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甘肃广播电视大学 液压传动课程设计

题目：全液压矫直机液压压下系统的设计

学生姓名： 向益全 学生学号： 1062001201892 专业层次： 本科 分校（教学点）： 嘉峪关分校

导师姓名、职称： 陈风军 论文写作时间： 2011年 8月至2011年10月 论文提交日期： 年 月 日 论文答辩日期： 年 月 日

全液压矫直机液压压下系统的设计

摘要：全液压矫直机是一种新型、高精度的现代化冶金设备，在冶金行业中具有十分重要的地位。相比传统矫直机的调整机构采用机械传动方式，由蜗轮蜗杆驱动，不仅矫直力小，而且压下速度慢控制精度低，全液压矫直机的液压压下控制系统采用全液压装置驱动，数字化控制，压下位置控制精度高，矫直力大，速度响应快，因此对全液压矫直机的液压压下控制系统进行研究具有十分重要的意义。

关键词：矫直机；伺服控制；液压 引言

本文主要针对矫直机的液压压下位置控制系统进行研究，分析矫直机的工作原理，辊缝控制系统的构成(包括液压传动系统和电气控制系统)。通过对矫直机的液压压下系统工作过程的分析，我们对矫直机的液压压下系统的部分辅助系统(管道、蓄能器)进行了设计选型，并对液压系统的压力损失进行了初步的分析计算。主要对全液压矫直机的液压压下控制系统位置精度的影响因素，其中最为重要的便是伺服阀的各个增益参数、固有频率阻尼比，及伺服油缸的固有频率等进行了深入的了解和认识。

1.1矫直技术发展史

历史上，关于矫直技术产生的确切的文字记载尚未发现，但从文物发掘中挖掘的我国春秋战国时期宝剑，可以想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高水平。在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具中，小自针锥，大到铁柞都要求用矫直技术来完成成品的制造。手工矫直与平整工艺所用的设备与工具使极其简单的，如平锤、砧台等。对大型工件手工矫直常借助高温加热进行。古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了“矫枉必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破之功，用之于改造社会也有指导意义。

18世纪末到19世纪初叶，欧洲进行了产业革命，逐步实现了用蒸汽动力代替人力，机械化生产代替手工劳动。19世纪30年代冶铁技术发展起来，当时英国的生铁产量己由7万吨增长到19万吨，增加了2.7倍。19世纪50年代开辟了炼钢技术发展的新纪元。随着平炉炼钢技术的发明，钢产量增长迅速。到19世纪末时，钢产量增加50多倍。钢材产量占钢产量的比重也显著增加。这时己经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。

进入20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展。英国于1905年制

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造了辊式板材矫直机，这大概是我们见到的最早的矫直机。20世纪初己经有矫直圆材的二辊式矫直机。20世纪20年代，日本制造了多辊矫直机。20世纪30至40年代，国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机相继进入我国的钢铁工业和金属制品业。20世纪50年代苏联的矫直机大量进入中国。20世纪70年代我国改革开放以后接触到大量的国外设计研究成果。进入90年代，我国己研制出具有世界先进水平的矫直机。

1.2平行辊矫直机

钢材种类不同，弯曲形态不同，各自所要求的矫直方法也不尽相同。工业上成功研制的矫直方法主要有压力矫直法、平行辊矫直法、斜辊矫直法、转毅矫直法、平动矫直法、拉伸矫直法、拉弯矫直法等等。板带的质量包括厚度尺寸偏差、板形、表面光洁度以及板带的物理性能等指标。厚度尺寸偏差又分为纵向厚度偏差和横向尺寸偏差。为了部分的消除板带材的上述质量问题我们研制了平行辊矫直机，它由机体、工作辊系和传动机构组成。工作辊系为上下交错排列的两排工作辊组成，板材从两排工作辊间通过，完成矫直任务，矫直过程如图1.1所示。

图1.1 平行辊矫直机工作辊示意图

从压力矫直机到辊式矫直机在技术是一次较大的跨越，其理论基础是:金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度由多大区别，在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致。随着压弯程度的减小，板材弹复后的残余弯曲必然会一致趋于零值而达到矫直目的。因此平行辊矫直机必须具有两个基本特征，第一是具有相当数量交错配置的矫直辊以实现多次的反复弯曲;第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。板材矫直与型材矫直有一定的差别，板材除在纵向垂直于板面的方位上有波浪弯之外还有横向的波浪弯，这两种波浪弯综合在一个板面上会形成较复杂的弯曲状态，如边部波浪弯和中部波浪弯，以及在宽幅较大的板面上还会有中偏(偏左或偏右)波浪弯。后两种波浪弯都具有瓢曲形态，给板材矫直增加很大困难。现在，人们己经认识到波浪弯产生的原因是由于弯曲处纤维受到其两侧短纤维的限制不得伸展而形成凸凹形瓢曲，采用弯辊法便可矫直波浪弯。也即在板材波浪部位的矫直辊的支承辊不加压力，

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而在平直部位的矫直辊的支承辊加大压力使该部位的板材产生较大弯曲，结果会使原来的长纤维处在压缩状态，使原来的短纤维处在拉伸状态，如此反复便可将逐渐消除波浪弯曲。但是，此过程比较缓慢，通常需要较多的辊数，如11辊及13辊等;板材越薄辊数越要增多，如17辊及19辊，甚至更多辊数，如21辊及23辊等。辊数增多及辊径减小使各辊压下量的调整己无法单独进行，从而采取集体倾斜式的调整方法。这就自然形成线性递减压下的矫直方式。虽然它与残留弯曲的收敛规律不完全一致，但辊数增多可使每次压弯与弹复之间的误差值经过多次缩小之后而趋趋近于零值，同样达到矫直目的。

1.3矫直机的发展现状

矫直机已普遍采用计算机模型控制，并与轧机过程连结，模型可根据矫直钢板厚度、宽度、平直度状况及温度来设定辊缝，调整好横梁液压缸位置，保证打开、闭合及咬钢速度的稳定，自动将过载保护系统和厚度计控制变形补偿系统切入工作状态。 目前世界上的新型矫直机普遍具有以下优点：

1) 采用工作辊不同方向的预弯以消除钢板边缘波浪或中心瓢曲; 2) 采用上工作辊倾斜以消除单边波浪; 3) 工作辊沿矫直方向倾动以调整辊缝；

4) 入、出口工作辊单独调节辊缝以利于钢板的输送; 5) 设有过载保护、快速换辊装置;

6) 采用不同辊径与辊距的组合方式以扩大矫直范围等;

7) 新一代矫直机均采用自动控制、计算机模型设定和液压AGC动态辊缝调整。

1.4五辊矫直机

目前不锈钢冷轧使用的是5辊矫直机，又叫直头机。主要用于矫直带头带尾，便于穿带、切头尾及焊接。结构为一个倾翻钢架，上辊系通过液压缸快速打开，打开行程为230 mm，机械连接和液压缸的液压油分配系统保证辊系的同步打开或关闭。

工作原理为所有矫直辊都由一个AC变频电机驱动，通过分配齿轮箱及万向接轴传动。矫直辊安装在自调心轴承上。下辊系的上表面低于带材生产线大约30 mm，可以保证直头机在打开位置时不会擦伤带材表面。带材通过直头机前面的夹送辊和直头机出口的支撑辊支撑。2个上矫直辊的调节通过AC齿轮电机及蜗轮蜗杆机构保证同步运动，调节量的大小可以在操作台上显示，调节范围：70mm。在操作平台上装有数字显示仪。换辊时，上机架可以翻转90°，由螺栓固定，然后通过天车来更换矫直辊。

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1.5 拉矫机

不锈钢冷轧即将组装一条拉矫线，以缓解目前平整的压力。拉矫机又叫拉弯矫直机组。冷轧薄板经过退火后，往往会产生不佳的板形。例如：带钢边部延伸比中部延伸大时就形成浪边；边部延伸比中部延伸小时就形成瓢曲。为了达到后续加工要求，工厂里使用多种矫直方法，应用比较广泛的设备是多辊矫直机，薄板通过这种矫直机后，本身并不产生延伸，只是把大浪化为小浪，使板面近乎平直。而对于板厚小于0.8mm的板材，用这种方法很难矫直。而拉伸弯曲矫直机，可使薄板同时产生纵向和横向变形，从而充分改善薄板的平直度和材料性能，使薄板矫直技术大大提高了一步。此外，由于通过弯曲产生了弯曲应力，大大减小了拉力，根据经验，采用拉伸弯曲矫直机时，要达到同样的矫直效果只需要纯拉伸矫直所需张力的1/3～1/5.而且它的矫直效果是迄今为止最好的。拉伸弯曲矫直的主要作用是：

1）可获得良好的板形。通过拉伸弯曲矫直之后,可彻底消除板面的浪边、浪形、瓢曲及轻度的镰刀弯，从而大大改善了薄板的平直度。

2）有利于改善材料的各向异性。低碳钢的深冲薄板在纵向和横向上的屈服极限常常存在各向异性。所以在薄板作深冲加工时，由于各部的延伸不同被冲件的各部厚度会产生不均，从而会使被冲件产生裙状花边缺陷，由此而导致冲废率的增高。通过拉伸弯曲矫直之后，会使这种状况大大得到改善。

3）消除屈服平台、阻止滑移线的形成。

2.1全液压矫直机的矫直原理和方案

矫直机矫直原理:金属板材在较大弹塑性弯曲条件下，弹复能力几乎是相同的。因此不管板材原始曲率有多大区别，在反复弯曲后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致。不过金属刚性越大，压弯后的残留曲率的均匀性越差，而这种差值将随着饭碗次数的增加而减小。矫直的目的不但是是板材各处残留的曲率趋向一致，而且还要将各处的残留曲率都趋于零。全液压矫直机的工作原理是在零张力下，钢板经过多次反复弯曲，在钢带横断面上板带外层金属产生一定的屈服，形成相对平直的产品。由于钢板中间层的金属不产生屈服，因此不可能使整个钢板产生固定的伸长。在板材宽度上某些区域以一个较小的半径弯曲，使长度较短或绷得较紧的部分伸长，如图2.1所示。这些地方的伸长仅限于钢带外层金属，最终产品可以达到的平直度级别较高，形成的残余应力可以在进一步弯曲或剪切时被消除。

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