一种模拟轧机两缸液压同步的试验台

技术领域

本发明属于轧机液压系统控制试验的技术领域，具体涉及为一种模拟轧机两缸液压同步的试验台。

背景技术

轧机是一个大型复杂机电液一体化设备，具有多变性、强耦合、非线性、时变性、多约束等特征。随着轧机朝着大型化、高速化、连续化、智能化的快速发展以及大量新技术、新工艺的采用，对轧机两缸同步的控制精度和设备的稳定性提出了新的挑战。

由于轧机操作侧和传动侧液压压下系统的内部参数和外负载不一致，且负载存在一定的不确定性，这就会造成轧机操作侧和传动侧两侧压下系统动静态性能不同和压下系统的不同步，从而影响轧制板材两侧的厚度和板材质量。而在轧机两缸同步运行以及动态调整过程中，由于弹性轧辊在强大的轧制力作用下受载后弯曲，导致传动轴与操作侧压下系统产生严重的偏载，影响压下油缸的控制精度。

因此，目前亟需搭建相关试验装置来对偏载作用下轧机如何实现两缸同步控制进行相关离线试验。

发明内容

为了解决以上背景技术中轧机两侧压下系统动静态性能不同和压下系统的不同步对轧制板材两侧的厚度和质量的影响，进一步开展轧机操作侧和传动侧在偏载作用下如何实现两缸同步控制的相关离线试验，便于研究轧机在偏载力作用下实现两缸同步运动的试验功能。为此，本发明特别设计并提供了一种轧机两缸同步试验装置及液压系统。

为了满足轧机在偏载力作用下进行相关离线试验而研究两缸同步运动的试验功能，本发明采取以下技术方案：一种模拟轧机两缸液压同步的试验台，其包括有油缸试验装置以及与其相配套的液压控制系统；

所述油缸试验装置包括有试验支架，其采用钢板焊接的主框架，在所述主框架的顶梁和底梁内侧上分别设置有两个油缸安装槽，位于顶梁的两个油缸安装槽内分别安装有压下油缸，位于底梁的两个油缸安装槽内分别安装有加载油缸，两个压下油缸与两个加载油缸分别呈对立布置，且位于主框架同一侧的压下油缸的活塞杆与加载油缸的活塞杆相对顶；

所述液压控制系统包括与两个压下油缸相配套的两个压下油缸液压系统以及恒背压系统、与两个加载油缸相配套的两个加载油缸液压系统、以及与每个系统相连接的主压力油管和主回油管，且两路油管均与油箱相连接，在主压力油管上设置有与工业计算机输出端相连接的油泵作为油压动力源，每个系统中所有控制阀分别与工业计算机输出端相连接，并执行工业计算机发出的指令从而控制油路的通断；

两个所述压下油缸液压系统的结构和原理相同，且均包括油口A连接至主压力油管上的高压过滤器，油口P连接至高压过滤器油口B的伺服阀，伺服阀的油口A 分两路分别连接至压下油缸的油口A和第一溢流阀的油口A，伺服阀的油口T 和第一溢流阀的油口T分别连接至主回油管上，且在每个压下油缸的无杆腔油口A上通过三通连接有与工业计算机输入端相连接的第一压力传感器，两个第一压力传感器分别用于采集两个所述压下油缸无杆腔的油压信息；

两个所述加载油缸液压系统的结构和原理相同，且均包括油口P连接至主压力油管上的比例减压阀，油口P连接至比例减压阀油口A的Y型机能电磁换向阀，Y型机能电磁换向阀的油口A连接至加载油缸的油口B，Y型机能电磁换向阀的油口B连接至第二液控单向阀的油口A，第二液控单向阀的油口B连接至同一所述加载油缸的油口A，Y型机能电磁换向阀的油口T连接至主回油管上，在每个加载油缸的无杆腔油口A上通过三通连接有与工业计算机输入端相连接的第二压力传感器，两个第二压力传感器分别用于采集两个所述加载油缸无杆腔的油压信息，并分别通过工业计算机控制两个比例减压阀调节两个加载油缸无杆腔内油液工作压力；

所述恒背压系统包括油口A连接至主压力油管上的第一减压阀，第一减压阀的油口B分两路分别与第二两位换向阀的油口P、第三溢流阀的油口A相连接，第二两位换向阀的油口A分两路与两个压下油缸的B口相连，第二两位换向阀的油口T与第二蓄能器的油口P相连，第二蓄能器的油口T连接至主回油管上，在两个压下油缸的有杆腔油口B上并联有与所述工业计算机输入端相连接的第三压力传感器，第三压力传感器分别用于采集两个所述压下油缸有杆腔的油压信息。

作为上述技术方案进一步补充说明，每个所述加载油缸液压系统还包括有与工业计算机输出端相连接的电磁球阀，电磁球阀的油口A和油口B分别与加载油缸的油口A和油口B相连接，形成差动回路，其便于加快所述加载油缸的回程速度。

作为上述技术方案进一步补充说明，每个所述加载油缸液压系统还包括油口A连接至加载油缸的油口A的第二溢流阀，第二溢流阀的油口T连接至主回油管上，第二溢流阀用于防止所述加载油缸无杆腔油压过载并起到自动溢流保护的作用。

作为上述技术方案进一步补充说明，所述液压控制系统还包括与油箱相连接的泄油管，第二两位换向阀的外泄口和第一减压阀的外泄口连接至泄油管上。

作为上述技术方案进一步补充说明，所述恒背压系统还包括油口A连接至述第一减压阀油口B的第二减压阀，第二减压阀的油口B与第四溢流阀的油口A相连接，第四溢流阀的油口A与第二两位换向阀的油口T相连接，第二减压阀的外泄口连接至泄油管上，第四溢流阀的油口T与连接至主回油管T上，由此形成对所述恒背压系统过载的双重保护。

作为上述技术方案进一步补充说明，每个压下油缸液压系统还包括有油口P连接至高压过滤器油口A上的第一蓄能器，第一蓄能器的油口T与连接至主回油管T上，第一蓄能器分别用于吸收两缸同步运行过程中的压力脉动冲击和作为紧急动力源起到补液的作用。

作为上述技术方案进一步补充说明，每个压下油缸液压系统还包括有分别与工业计算机输出端相连接的第一液控单向阀和第一两位换向阀，第一两位换向阀油口P与高压过滤器的油口A相连接，第一两位换向阀的油口A与第一液控单向阀的油口X相连接，第一液控单向阀的油口B与压下油缸的油口A相连接，第一液控单向阀的油口A连接至主回油管T上，通过第一两位换向阀控制所述第一液控单向阀油路的通断来实现对每个所述压下油缸液压系统紧急卸荷。

作为上述技术方案进一步补充说明，每个压下油缸液压系统还包括有手动卸荷阀，所述高压过滤器的油口A相连接通过手动卸荷阀连接至主回油管T上，手动卸荷阀用于实现对所述压下油缸液压系统的手动卸荷。

在所述主框架的顶梁上开设有传感器安装孔，其内设置有内置位移传感器，每个内置位移传感器与工业计算机输入端相连接，且其用于采集所述压下油缸活塞的位移信息，工业计算机的输出端与伺服阀相连接，由此组成位置闭环控制对所述压下油缸的活塞杆位移进行精确控制。

作为上述技术方案进一步限定及解释，所述试验支架还包括安装在主框架中部的横梁，在横梁上分别开设有两个导向孔，位于主框架同一侧的压下油缸的活塞杆穿过导向孔与加载油缸的活塞杆相对顶，在主框架的底梁两侧上分别开设多个固定螺孔，其内通过螺栓将主框架固定安装在地面上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明设计的模拟轧机两缸液压同步的试验台通过在试验支架上安装两组活塞杆对顶设计的压下油缸和加载油缸，以此来模拟轧机操作侧和传动侧两侧液压压下系统，另外在试验支架上安装内置位移传感器采集压下油缸活塞杆的位移信息，并通过工业计算机控制压下油缸液压系统中位置闭环油路在线控制，进而保证两个压下油缸活塞位置的控制精度，同时通过工业计算机控制两个加载油缸液压系统进行压力闭环控制，由此可以两个加载油缸加载力在线实时调节，实现了不同偏载工况下的两缸同步控制实验。通过该试验台进行相关偏载离线试验有助于提高轧机双缸同步的控制精度，提高板材的平直度和成材率。

2、本发明在两个压下油缸液压系统中设计了三重压力过载的保护，分别为第一溢流阀的过载溢流保护、第一两位换向阀与第一液控单向阀相配合的紧急卸荷保护、手动卸荷阀的手动卸荷保护，由此提高了液压系统的稳定性与可靠性。同时在模拟轧机两缸同步工作过程中，可以有效避免压下油缸系统压力突变或者意外的发生。

3、本发明针在两个压下油缸液压系统中均设置第一蓄能器，两个蓄能器不但可以吸收两缸同步运行过程中的压力脉动冲击，还可以做紧急动力源起到补液的作用。

4、本发明设计的恒背压系统，在模拟轧机两缸在实际同步运行过程中为压下油缸的有杆腔要求提供一个恒背压，该恒背压系统可以防止因活塞及连接部分在工作中靠重力自行下落，且避免了在压下过程中出现的吸空现象及避免液压缸的失速等工作不稳定现象，同时可以作为使液压缸退回的动力源。

5、本发明设计的模拟轧机两缸液压同步的试验台可以实现对其他多缸同步运动的冶金设备液压系统提供了一种新思路，对现实的生产具有指导意义。

附图说明

为了使本领域技术人员更清楚了解本发明所保护的技术方案，以下对所涉及到液压控制系统以及油缸试验装置的具体结构进行相关附图补充并解释。图中所标注的符号仅限对于技术方案的解释。

图1是本发明轧机两缸同步试验台的液压控制系统原理图；

图2是本发明轧机两缸同步试验装置的结构示意图；

图3是本发明轧机两缸同步试验装置中试验支架的结构示意图。

图中：油缸试验装置100，压下油缸液压系统200，加载油缸液压系统300，恒背压系统400。

油缸试验装置包括有压下油缸10.1，加载油缸10.2，内置位移传感器10.3，试验支架10.4；

其中试验支架包括主框架10.41，横梁10.42，导向孔10.43，油缸安装槽10.44，传感器安装孔10.45，固定螺孔10.46。

压下油缸液压系统包括高压过滤器20.1，伺服阀20.2，第一压力传感器20.3，第一溢流阀20.4，第一液控单向阀20.5，第一两位换向阀20.6，手动卸荷阀20.7，第一蓄能器20.8；

加载油缸液压系统包括比例减压阀30.1，Y型机能电磁换向阀30.2，第二液控单向阀30.3，第二溢流阀30.4，电磁球阀30.5，第二压力传感器30.6。

恒背压系统包括第一减压阀40.1，第二减压阀40.2，第二两位换向阀40.3，第三压力传感器40.4，第三溢流阀40.5，第四溢流阀40.6，第二蓄能器40.7。

在图1中，P表示主压力油管，T表示主回油管，Y表示泄油管；YVH1、YVH2、YVH3、YVH4、YVH5、YVH6、YVH7、YVH8、YVH9分别表示各电磁控制阀的电磁铁，YB1、YB2分别表示两个伺服阀的驱动换向装置力马达。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图1至3将对五个实施例作全面地介绍，其中关于工业计算作为传感设备采集信息处理和各电磁控制阀执行的信息处理部分对于本领域技术人而言属于现有技术，因此，本发明不予以详细描述。下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，视为本发明的等效技术方案。

实施例一

如附图1至3所示，一种模拟轧机两缸液压同步的试验台，其包括油缸试验装置100以及与其相配套的液压控制系统两部分；

第一，油缸试验装置100包括有试验支架10.4，其采用钢板焊接的主框架10.41，在主框架10.41的底梁两侧上分别开设多个固定螺孔10.46，其内通过螺栓将主框架10.41固定安装在地面上，在所述主框架10.41的顶梁和底梁内侧上分别设置有两个油缸安装槽10.44，位于顶梁的两个油缸安装槽10.44内分别安装有压下油缸10.1，位于底梁的两个油缸安装槽10.44内分别安装有加载油缸10.2，两个压下油缸10.1与两个加载油缸10.2分别呈对立布置，在主框架10.41中部设置有横梁10.42，在横梁10.42上分别开设有两个导向孔10.43，位于主框架10.41同一侧的压下油缸10.1的活塞杆穿过导向孔10.43与加载油缸10.2的活塞杆相对顶。同时，在所述主框架10.41的顶梁上开设有传感器安装孔10.45，其内设置有内置位移传感器10.3，每个内置位移传感器10.3与工业计算机输入端相连接，且其用于采集所述压下油缸10.1活塞的位移信息，工业计算机的输出端与伺服阀20.2相连接，由此组成位置闭环控制对所述压下油缸10.1的活塞杆位移进行精确控制。

第二，液压控制系统包括与两个压下油缸10.1相配套的两个压下油缸液压系统200以及恒背压系统400、与两个加载油缸10.2相配套的两个加载油缸液压系统300、以及与每个系统相连接的主压力油管和主回油管，外加泄油管，且三路油管均与油箱相连接，在主压力油管上设置有与工业计算机输出端相连接的油泵作为油压动力源，每个系统中所有控制阀分别与工业计算机输出端相连接，并执行工业计算机发出的指令从而控制油路的通断；

以下按照两个压下油缸和两个加载油缸的顺序介绍相关的液压控制系统部分。

（1）两个所述压下油缸液压系统200的结构和原理相同，且均包括油口A连接至主压力油管上的高压过滤器20.1，油口P连接至高压过滤器20.1油口B的伺服阀20.2，伺服阀20.2的油口A 分两路分别连接至压下油缸10.1的油口A和第一溢流阀20.4的油口A，伺服阀20.2的油口T 和第一溢流阀20.4的油口T分别连接至主回油管上，且在每个压下油缸10.1的无杆腔油口A上通过三通连接有与工业计算机输入端相连接的第一压力传感器20.3，两个第一压力传感器20.3分别用于采集两个所述压下油缸10.1无杆腔的油压信息；所述恒背压系统400包括油口A连接至主压力油管上的第一减压阀40.1，第一减压阀40.1的油口B分两路分别与第二两位换向阀40.3的油口P、第三溢流阀40.5的油口A相连接，第二两位换向阀40.3的油口A分两路与两个压下油缸10.1的B口相连，第二两位换向阀40.3的油口T与第二蓄能器40.7的油口P相连，第二蓄能器40.7的油口T连接至主回油管上，第二两位换向阀40.3的外泄口和第一减压阀40.1的外泄口连接至泄油管上，在两个压下油缸10.1的有杆腔油口B上并联有与所述工业计算机输入端相连接的第三压力传感器40.4，第三压力传感器40.4分别用于采集两个所述压下油缸10.1有杆腔的油压信息。

（2）两个所述加载油缸液压系统300的结构和原理相同，且均包括油口P连接至主压力油管上的比例减压阀30.1，油口P连接至比例减压阀30.1油口A的Y型机能电磁换向阀30.2，Y型机能电磁换向阀30.2的油口A连接至加载油缸10.2的油口B，Y型机能电磁换向阀30.2的油口B连接至第二液控单向阀30.3的油口A，第二液控单向阀30.3的油口B连接至同一所述加载油缸10.2的油口A，Y型机能电磁换向阀30.2的油口T连接至主回油管上，在每个加载油缸10.2的无杆腔油口A上通过三通连接有与工业计算机输入端相连接的第二压力传感器30.6，两个第二压力传感器30.6分别用于采集两个所述加载油缸10.2无杆腔的油压信息，并分别通过工业计算机控制两个比例减压阀30.1调节两个加载油缸10.2无杆腔内油液工作压力；

实施例二

为了提高加载油缸液压系统在双缸试验中稳定性和安全性。在实施例一中，我们在每个所述加载油缸液压系统300中增加与工业计算机输出端相连接的电磁球阀30.5，其具体连接方式为电磁球阀30.5的油口A和油口B分别与加载油缸10.2的油口A和油口B相连接，形成差动回路，电磁球阀30.5便于加快所述加载油缸10.2的回程速度。

除上述改进方式外，每个所述加载油缸液压系统300还包括油口A连接至加载油缸10.2的油口A的第二溢流阀30.4，第二溢流阀30.4的油口T连接至主回油管上，第二溢流阀30.4用于防止所述加载油缸10.2无杆腔油压过载并起到自动溢流保护的作用。

实施例三

在实施例一中，为了防止恒背压系统压力突变或者意外发生，我们在恒背压系统400中增加以下应对措施方式：油口A连接至述第一减压阀40.1油口B的第二减压阀40.2，第二减压阀40.2的油口B与第四溢流阀40.6的油口A相连接，第四溢流阀40.6的油口A与第二两位换向阀40.3的油口T相连接，第二减压阀40.2的外泄口连接至泄油管上，第四溢流阀40.6的油口T与连接至主回油管T上，由此形成对所述恒背压系统400过载的双重保护。

本实施例通过第一减压阀40.1、第二减压阀40.2、第三溢流阀40.5、第四溢流阀40.6以及第二蓄能器40.7的协同控制与配合组成了恒背压控制阀组，在工业计算机中设置第三溢流阀40.5的开启压力值要大于第一减压阀40.1的B口压力1-2MPa，第四溢流阀40.6的开启压力值要大于第二减压阀40.2的B口压力1-2MPa。

在模拟轧机两缸在实际同步运行过程中，恒背压系统400为压下油缸10.2的有杆腔提供一个恒背压，用来防止因活塞及连接部分在工作中靠重力自行下落，且保证了在压下过程中出现的吸空现象及避免液压缸的失速等工作不稳定现象，并作为使液压缸退回的动力源。

实施例四

在模拟轧机两缸同步工作过程中，为了防止第一溢流阀响应不及时而造成液压过载现象发生，除了实施例一中关于第一溢流阀进行油压过载自动溢流保护的方案以外，我们在两个压下油缸液压系统中增加两种压力过载的保护技术方案，由此形成压下油缸液压系统的压力过载三重保护。

第一种：每个压下油缸液压系统200还包括有分别与工业计算机输出端相连接的第一液控单向阀20.5和第一两位换向阀20.6，第一两位换向阀20.6油口P与高压过滤器20.1的油口A相连接，第一两位换向阀20.6的油口A与第一液控单向阀20.5的油口X相连接，第一液控单向阀20.5的油口B与压下油缸的油口A相连接，第一液控单向阀20.5的油口A连接至主回油管T上，通过第一两位换向阀20.6控制所述第一液控单向阀20.5油路的通断来实现对每个所述压下油缸液压系统200紧急卸荷。

第二种：每个压下油缸液压系统200还包括有手动卸荷阀20.7，所述高压过滤器20.1的油口A相连接通过手动卸荷阀20.7连接至主回油管T上，手动卸荷阀20.7用于实现对所述压下油缸液压系统200的手动卸荷。

实施例五

在实施一和实施例四中，为了避免两缸同步运行过程中的压力脉动冲击，我们在每个压下油缸液压系统200还包括油口P连接至高压过滤器20.1油口A上的第一蓄能器20.8，第一蓄能器20.8的油口T与连接至主回油管T上，第一蓄能器20.8不仅可以吸收两缸同步运行过程中的压力脉动冲击，还可以做紧急动力源起到补液的作用。

其液压系统控制方式及工作原理：

具体工作时，工业计算机通过两个内置位移传感器10.3采集两个压下油缸10.1的活塞杆的位置信息，并与两个伺服阀20.2组成位置闭环分别对两个压下油缸10.1的活塞杆的位置进行精确控制。

模拟两缸同步运行工作时，力马达YB1和力马达YB2得电，主压力油管P的液压油经过高压过滤器20.1的A-B通道、伺服阀20.2的P-A通道流入压下油缸10.1的无杆腔，同理，主压力油管P的液压油流入到另外一个压下油缸10.1的无杆腔，由此驱动两个压下油缸10.1的活塞杆同步向下运行。与此同时，恒背压系统中电磁铁YVH8得电，主压力油管P的液压油经过第一减压阀40.1的A-B通道、第二两位换向阀40.3的P-A通道分别流入两个压下油缸10.1的有杆腔，为系统提供恒定背压的压力范围为2-3MPa。

加载油缸液压系统中电磁铁YVH4和电磁铁YVH2同时得电，主压力油管P的液压油经过比例减压阀30.1的P-A通道、Y型机能电磁换向阀30.2的P-B通道、第二液控单向阀30.3的A-B通道流入加载油缸10.2的无杆腔；同理，主压力油管P的液压油流入另外一加载油缸10.2的无杆腔。通过比例减压阀30.1与第二压力传感器30.6组成压力闭环来对加载油缸10.2的加载力在线实时调节，由此实现对两个加载油缸10.2的协同控制来进行不同偏载工况下的两缸同步控制实验。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明的具体实施方式并不仅限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明的创造思想和设计思路，应当等同属于本发明技术方案中所公开的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。