型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统及其控制方法与流程

本发明属于冶金工业生产设备的技术领域，涉及型钢矫直机的结构及控制技术。更具体地，本发明涉及一种型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统。本发明还涉及该液压驱动系统的控制方法。

背景技术：

小H型钢生产线的型钢矫直机为悬臂式十辊矫直机，10个矫直辊上下交错布置，其下面5个矫直辊为主动辊，由一台变频电动机(400kW)组合传动，而上面5个矫直辊为非传动的被动辊，矫直机最大矫直截面模数为220cm3。

对于该生产线所轧制的各种H型钢，由于截面模数均小于矫直机的最大矫直截面模数，故此，该矫直机能够在不过载的情况下完成该生产线各种规格品种H型钢的矫直。

为了扩大该生产线的轧制品种以适应市场的需求，2012年初该生产线开始试轧国家电网需求的∠250×250×35规格以下等边角钢。由于∠250×250×18规格截面模数为224.03cm3，而∠250×250×35规格截面模数为342.33cm3，两种规格角钢的截面模数均超出了在线型钢矫直机的最大截面模数，这样，在矫直∠250×250×18～∠250×250×35规格等边角钢时，该在线型钢矫直机传动机构的输出扭矩始终处于过载状态，尤其是在矫直∠250×250×35规格角钢时，在线矫直机主传动电动机有时达到或略超过175％的过载限幅状态。

由此可知，该生产线在线型钢矫直机不具备矫直∠250×250×18～∠250×250×35规格等边角钢的能力。

为了使该生产线所轧制的大规格等边角钢得到稳定有效的矫直，在不改变现有在线矫直机的情况下，可在型钢矫直机前后各增加一台单辊传动且具有一定传动功率(如132kW)的夹送辊，矫直机前后夹送辊的结构相同，夹送辊上下辊均通过液压缸实现升降移动，夹送辊结构示意图如图1和图2所示。

技术实现要素：

本发明提供一种型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统，其目的是实现夹送辊的快速升降以及恒压力压靠轧件。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统，设有液压驱动系统控制单元；所述的夹送辊包括机前夹送辊和机后夹送辊，所述机前夹送辊和机后夹送辊均包括上夹送辊、下夹送辊；所述的下夹送辊的传动侧通过下辊传动万向连接轴及减速器与夹送辊传动电机连接；所述的下夹送辊由下辊支撑液压缸驱动；所述的上夹送辊的升降由上辊驱动液压缸驱动；所述的上辊驱动液压缸的进油路上，分别设置普通换向阀。

在所述的普通换向阀与上辊驱动液压缸的两个油腔之间的油路上，均设置调速阀。

在所述的调速阀与上辊驱动液压缸的下压油腔之间的油路上，设置上辊压靠压力传感器，所述的上辊压靠压力传感器的信号线路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

在所述的液压驱动系统的液压泵与所述的普通换向阀进油口之间的油路上，设置比例调节减压阀，所述的比例调节减压阀的控制元件的电路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

所述的矫直机主传动电动机的驱动电路上设置电流传感器，所述的电流传感器的电流信号线路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

所述的型钢矫直机设有上辊轴承座锁紧液压缸，所述的上辊轴承座锁紧液压缸的控制元件的电路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

所述的液压驱动系统控制单元的控制程序主要包括以下控制模块：

1、功能块JHJSC01～JHJSC13以及JHJSC26构成夹送辊上辊自动快降控制模块；

2、功能块JHJSC01～JHJSC09以及JHJSC14～JHJSC16构成夹送辊上辊自动下降压靠控制模块；

3、功能块JHJSC01、JHJSC03、JHJSC17～JHJSC21以及JHJSC27构成夹送辊上辊自动上升控制模块；

4、功能块JHJSC10、JHJSC20、JHJSC22～JHJSC23以及JHJSC27构成夹送辊上辊手动上升控制模块；

5、功能块JHJSC10、JHJSC22以及JHJSC24～JHJSC26构成夹送辊上辊手动下降控制模块；

6、功能块JHJSC28～JHJSC32构成夹送辊上辊轴承座托块伸缩控制模块。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统采用的控制方法，其技术方案是：

在矫直机夹送辊自动方式下，当夹送辊上辊自动下降控制模块判定出：型钢头部已穿过夹送辊、上夹送辊传动侧和操作侧轴承座托块均处于缩回状态、下夹送辊正在进行上升操作、上夹送辊不在压靠区、上夹送辊无上升控制信号输出并且夹送辊无液压和传动故障时，控制程序中夹送辊上辊自动快降控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀快降控制信号(HPHF02_a)。

考虑到所述夹送辊的上夹送辊与下夹送辊之间只有压靠压力控制而无辊缝控制，为此，为了防止型钢头部撞击夹送辊，夹送辊上辊在型钢头部穿过夹送辊前处于抬起状态，即夹送辊上辊处于高位时，在型钢头部穿过夹送辊之后，夹送辊上辊才允许快降或下降压靠操作；为此，控制程序利用数值比较功能块，即JHJSC01，实现矫直机内有无型钢检测；

当矫直机主传动电动机负载电流大于电机额定电流的30％时，表明矫直机中有钢，反之，矫直机中无钢；

夹送辊上辊自动快降控制模块通过矫直机内有钢，并且夹送辊出口侧冷检检测器(4#CMD)检测到型钢来判定型钢头部已穿过夹送辊；

鉴于该矫直机夹送辊仅采用下夹送辊传动，上夹送辊为自由辊，为此，夹送辊上辊进行快降或下降压靠操作的前提条件必须是：夹送辊下辊处于上升操作状态，否则夹送辊上辊禁止任何形式的下降操作；

基于夹送辊的安全考虑，夹送辊上辊的上升操作优先于其下降操作，即在夹送辊上辊下降操作过程中，当夹送辊上辊上升操作指令输出，即夹送辊上辊液控换向阀上升控制信号输出时，夹送辊上辊将立即由下降操作转为上升操作。

为了缩短夹送辊上辊的下降时间并且防止上夹送辊撞击型钢，该控制程序将夹送辊上辊下降操作过程分成以下两步：

第一步、采用快降方式使上夹送辊快速下降至上辊压靠区，上辊压靠区的最高位略高于型钢高度，其最低位略低于最小规格型钢在辊道上停放的高度；

第二步、采用慢降方式使上夹送辊在压靠区内慢速下降压靠型钢。

鉴于夹送辊上辊采用液压缸升降操作，为了防止夹送辊上辊抬起不用时出现下滑现象，在夹送辊上辊高位的传动侧和操作侧分别设置上辊轴承座12托块；所述上辊轴承座12托块在夹送辊不用时处于伸出状态，使用时则处于缩回状态。

夹送辊上辊快降速度的大小可由上夹送辊快降控制换向阀支路上的调速阀22来调整。

为了防止夹送辊上下辊在型钢尾部脱离夹送辊瞬间出现相磕现象，在夹送辊自动方式下，当控制程序检测到矫直机内无钢时，控制程序将使夹送辊上辊停止下降压靠操作；

对于矫直机机后夹送辊，在矫直机机后夹送辊自动方式下，当夹送辊上辊处于压靠区、矫直机内以及夹送辊出口均有钢、下夹送辊正在进行上升操作、上夹送辊无上升控制信号输出并且夹送辊无液压和传动故障时，控制程序中夹送辊上辊自动下降压靠控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀下降压靠控制信号(HPHF01＿a)。

夹送辊上辊下降压靠型钢的压力由操作工在操作界面(HMI)上设定，该压力设定值通过控制程序中数字转换开关功能块输出至上夹送辊压靠压力控制比例调节减压阀(HBJF01)。

鉴于型钢尾部均存在一定的变形，为了防止变形的型钢尾部通过夹送辊时对夹送辊造成负载冲击以及辊面划伤，夹送辊上辊在型钢抛尾前必须处于打开状态；为此，在夹送辊自动方式下，当矫直机抛尾并且夹送辊上辊不在高位时，控制程序中夹送辊上辊上升控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀上升控制信号(HPHF02＿b)。

在夹送辊手动方式下，当夹送辊上辊传动侧和操作侧轴承座托块均处于缩回状态、夹送辊上辊不在高位并且夹送辊上辊手动上升操作指令给出时，控制程序中夹送辊上辊手动上升控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀上升控制信号(HPHF02＿b)。

鉴于夹送辊上辊在液压回路关闭或液压缸内泄等情况下可能会出现高位下溜现象，在上夹送辊传动侧和操作侧分别设置了由液压缸驱动的轴承座托块；当夹送辊上辊在高位下停用时，应使上夹送辊传动侧和操作侧轴承座托块处于伸出状态。

上辊轴承座托块位置略低于上夹送辊高位。

在矫直机夹送辊手动方式下，当夹送辊上辊处于高位、上夹送辊传动侧或操作侧轴承座托块不在伸出状态并且夹送辊上辊轴承座托块伸出操作指令给出时，控制程序中夹送辊上辊轴承座托块伸缩控制模块将输出夹送辊上辊轴承座托块液控换向阀伸出控制信号；

当夹送辊上辊处于高位、上夹送辊传动侧或操作侧轴承座托块不在缩回状态，并且夹送辊上辊轴承座托块缩回操作指令给出时，控制程序中夹送辊上辊轴承座托块伸缩控制模块将输出夹送辊上辊轴承座托块液控换向阀缩回控制信号。

本发明采用上述技术方案，防止型钢咬入夹送辊时其头部撞击夹送辊上辊，夹送辊上辊在型钢咬入前处于高位；在型钢咬入后，减小上辊下降时间，上辊首先快速下降至上辊压靠区，然后，上辊慢速下降直至以恒压力压靠型钢；这样实现了夹送辊上辊运行时需快速升降以及恒压力压靠轧件，既提高生产效率，又能保证最佳的工作状态。

附图说明

附图内容及图中标记简要说明如下：

图1为本发明的型钢矫直机夹送辊装置的结构示意图；

图2为图1所示结构的侧面示意图；

图3为本发明的矫直机夹送辊上辊液压传动系统结构图；

图4为本发明的矫直机夹送辊上辊升降液压传动控制程序的结构图。

图中标记为：

1、夹送辊传动电机(132kW)，2、减速器(速比17.9)，3、下辊传动万向连接轴(最大倾角10°)，4、上辊驱动液压缸，5、上夹送辊，6、下夹送辊，7、下辊支撑液压缸，8、端梁，9、连接梁，10、垫片，11、上辊轴承座锁紧液压缸，12、上辊轴承座，13、上辊限位挡块，14、连接座，15、下辊轴承座，16、轴承座耐磨板，17、机架衬板，18、上辊操作侧液压缸，19、节流阀，20、上辊传动侧液压缸，21、上辊压靠压力传感器，22、调速阀，23、卸压阀，24、普通换向阀，25、普通换向阀，26、比例调节减压阀。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一、如图1、图2所示的本发明的结构，为一种型钢矫直机夹送辊；图3是其上辊液压驱动系统，设有液压驱动系统控制单元。

所述的夹送辊安装在夹送辊机架上，所述的夹送辊包括机前夹送辊和机后夹送辊，所述机前夹送辊和机后夹送辊均包括上夹送辊5、下夹送辊6；所述的下夹送辊6的传动侧通过下辊传动万向连接轴3及减速器2与夹送辊传动电机1连接。

其中，夹送辊传动电机1的额定功率是132kW；减速器2的速比是17.9；下辊传动万向连接轴3的最大倾角为10°。

所述的上夹送辊5通过上辊轴承座12安装在机架上；下夹送辊6通过下辊轴承座15安装在机架上。

所述的上辊轴承座12和下辊轴承座15均通过连接座14安装在夹送辊的机架上；所述的连接座14的端部设置轴承座耐磨板16，所述的轴承座耐磨板16与机架上的机架衬板17接触。

在机架上还设有上辊限位挡块13。

二、为了克服现有技术的缺陷，实现夹送辊的快速升降以及恒压力压靠轧件的发明目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统，其中，下夹送辊6由下辊支撑液压缸7驱动；所述的上夹送辊5的升降由上辊驱动液压缸4驱动；所述的上辊驱动液压缸4的进油路上，分别设置普通换向阀24、普通换向阀25。

所述的上辊驱动液压缸4包括上辊操作侧液压缸18和上辊传动侧液压缸20。

夹送辊的机架上端设置连接梁9，所述的上辊驱动液压缸14的缸筒固定在所述的连接梁9上；所述的连接梁9的两端分别与一个端梁8固定连接，所述的端梁8安装在机架上。所述的连接梁9与端梁8的端部连接面之间，设置垫片10。

小H型钢矫直机前后夹送辊均采用下辊传动，夹送辊的上辊为被动辊，故此，为了防止型钢咬入夹送辊时其头部撞击夹送辊上辊，夹送辊上辊在型钢咬入前处于高位；在型钢咬入后，为减小上辊下降时间，上辊首先快速下降至上辊压靠区，然后，上辊慢速下降直至以恒压力压靠型钢。鉴于此，夹送辊上辊运行时需快速升降以及恒压力压靠轧件，为此，夹送辊上辊升降采用液压传动并采用本发明所给出的一种型钢夹送辊上辊液压驱动的控制方法。

三、该液压系统的具体构成，如图3所示：

1、在所述的普通换向阀24、普通换向阀25与上辊驱动液压缸4的两个油腔之间的油路上，均设置调速阀22。

2、在所述的调速阀22与上辊驱动液压缸4的下压油腔之间的油路上，设置上辊压靠压力传感器21，所述的上辊压靠压力传感器21的信号线路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

3、在所述的液压驱动系统的液压泵与所述的普通换向阀24、普通换向阀25进油口之间的油路上，设置比例调节减压阀26，所述的比例调节减压阀26的控制元件的电路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

4、在所述的上辊驱动液压缸4(包括上辊操作侧液压缸18及上辊传动侧液压缸20)的两个油腔的油路上，均设置节流阀19。节流阀的作用是根据产品的矫直要求，对油腔压力进行调节。

5、在所述的液压系统的回油路上设置卸压阀23，其作用是当系统油压过高时，溢出一定油量，以维持系统的正常压力。

所述的矫直机主传动电动机(400kW的变频电动机)的驱动电路上设置电流传感器，所述的电流传感器的电流信号线路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

所述的型钢矫直机设有上辊轴承座锁紧液压缸11，所述的上辊轴承座锁紧液压缸11的控制元件的电路与所述的液压驱动系统控制单元连接。

四、矫直机机后夹送辊上辊升降液压传动控制程序结构。

图4为矫直机机后夹送辊上辊升降液压传动控制程序结构图。在图4中：

1、NSW为“数字转换开关”功能块，当I＝‘1’时，Y＝X2，当I＝‘0’时，Y＝X1；

2、NCM为“数值比较”功能块，当X1＞X2时，QU为‘1’，当X1＝X2时，QE为‘1’，当X1＜X2时，QL为‘1’；

3、RSR为“复位端R优先的RS触发器”功能块，当S为‘1’，R为‘0’时，Q为‘1’，QN为‘0’，当S为‘1’，R为‘1’时，Q为‘0’，QN为‘1’，当S为‘0’，R为‘0’时，Q和QN保持原态，当S为‘0’，R为‘1’时，Q为‘0’QN为‘1’；OR为“或”门；

4、AND为“与”门；NOT为“非”门；PDF为“后沿延时”功能块。

鉴于矫直机前后夹送辊的结构以及控制方式相同，在此仅介绍矫直机机后夹送辊上辊液压传动控制。

矫直机机后夹送辊上辊升降液压传动控制程序的设计及控制思想如下：

五、该控制程序主要包括以下控制模块：

所述的液压驱动系统控制单元的控制程序主要包括以下控制模块：

1、功能块JHJSC01～JHJSC13以及JHJSC26构成夹送辊上辊自动快降控制模块；

2、功能块JHJSC01～JHJSC09以及JHJSC14～JHJSC16构成夹送辊上辊自动下降压靠控制模块；

3、功能块JHJSC01、JHJSC03、JHJSC17～JHJSC21以及JHJSC27构成夹送辊上辊自动上升控制模块；

4、功能块JHJSC10、JHJSC20、JHJSC22～JHJSC23以及JHJSC27构成夹送辊上辊手动上升控制模块；

5、功能块JHJSC10、JHJSC22以及JHJSC24～JHJSC26构成夹送辊上辊手动下降控制模块；

6、功能块JHJSC28～JHJSC32构成夹送辊上辊轴承座托块伸缩控制模块。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的型钢矫直机夹送辊上辊液压驱动系统采用的控制方法，其技术方案分别如下：

六、防止型钢头部撞击夹送辊的措施：

考虑到所述夹送辊的上夹送辊与下夹送辊之间只有压靠压力控制而无辊缝控制，为此，为了防止型钢头部撞击夹送辊，夹送辊上辊在型钢头部穿过夹送辊前处于抬起状态，即夹送辊上辊处于高位时，在型钢头部穿过夹送辊之后，夹送辊上辊才允许快降或下降压靠操作；

为此，控制程序利用数值比较功能块(JHJSC01)，实现矫直机内有无型钢检测；

当矫直机主传动电动机(400kW的变频电动机)负载电流大于电机额定电流的30％时，表明矫直机中有钢，反之，矫直机中无钢；

夹送辊上辊自动快降控制模块通过矫直机内有钢，并且夹送辊出口侧冷检检测器(4#CMD)检测到型钢来判定型钢头部已穿过夹送辊；

鉴于该矫直机夹送辊仅采用下夹送辊传动，上夹送辊为自由辊，为此，夹送辊上辊进行快降或下降压靠操作的前提条件必须是：夹送辊下辊处于上升操作状态，否则夹送辊上辊禁止任何形式的下降操作；

基于夹送辊的安全考虑，夹送辊上辊的上升操作优先于其下降操作，即在夹送辊上辊下降操作过程中，当夹送辊上辊上升操作指令输出(即夹送辊上辊液控换向阀上升控制信号输出)时，夹送辊上辊将立即由下降操作转为上升操作。

为了缩短夹送辊上辊的下降时间并且防止上夹送辊撞击型钢，该控制程序将夹送辊上辊下降操作过程分成以下两步：

第一步、采用快降方式使上夹送辊快速下降至上辊压靠区，上辊压靠区的最高位略高于型钢高度，其最低位略低于最小规格型钢在辊道上停放的高度；

第二步、采用慢降方式使上夹送辊在压靠区内慢速下降压靠型钢。

鉴于夹送辊上辊采用液压缸升降操作，为了防止夹送辊上辊抬起不用时出现下滑现象，在夹送辊上辊高位的传动侧和操作侧分别设置上辊轴承座12托块；所述上辊轴承座12托块在夹送辊不用时处于伸出状态，使用时则处于缩回状态。

综上所述，在矫直机夹送辊自动方式下，当夹送辊上辊自动下降控制模块判定出：型钢头部已穿过夹送辊、上夹送辊传动侧和操作侧轴承座托块均处于缩回状态、下夹送辊正在进行上升操作、上夹送辊不在压靠区、上夹送辊无上升控制信号输出并且夹送辊无液压和传动故障时，控制程序中夹送辊上辊自动快降控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀快降控制信号(HPHF02＿a)。

夹送辊上辊快降速度的大小可由上夹送辊快降控制换向阀支路上的调速阀22来调整。

七、防止夹送辊上下辊在型钢尾部脱离夹送辊时出现相磕的措施：

为了防止夹送辊上下辊在型钢尾部脱离夹送辊瞬间出现相磕现象，在夹送辊自动方式下，当控制程序检测到矫直机内无钢时，控制程序将使夹送辊上辊停止下降压靠操作；

对于矫直机机后夹送辊，在矫直机机后夹送辊自动方式下，当夹送辊上辊处于压靠区、矫直机内以及夹送辊出口均有钢、下夹送辊正在进行上升操作、上夹送辊无上升控制信号输出，并且夹送辊无液压和传动故障时，控制程序中夹送辊上辊自动下降压靠控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀下降压靠控制信号(HPHF01＿a)。

夹送辊上辊下降压靠型钢的压力由操作工在操作界面(HMI)上设定，该压力设定值通过控制程序中数字转换开关功能块输出至上夹送辊压靠压力控制比例调节减压阀26(HBJF01)。

八、防止变形的型钢尾部通过夹送辊时对夹送辊造成负载冲击以及辊面划伤的措施：

鉴于型钢尾部均存在一定的变形，为了防止变形的型钢尾部通过夹送辊时对夹送辊造成负载冲击以及辊面划伤，夹送辊上辊在型钢抛尾前必须处于打开状态；为此，在夹送辊自动方式下，当矫直机抛尾并且夹送辊上辊不在高位时，控制程序中夹送辊上辊上升控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀上升控制信号(HPHF02＿b)。

九、夹送辊上辊的上升控制信号：

如图4所示，在夹送辊手动方式下，当夹送辊上辊传动侧和操作侧轴承座托块均处于缩回状态、夹送辊上辊不在高位并且夹送辊上辊手动上升操作指令给出时，控制程序中夹送辊上辊手动上升控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀上升控制信号(HPHF02＿b)。

十、夹送辊上辊手动下降控制信号：

由图4可知，在矫直机机后夹送辊手动方式下，当夹送辊上辊传动侧和操作侧轴承座托块均处于缩回状态、夹送辊上辊不在低位并且夹送辊上辊手动下降操作指令给出时，控制程序中矫直机机后夹送辊上辊手动下降控制模块将输出夹送辊上辊液控换向阀下降控制信号(HPHF02_a)。

十一、上辊轴承座托块的控制信号：

鉴于夹送辊上辊在液压回路关闭或液压缸内泄等情况下可能会出现高位下溜现象，在上夹送辊传动侧和操作侧分别设置了由液压缸驱动的轴承座托块；当夹送辊上辊在高位下停用时，应使上夹送辊传动侧和操作侧轴承座托块处于伸出状态。

上辊轴承座12托块位置略低于上夹送辊高位。

在矫直机夹送辊手动方式下，当夹送辊上辊处于高位、上夹送辊传动侧或操作侧轴承座托块不在伸出状态并且夹送辊上辊轴承座12托块伸出操作指令给出时，控制程序中夹送辊上辊轴承座12托块伸缩控制模块将输出夹送辊上辊轴承座12托块液控换向阀伸出控制信号；

当夹送辊上辊处于高位、上夹送辊传动侧或操作侧轴承座12托块不在缩回状态，并且夹送辊上辊轴承座12托块缩回操作指令给出时，控制程序中夹送辊上辊轴承座12托块伸缩控制模块将输出夹送辊上辊轴承座12托块液控换向阀缩回控制信号。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。