路通道。
据了解，中吉之间只有公路运输，双方建设260多公里铁路事宜已经提到了议事日程。而铁矿进口，将使铁路呈现满负荷运营，也更增加了铁路修建的必要性。
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