铝板带轧机冷却液的控制河北省涿神公司王成国摘要板带材的平直度基本由精确控制冷却液来保证。 简介了两种主要的冷却液控制方法－开关量控制和模拟量控制的结构、工作过程和优缺点。就国内 目前的情况看，推荐采用模拟量控制系统来控制板带材轧制的冷却液。关键词铝板带轧制，冷却液 ，开关量控制，模拟量控制１前言控制板带材的平直度，最重要的参数是工作辊的热凸度。实践证 明，如果用精确的冷却液控制方法，估计会对平直度控制起７０％的作用。国内外从事于铝板带加 工的科技工作者都看准了这点，并做了大量工作，对冷却液控制方法和控制元件不断进行改进和提 高，以期望更好地保证铝板带材的平直度。２控制方法目前，国内外有两种冷却液控制方法。一种 是开关量控制，一种是模拟量控制。开关量控制的特点是：控制信号为开关量，脉冲调宽工作制， 系统采用多重喷嘴，喷液量呈有级变化。模拟量控制的特点是：控制信号为模拟量，系统采用单重 （或多重）喷嘴，喷液量可连续变化。每一种系统可以手动控制，也可以参与板形自动控制系统。 资料表明，喷液板形响应时间一般为８～１２秒，３～４秒间隔要改变一次冷却液的喷射量大小。 因此，此系统主要考虑静态特性。两种控制系统原理示意图见图１和２。２．１开关量控制系统的 控制方法系统由控制信号、气动电磁阀、冷却液控制阀、喷嘴初压力空气、冷却液组成。工作过程 如下：根据轧机出口板材的平直度情况，设定每个冷却区的喷液目标值，将各区的喷液目标值转化 成有规律的脉冲控制信号，该信号控制气动电磁阀开闭，产生有规律的气压脉冲信号，气压脉冲信 号制约冷却液控制阀开闭，产生有规律的冷却液脉冲，实现了冷却液的精确控制。如果冷却液喷射 量是自动控制的，则本系统是下述示意的一个环节。喷液目标值是这样确定的：目标板形与板形仪 反馈实际板形相比较，得出一偏差板形分布，综合考虑工作辊的凸度分布、凸度响应时间、喷液中 值调节和相邻区域的喷射影响，最后给出每区的喷液目标值。例如，某一铝冷轧机，沿辊身方向划 分２８个冷却区，每区设２个喷嘴，流量比为１：２，因此，可组合成０％、３３．３％、６６． ６％、１００％四个流量等级。实际中，目标值常常是某两级之间的一个值，这时就必须采用脉冲 调宽工作制。前述提到，喷液板形响应时间一般为８～１２秒，３～４秒间隔改变一次冷却液流量 大小。设周期４秒，喷液目标值５５％，则小喷嘴开４秒，大喷嘴开１．３秒，关２．７秒。其他 目标值以此类推。２．２模拟量控制系统的控制方法系统的组成与开关量控制系统基本相同。但以 连续的模拟量控制信号代替了开关量脉冲控制信号；以Ｅ／Ｐ阀（电信号－空气压力减压阀）代替 了开关式气动电磁阀；以流量特性较好的压力阀（冷却液控制阀）代替了开关式冷却液控制阀。工 作过程如下：设定喷液目标值，产生相应的模拟控制信号，Ｅ／Ｐ阀按比例地将控制信号转换成空 气压力信号，冷却液控制阀再接比例地将空气压力信号转换成冷却液的输出压力，不同压力的冷却 液经过喷嘴输出不同的流量，从而实现了冷却液的精确比例控制。其控制信号－冷却液流量传递关 系是：式中：Ｑ－输出流量，升／分；Ｋ－系数；Ｉ－控制信号，Ａ或Ｖ。如果本系统只需要手动 控制功能，可将Ｅ／Ｐ阀省略，以普通手动气动调压阀代之。这样，可简化系统，大幅度降低成本 ，同时并不影响使用功能。如果将来上板形仪，系统最初设计时一定要考虑使用Ｅ／Ｐ阀。３控制 元件控制元件主要指冷却液控制阀和气动电磁阀（Ｅ／Ｐ阀）。在开关量控制系统中，对元件的要 求：动作迅速，响应时间短；使用可靠、维护方便。冷却液控制阀最初使用提升阀形式，它有许多 不足，如寿命短、结构复杂、经常维护等。目前，戴维公司开发了新型膜片式阀门，在整个阀中只 有一个可动部分，因而其响应块，使用可靠，维护简单等，其示意图见图３。为了进一步提高系统 的响应性和简化系统结构，戴维公司正在开发一种将冷却液控制阀和气动电磁阀合二为一的综合阀 门，组装成喷射横梁，安装于轧机出口处。对模拟量控制系统中的元件除有上述要求外，还有比例 精度和重复精度要求。图４是冷却液控制阀的结构简图。它是一种平衡式减压阀，一次压力波动对 二次压力的影响几乎为零；由于采用气压失导，相当于调压弹簧刚度为零，因而流量特性较好；阀 芯复位弹簧刚度适中，确保可靠的封闭，密封采用低摩阻Ｏ型密封圈，以提高重复精度和响应性。 控制气压与输出的冷却液压力关系取决于活塞的上下面积比。Ｅ／Ｐ阀一般是动圈喷嘴挡板式（或 压电挡板式），线性度±１．５％，阶跃响应小于０．８秒。４两种控制系统的比较（１）投资用 自动控制系统时，两种系统的投资相当。用手动控制时，模拟量控制系统的投资较少。（２）操作 模拟量控制系统操作方便，因为它的目标值可连续选择。开关量控制系统，其脉冲调宽工作制是由 可编程控器来完成的，但国内许多采用手动控制冷却液喷射量的系统中未配此装置，因而其喷射量 仅能有级地选择，靠人工干预来保证喷液量的大小，操作上复杂，不易保证良好的板形。（３）响 应和精度元件和元件间管路是影响系统响应性和精度的主要因素。开关量控制系统元件的响应时间 较短，一般小于３０毫秒。戴维公司的综合阀门本身就是一个系统（集中了所有元件），因而其响 应性和精度更好。模拟量控制系统元件的响应时间略长一些，但它喷液量连续可调，能弥补上述不 足，因而精度相差无几。（４）寿命与维护开关量控制系统动作频繁，元件寿命低，系统安装时， 冷却液控制阀安放在轧机出口处，使得维修很困难。模拟量控制系统的元件动作次数较之要少，且 连续变化，因而寿命长，系统安装在轧机外侧，维修方便。５结束语比较开关量控制和模拟量控制 两种方法后可发现：在响应和精度方面，开关量控制系统较好，因此适用于自动控制系统；在投资 、操作、维护、寿命方面，模拟量控制系统优点显著，它既适于自动控制系统，又适于手动控制系 统。目前国内的板带材加工设备装机水平不高，许多装备都采用手动控制冷却液喷射量的方法，采 用模拟量控制系统似乎更合理和更经济。涿神公司与其合作者已开发出此项系统，可以提供成套装 置。如果在元件方面再做深入的工作，模拟量控制系统一定会全面优于开关量控制系统。参考文献 ｜｜１１６０Ｄ铝冷轧机ＡＦＣ操作说明，内部资料２英国戴维公司产品样本３Ｅ／Ｐ阀使用说明 ，日本ＣＫＱ公司４华能济南气动元件厂产品样本５Ｍｅａｓｕｒｅｘ２００２计算机系统在１４ ５０ｍｍ铝板轧机上的应用，轻合金加工技术，１９８７·Ｎｏ．４铝板带轧机冷却液的控制@王 成国$河北省涿神公司铝板带轧制，冷却液，开关量控制，模拟量控制板带材的平直度基本由精确 控制冷却液来保证。简介了两种主要的冷却液控制方法－开关量控制和模拟量控制的结构、工作过 程和优缺点。就国内目前的情况看，推荐采用模拟量控制系统来控制板带材轧制的冷却液。１１６ ０Ｄ铝冷轧机ＡＦＣ操作说明，内部资料２英国戴维公司产品样本３Ｅ／Ｐ阀使用说明，日本ＣＫ Ｑ公司４华能济南气动元件厂产品样本５Ｍｅａｓｕｒｅｘ２００２计算机系统在１４５０ｍｍ铝 板轧机上的应用，轻合金加工技术，１９８７·Ｎｏ．４小，操作上复杂，不易保证良好的板形。 （３）响应和精度元件和元件间管路是影响系统响应性和精度的主要因素。开关量控制系统元件的 响应时间较短，一般小于３０毫秒。戴维公司的综合阀门本身就是一个系统（集中了所有元件）， 因而其响应性和精度更好。模拟量控制系统元件的响应时间略长一些，但它喷液量连续可调，能弥 补上述不足，因而精度相差无几。（４）寿命与维护开关量控制系统动作频繁，元件寿命低，系统 安装时，冷却液控制阀安放在轧机出口处，使得维修很困难。模拟量控制系统的元件动作次数较之 要少，且连续变化，因而寿命长，系统安装在轧机外侧，维修方便。５结束语比较开关量控制和模 拟量控制两种方法后可发现：在响应和精度方面，开关量控制系统较好，因此适用于自动控制系统 ；在投资、操作、维护、寿命方面，模拟量控制系统优点显著，它既适于自动控制系统，又适于手 动控制系统。目前国内的板带材加工设备装机水平不高，许多装备都采用手动控制冷却液喷射量的 方法，采用模拟量控制系统似乎更合理和更经济。涿神公司与其合作者已开发出此项系统，可以提 供成套装置。如果在元件方面再做深入的工作，模拟量控制系统一定会全面优于开关量控制系统。 参考文献｜｜１１６０Ｄ铝冷轧机ＡＦＣ操作说明，内部资料２英国戴维公司产品样本３Ｅ／Ｐ阀 使用说明，日本ＣＫＱ公司４华能济南气动元件厂产品样本５Ｍｅａｓｕｒｅｘ２００２计算机系 统在１４５０ｍｍ铝板轧机上的应用，轻合金加工技术，１９８７·Ｎｏ．４铝板带轧机冷却液的 控制@王成国$河北省涿神公司铝板带轧制，冷却液，开关量控制，模拟量控制板带材的平直度基 本由精确控制冷却液来保证。简介了两种主要的冷却液控制方法－开关量控制和模拟量控制的结构 、工作过程和优缺点。就国内目前的情况看，推荐采用模拟量控制系统来控制板带材轧制的冷却液。１１６０Ｄ铝冷轧机ＡＦＣ操作说明，内部资料２英国戴维公司产品样本３Ｅ／Ｐ阀使用说明，日本ＣＫＱ公司４华能济南气动元件厂产品样本５Ｍｅａｓｕｒｅｘ２００２计算机系统在１４５０ｍｍ铝板轧机上的应用，轻合金加工技术，１９８７·Ｎｏ．４
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