专利名称:一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统，目的在于提高现有的中间包车升降系统对液压缸运动同步性的控制精度。该升降调平系统分为主控系统和油量补偿系统：主控系统采用基于四联同步马达的升降控制系统，油量补偿系统由调平伺服阀、电磁换向阀、位移传感器等组成。油量补偿系统与主控液压系统以并联方式连接，其工作过程为：位移传感器检测各液压缸之间位移偏差；电气控制系统电路根据位移误差给出调整信号；调平伺服阀根据调整信号对各个液压缸主控油路进行相应的油量补偿，从而调整每个液压缸的运动状态，保证四个液压缸的高精度同步运动，提高中间包车升降过程中的平稳性。
【专利说明】一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于连续铸钢【技术领域】，涉及钢水从钢包经中间包车分配到结晶器这一重要的连铸工艺环节，特别涉及一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统。
【背景技术】
[0002]自从现代连续铸钢技术兴起以后，连铸技术因其在能源节约、提高成材效率、降低生产成本、自动化程度提高等方面展现出来的突出优势，得到了国内外的广泛认可。近年来随着对连铸工艺的要求越来越高，连铸生产技术的改进工作也持续得到国内外的广泛关注。
[0003]连铸技术简单来说就是把转炉生产出来的钢水经过精炼以后，铸造成不同类型和规格的钢坯。涉及到的工艺过程包括:钢包将精炼好的钢水运至回转台，回转台在浇铸位置将钢水注入中间包车，中间包车通过水口将钢水分配至各个结晶器，结晶器使钢水迅速结晶成铸件，拉矫机与结晶振动装置共同作用将铸件从结晶器中拉出来，铸件再经过冷却、电磁搅拌，被切割制成一定规格的板坯。作为钢包与结晶器之间的承接工位，中间包车工位的基本功能包括分配钢水、稳定注流和保证连浇等。可见，中间包车工位对提高铸机作业率和优化作业时间、多炉连铸、增加连铸品种、改善铸坯质量等方面均起到重要作用。
[0004]中间包车主要由两部分组成:一是中间包车的机械机构，机械机构的基本作用是盛放钢水、完成规定动作；二是液压控制系统，液压控制系统要实现对中间包车上升、下降等一系列工艺要求动作的控制。就液压控制系统而言，随着人们对中间包车工位要求的不断提高，一些问题渐渐凸显出来。目前广泛采用泵驱动四联同步马达系统实现对液压缸的升降控制，该方法结构简单，易于工程实现。但是，该方法完全依靠四联同步马达的同步特性实现中间包车水平状态控制，工作过程中四联同步马达磨损、油液泄漏等因素直接影响系统的控制精度和可靠性，甚至有可能造成中间包车升降过程中发生倾斜，钢液流出的重大事故。
[0005]因此，为解决上述技术问题，也为了进一步提高中间包车升降调平系统的控制精度和可靠性，迫切需要提出一种更为稳定和可靠的中间包车升降调平系统。
实用新型内容
[0006]针对上述传统中间包车液压系统中所存在的问题，本实用新型提出了一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统。升降调平系统分为主控系统和油量补偿系统，主控系统采用基于四联同步马达的升降控制系统，油量补偿系统由调平伺服阀、位移传感器、电气控制系统等组成。油量补偿系统与主控系统以并联的方式连接。
[0007]一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统，包括:泵1，主控伺服阀2，液控换向阀3，节流阀4，四联同步马达5，第一溢流阀6.1，第二溢流阀6.2，第三溢流阀6.3，第四溢流阀6.4，第一调平伺服阀7.1，第二调平伺服阀7.2，第三调平伺服阀7.3，第四调平伺服阀7.4，第一电磁换向阀8.1，第二电磁换向阀8.2，第三电磁换向阀8.3，第四电磁换向阀8.4，过滤器9，蓄能器10，安全与截止阀块11，第一液控单向阀12.1，第二液控单向阀12.2，第三液控单向阀12.3，第四液控单向阀12.4，第一顺序阀13.1，第二顺序阀13.2，第三顺序阀
13.3，第四顺序阀13.4，第一液压缸14.1，第二液压缸14.2，第三液压缸14.3，第四液压缸
14.4，第一位移传感器15.1，第二位移传感器15.2，第三位移传感器15.3，第四位移传感器15.4，第一压力传感器16.1，第二压力传感器16.2，第三压力传感器16.3，第四压力传感器16.4，第五压力传感器16.5，第一高压球阀17.1，第二高压球阀17.2，第一油箱18.1，第二油箱18.2 ；
[0008]泵I通过第一高压球阀17.1顺序连接主控伺服阀2、液控换向阀3、节流阀4，该油路在此处分为三条，第一条油路为主油路，直接与四联同步马达5连接，四联同步马达5的四个马达与对应的第一溢流阀6.1、第二溢流阀6.2、第三溢流阀6.3和第四溢流阀6.4相连接，同时并联第五压力传感器16.5 ;第二条油路为油量补偿回路，通过过滤器9与相应的第一调平伺服阀7.1、第二调平伺服阀7.2、第三调平伺服阀7.3和第四调平伺服阀7.4相连接，四个调平伺服阀又与对应的第一电磁换向阀8.1、第二电磁换向阀8.2、第三电磁换向阀8.3和第四电磁换向阀8.4相连接；第三条油路连接安全与截止阀块11，安全与截止阀块11 一端连有蓄能器10，另一端直接与第一油箱18.1连接；主油路上的四个溢流阀和油量补偿回路上四个相应的电磁换向阀最终两两并联到一起，又通过相应的第一液控单向阀12.1、第二液控单向阀12.2、第三液控单向阀12.3和第四液控单向阀12.4与对应的第一液压缸14.1、第二液压缸14.2、第三液压缸14.3和第四液压缸14.4连接，从四个液压缸的无杆腔引出的油路最终并联到一起，通过第二高压球阀17.2与主控伺服阀2连接；在四个液压缸的无杆腔的进油口油路上相应的安装第一压力传感器16.1、第二压力传感器16.2、第三压力传感器16.3和第四压力传感器16.4 ;在四个液压缸上相应的安装第一位移传感器15.1、第二位移传感器15.2、第三位移传感器15.3和第四位移传感器15.4 ;在每个液压缸的进出油口处相应的跨接第一顺序阀13.1、第二顺序阀13.2、第三顺序阀13.3和第四顺序阀13.4。
[0009]该调平系统的工作原理:
[0010]中间包车上升时，主控伺服阀2和液控换向阀3都处于左位，由泵I出来的高压油经过第一高压球阀17.1，主控伺服阀2，液控换向阀3以及节流阀4之后，带动同步马达5转动；由同步马达5的特性决定了流入同步马达5的油液流量相同，同步马达5中的四个马达转速相同，同步马达往外输送的油液也相同；油液分别经过第一液控单向阀12.1进入第一液压缸14.1的无杆腔，经过第二液控单向阀12.2进入第二液压缸14.2的无杆腔，经过第三液控单向阀12.3进入第三液压缸14.3的无杆腔，经过第四液控单向阀12.4进入第四液压缸14.4的无杆腔；液压杆在高压油的压力作用下推动中间包车上升。液压缸上升过程中，第一位移传感器15.1实时监测第一液压缸14.1的位置状态，第二位移传感器15.2实时监测第二液压缸14.2的位置状态，第三位移传感器15.3实时监测第三液压缸14.3的位置状态，第四位移传感器15.4实时监测第四液压缸14.4的位置状态，并且实时反馈给油量补偿系统中的电气控制系统。当四个液压缸之间出现位移误差时，电气控制系统将调整信号传送给相应的调平伺服阀，调平伺服阀按照给定的控制信号，给对应的液压缸经行流量补偿，进而调整液压缸的运动状态。比如，当其中第一液压缸14.1运动超前时，第一液压缸14.1上的第一位移传感器15.1可以立即检测得到第一液压缸14.1的位移超前量并反馈给电气控制系统；与该第一液压缸14.1的主控油路相并联的第一调平伺服阀7.1在得到电气系统给的调整信号之后，减小油量补偿系统给第一液压缸14.1的补油量，降低第一液压缸14.1的运动速度，直至将第一液压缸14.1运动位置调整到与其他三个液压缸位置一致。
[0011]中间包车下降时，主控伺服阀2处于右位，由泵I出来的高压油流经过第二高压球阀17.2后直接流入第一液压缸14.1的无杆腔、第二液压缸14.2的无杆腔、第三液压缸14.3的无杆腔、第四液压缸14.4的无杆腔；随着油路里压力升高，第一液控单向阀12.1、第二液控单向阀12.2、第三液控单向阀12.3、第四液控单向阀12.4都被打开，压力达到设定压力后液控换向阀3换到右位，液压缸无杆腔中的油液可以顺利通过四联同步马达5、节流阀4、换向阀3和主控伺服阀2回到油箱；中间包车在自身重力和液压系统的油液压力作用下，完成下降动作。与中间包车上升过程中液压系统的控制机理一样，比如，在中间包车下降过程中，第一液压缸14.1的运动滞后时，油路补偿系统中的第一位移传感器15.1测出第一液压缸14.1的位移滞后量，第一调平伺服阀7.1接收外部控制电路给的调整信号之后，增加对第一液压缸14.1的油量补偿，小幅度地提升第一液压缸14.1的运动速度。当四个液压缸的运动位置再次一致时，位置误差消除后，第一调平伺服阀7.1恢复对第一液压缸14.1的油量补偿量，使四个液压缸的运动状态保持一致。
[0012]在节流阀4与四联同步马达5之间，加装蓄能器10。目的在于补充油缸或液压阀的泄漏，保持系统压力；吸收来自阀门突然开启或换向冲击压力，提高液压系统的稳定性；回收中间包车下降过程中的重力势能和动能，循环利用能源，降低生产成本。
[0013]该升降调平系统的优势:
[0014]1、采用小流量补偿伺服阀，提高了调平系统的控制精度和响应速度；采用无固定基准的油量补偿控制方法，提高了同步升降过程的控制灵活性。
[0015]2、系统采用流量补偿系统配合四联同步马达，结构简单，易于安装；补偿油路采用小流量伺服阀控制，成本较低；压力传感器监测系统实时压力，调平伺服阀的补偿量间接反映液压缸泄漏情况，都可增强系统的可靠性。
【附图说明】
[0016]图1基于流量补偿的中间包车升降调平系统框图
[0017]图2基于流量补偿的中间包车升降调平系统原理图
[0018]图中标号对应的部件名称:
[0019]泵1，主控伺服阀2，液控换向阀3，节流阀4，四联同步马达5，第一溢流阀6.1，第二溢流阀6.2，第三溢流阀6.3，第四溢流阀6.4，第一调平伺服阀7.1，第二调平伺服阀7.2，第三调平伺服阀7.3，第四调平伺服阀7.4，第一电磁换向阀8.1，第二电磁换向阀8.2，第三电磁换向阀8.3，第四电磁换向阀8.4，过滤器9，蓄能器10，安全与截止阀块11，第一液控单向阀12.1，第二液控单向阀12.2，第三液控单向阀12.3，第四液控单向阀12.4，第一顺序阀
13.1，第二顺序阀13.2，第三顺序阀13.3，第四顺序阀13.4，第一液压缸14.1，第二液压缸
14.2，第三液压缸14.3，第四液压缸14.4，第一位移传感器15.1，第二部位移传感器15.2，第三位移传感器15.3，第四位移传感器15.4，第一压力传感器16.1，第二压力传感器16.2，第三压力传感器16.3，第四压力传感器16.4，第五压力传感器16.5，第一高压球阀17.1，第二高压球阀17.2，第一油箱18.1，第二油箱18.2。
【具体实施方式】
[0020]图1是基于流量补偿的中间包车升降调平系统框图，控制过程如图1所示:主控伺服阀接收位移信号，以给定油量控制四联同步马达，同步马达以同步转速转动，向四个液压缸分别输送等量的液压油，推动液压缸运动；位移传感器I实时检测液压缸I位移信息，位移传感器2实时检测液压缸2位移信息，位移传感器3实时检测液压缸3位移信息，位移传感器4实时检测液压缸4位移信息，并实时反馈给油量补偿系统；电气控制系统处理位移信号并向调平伺服阀1、调平伺服阀2、调平伺服阀3和调平伺服阀4输入调整信号，四个调平伺服阀根据相应的调整信号对液压缸的主控油路进行相应的油量补偿，从而实现对四个液压缸的运动状态进行高精度同步控制。
[0021]图2是基于流量补偿的中间包车升降调平系统原理图。
[0022]基于流量补偿的中间包车升降调平系统各部分的连接关系如下:
[0023]泵I通过第一高压球阀17.1顺序连接主控伺服阀2、液控换向阀3、节流阀4，该油路在此处分为三条，第一条油路为主油路，直接与四联同步马达5连接，四联同步马达5的四个马达与对应的第一溢流阀6.1、第二溢流阀6.2、第三溢流阀6.3和第四溢流阀6.4相连接，同时并联第五压力传感器16.5 ;第二条油路为油量补偿回路，通过过滤器9与相应的第一调平伺服阀7.1、第二调平伺服阀7.2、第三调平伺服阀7.3和第四调平伺服阀7.4相连接，四个调平伺服阀又与对应的第一电磁换向阀8.1、第二电磁换向阀8.2、第三电磁换向阀8.3和第四电磁换向阀8.4相连接；第三条油路连接安全与截止阀块11，安全与截止阀块11 一端连有蓄能器10，另一端直接与第一油箱18.1连接；主油路上的四个溢流阀和油量补偿回路上四个相应的电磁换向阀最终两两并联到一起，又通过相应的第一液控单向阀12.1、第二液控单向阀12.2、第三液控单向阀12.3和第四液控单向阀12.4与对应的第一液压缸14.1、第二液压缸14.2、第三液压缸14.3和第四液压缸14.4连接，从四个液压缸的无杆腔引出的油路最终并联到一起，通过第二高压球阀17.2与主控伺服阀2连接；在四个液压缸的无杆腔的进油口油路上相应的安装第一压力传感器16.1、第二压力传感器16.2、第三压力传感器16.3和第四压力传感器16.4 ;在四个液压缸上相应的安装第一位移传感器15.1、第二位移传感器15.2、第三位移传感器15.3和第四位移传感器15.4 ;在每个液压缸的进出油口处相应的跨接第一顺序阀13.1、第二顺序阀13.2、第三顺序阀13.3和第四顺序阀13.4。
[0024]以下结合图2对该调平系统的【具体实施方式】做如下分析:
[0025]中间包车上升时，主控伺服阀2和液控换向阀3都处于左位，由泵I出来的高压油经过第一高压球阀17.1，主控伺服阀2，液控换向阀3以及节流阀4之后，带动同步马达5转动；由同步马达5的特性决定了流入同步马达5的油液流量相同，同步马达5中的四个马达转速相同，同步马达往外输送的油液也相同；油液分别经过第一液控单向阀12.1进入第一液压缸14.1的无杆腔，经过第二液控单向阀12.2进入第二液压缸14.2的无杆腔，经过第三液控单向阀12.3进入第三液压缸14.3的无杆腔，经过第四液控单向阀12.4进入第四液压缸14.4的无杆腔；液压杆在高压油的压力作用下推动中间包车上升。液压缸上升过程中，第一位移传感器15.1实时监测第一液压缸14.1的位置状态，第二位移传感器15.2实时监测第二液压缸14.2的位置状态，第三位移传感器15.3实时监测第三液压缸14.3的位置状态，第四位移传感器15.4实时监测第四液压缸14.4的位置状态，并且实时反馈给油量补偿系统中的电气控制系统。当四个液压缸之间出现位移误差时，电气控制系统将调整信号传送给相应的调平伺服阀，调平伺服阀按照给定的控制信号，给对应的液压缸经行流量补偿，进而调整液压缸的运动状态。比如，当其中第一液压缸14.1运动超前时，第一液压缸14.1上的第一位移传感器15.1可以立即检测得到第一液压缸14.1的位移超前量并反馈给电气控制系统；与该第一液压缸14.1的主控油路相并联的第一调平伺服阀7.1在得到电气系统给的调整信号之后，减小油量补偿系统给第一液压缸14.1的补油量，降低第一液压缸14.1的运动速度，直至将第一液压缸14.1运动位置调整到与其他三个液压缸位置一致。
[0026]中间包车下降时，主控伺服阀2处于右位，由泵I出来的高压油流经过第二高压球阀17.2后直接流入第一液压缸14.1的无杆腔、第二液压缸14.2的无杆腔、第三液压缸14.3的无杆腔、第四液压缸14.4的无杆腔；随着油路里压力升高，第一液控单向阀12.1、第二液控单向阀12.2、第三液控单向阀12.3、第四液控单向阀12.4都被打开，压力达到设定压力后液控换向阀3换到右位，液压缸无杆腔中的油液可以顺利通过四联同步马达5、节流阀4、换向阀3和主控伺服阀2回到油箱；中间包车在自身重力和液压系统的油液压力作用下，完成下降动作。与中间包车上升过程中液压系统的控制机理一样，比如，在中间包车下降过程中，第一液压缸14.1的运动滞后时，油路补偿系统中的第一位移传感器15.1测出第一液压缸14.1的位移滞后量，第一调平伺服阀7.1接收外部控制电路给的调整信号之后，增加对第一液压缸14.1的油量补偿，小幅度地提升第一液压缸14.1的运动速度。当四个液压缸的运动位置再次一致时，位置误差消除后，第一调平伺服阀7.1恢复对第一液压缸
14.1的油量补偿量，使四个液压缸的运动状态保持一致。
[0027]在节流阀4与四联同步马达5之间，加装蓄能器10。目的在于补充油缸或液压阀的泄漏，保持系统压力；吸收来自阀门突然开启或换向冲击压力，提高液压系统的稳定性；回收中间包车下降过程中的重力势能和动能，循环利用能源，降低生产成本。
[0028]本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于流量补偿的中间包车升降调平系统，其特征在于:它包括:泵(1)，主控伺服阀(2)，液控换向阀(3)，节流阀(4)，四联同步马达(5)，第一溢流阀(6.1)，第二溢流阀(6.2)，第三溢流阀(6.3)，第四溢流阀(6.4)，第一调平伺服阀(7.1)，第二调平伺服阀(7.2)，第三调平伺服阀(7.3)，第四调平伺服阀(7.4)，第一电磁换向阀(8.1)，第二电磁换向阀(8.2)，第三电磁换向阀(8.3)，第四电磁换向阀(8.4)，过滤器(9)，蓄能器(10)，安全与截止阀块(11)，第一液控单向阀(12.1)，第二液控单向阀(12.2)，第三液控单向阀(12.3)，第四液控单向阀(12.4)，第一顺序阀(13.1)，第二顺序阀(13.2)，第三顺序阀(13.3)，第四顺序阀(13.4)，第一液压缸(14.1)，第二液压缸(14.2)，第三液压缸(14.3)，第四液压缸(14.4)，第一位移传感器(15.1)，第二位移传感器(15.2)，第三位移传感器(15.3)，第四位移传感器(15.4)，第一压力传感器(16.1)，第二压力传感器(16.2)，第三压力传感器(16.3)，第四压力传感器(16.4)，第五压力传感器(16.5)，第一高压球阀(17.1)，第二高压球阀(17.2)，第一油箱(18.1)，第二油箱(18.2)； 泵(I)通过第一高压球阀(17.1)顺序连接主控伺服阀(2)、液控换向阀(3)、节流阀(4)，该油路在此处分为三条，第一条油路为主油路，直接与四联同步马达(5)连接，四联同步马达(5)的四个马达与对应的第一溢流阀(6.1)、第二溢流阀(6.2)、第三溢流阀(6.3)和第四溢流阀(6.4)相连接，同时并联第五压力传感器(16.5);第二条油路为油量补偿回路，通过过滤器(9)与相应的第一调平伺服阀(7.1)、第二调平伺服阀(7.2)、第三调平伺服阀(7.3)和第四调平伺服阀(7.4)相连接，四个调平伺服阀又与对应的第一电磁换向阀(8.1)、第二电磁换向阀(8.2)、第三电磁换向阀(8.3)和第四电磁换向阀(8.4)相连接；第三条油路连接安全与截止阀块(11)，安全与截止阀块(11) 一端连有蓄能器(10)，另一端直接与第一油箱(18.1)连接；主油路上的四个溢流阀和油量补偿回路上四个相应的电磁换向阀最终两两并联到一起，又通过相应的第一液控单向阀(12.1)、第二液控单向阀(12.2)、第三液控单向阀(12.3)、第四液控单向阀(12.4)与对应的第一液压缸(14.1)、第二液压缸(14.2)、第三液压缸(14.3)、第四液压缸(14.4)连接，从四个液压缸的无杆腔引出的油路最终并联到一起，通过第二高压球阀(17.2)与主控伺服阀(2)连接；在四个液压缸的无杆腔的进油口油路上相应的安装第一压力传感器(16.1)、第二压力传感器(16.2)、第三压力传感器(16.3)、第四压力传感器(16.4);在四个液压缸上相应的安装第一位移传感器(15.1)、第二位移传感器(15.2)、第三位移传感器(15.3)、第四位移传感器(15.4);在每个液压缸的进出油口处相应的跨接第一顺序阀(13.1)、第二顺序阀(13.2)、第三顺序阀(13.3)、第四顺序阀(13.4) ?
【文档编号】F15B13-06GK204300007SQ201420748549
【发明者】艾超, 董彦武, 孔祥东, 闫桂山 [申请人]燕山大学