一种基于极薄钢板辊压式淬火机的液压伺服系统
阅读说明：本技术 一种基于极薄钢板辊压式淬火机的液压伺服系统 (Hydraulic servo system based on extremely thin steel sheet roll-in formula quenching machine ) 是由 韩毅 付天亮 王昭东 田勇 李勇 高俊国 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于极薄钢板辊压式淬火机的液压伺服系统,属于钢板热处理区域的技术领域。由液压站本体,主供油管路,背压供油管路,主回油管路,控制油卸油管路五大部分组成。所述液压系统通过电磁伺服阀与多类阀的配合使用及背压供油管路与控制油回油管路的特别设计,满足了辊压式淬火机对执行液压缸定位精度高,运行快速稳定,响应时间快的要求,具备生产极薄淬火钢板时根据压力及位置反馈对液压缸行程进行快速平稳调节能力。本发明满足了辊压式淬火机的。(The invention discloses a hydraulic servo system based on an extremely thin steel plate rolling type quenching machine, and belongs to the technical field of steel plate heat treatment areas. The hydraulic station consists of five parts, namely a hydraulic station body, a main oil supply pipeline, a back pressure oil supply pipeline, a main oil return pipeline and a control oil discharge pipeline. The hydraulic system meets the requirements of a roll-press type quenching machine on high positioning precision, quick and stable operation and quick response time of an execution hydraulic cylinder through the matching use of the electromagnetic servo valve and the valves and the special design of the back pressure oil supply pipeline and the control oil return pipeline, and has the capability of quickly and stably adjusting the stroke of the hydraulic cylinder according to pressure and position feedback during the production of an extremely-thin quenching steel plate. The invention meets the requirements of a roll-type quenching machine.)
技术领域
本发明涉及的是钢板热处理区域的技术领域，更确切地说是属于薄板淬火机液压控制系统的设备技术领域。
背景技术
在钢板热处理车间，因工艺流程需要，成品钢板经过加热炉加热后，需要进行淬火冷却，以提高板材强度及性能，而淬火机就是完成这一淬火冷却过程的核心设备。
目前行业普遍使用的淬火机为辊式淬火机，参阅图1所示，主要由电动升降机、液压缸、移动框架、上辊道、喷嘴等部分组成，通过控制喷嘴水量及水压对热钢板进行淬火，通过电动升降机来控制辊缝，辅助控制板型，其中上框架液压缸只起到控制框架升降及缓冲阻尼作用，该淬火机用于生产4mm及其以下厚度的淬火板生产时，成品质量及板型均难以达到工艺要求。
为打破国内淬火钢板生产瓶颈，东北大学轧制及连轧自动化国家重点实验室研发了一种用于生产超薄淬火板的辊压式淬火机，参阅图2所示，其主要由伺服液压缸、上框架、辊道、喷嘴等几部分组成，与老式辊式淬火机相比，辊压式淬火机对液压系统有着更高的要求，主要表现在以下三个方面：
1、无电动升降系统，升降功能完全由液压系统实现。
2、辊缝控制精准，液压缸定位误差≤±0.1mm
3、生产淬火板过程中，根据板型变化快速调节油缸位置，响应时间≤100ms
为满足上述要求，东北大学轧制及连轧自动化国家重点实验室研发了一种超薄板辊压式淬火机的高精度快速响应液压伺服系统。
专利CN101338357公开了一种一种实现辊式淬火机液压多缸高精度同步控制系统，其通过采用液压同步马达配合流量补偿阀补偿的控制回路，减少了液压系统调试过程中手工调节的工作量，提高了控制精度，效率大幅提高。该系统是基于传动辊式淬火机的液压控制系统，且未采用液压伺服控制，未达成高精度与快速响应的效果，与本发明区别较大。
专利CN201210509964.X提供了一种全液压齿轮淬火机淬火液压系统，该系统基于齿轮淬火机，而齿轮淬火机主要用于机加工行业，与本发明所应用的设备-辊压式淬火机分属两个行业，且该系统未采用液压伺服控制，未达成高精度与快速响应的效果，与本发明区别较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于超薄板辊压式淬火机的新型液压伺服系统，该新型液压伺服系统的特点在于执行液压缸定位精度高，运行快速稳定，响应时间快，具备生产极薄淬火板时根据压力及位置反馈对液压缸行程进行快速平稳调节能力。
本发明的技术方案：
一种基于极薄钢板辊压式淬火机的液压伺服系统，所述液压伺服系统包括液压站本体、主供油管路、背压供油管路、主回油管路和控制油卸油管路；
所述液压站本体包括油箱1、液压变量泵2、循环泵3、电磁控制溢流阀A4、高压过滤器5、循环过滤器13和板式换热器14；所述的油箱1分别与液压变量泵2、循环泵3相连，液压变量泵2依次与电磁控制溢流阀A4、高压过滤器5相连，循环泵3依次与循环过滤器13、板式换热器14相连；液压变量泵2从油箱1中吸取液压油，将高压油经过电磁控制溢流阀A4及高压过滤器5输送到主供油管路及背压供油管路中，来驱动液压执行机构动作；循环泵3从油箱1中吸取液压油，油液经板式换热器14冷却降温，循环过滤器13过滤后，回到油箱1中，保证油箱1内的油液清洁度符合使用要求，油液温度在35℃到45℃之间。
所述的循环泵3与循环过滤器13之间设置溢流阀12。
所述主供油管路包括两位四通换向阀A9、液控单向阀A 10、蓄能器A 17、伺服油缸20、电磁伺服阀25；所述的两位四通换向阀A9分别与高压过滤器5、液控单向阀A 10相连，液控单向阀A 10与电磁伺服阀25相连，电磁伺服阀25分别与PLC和伺服油缸20相连，蓄能器A17与管路串联；当系统需要主供油管路提供压力油时，两位四通换向阀A9得电，液控单向阀A 10打开，压力油经管路流至电磁伺服阀25，通过PLC给出的电信号控制伺服阀阀芯位置，从而控制伺服油缸20的动作；蓄能器A17填充一定压力的氮气，起到保证主供油管路压力及流量稳定的作用；
所述背压供油管路包括减压阀A6、减压阀B7、三位四通换向阀8、蓄能器B18、蓄能器C19；所述的高压过滤器5通过减压阀A6和减压阀B7与蓄能器A 17、蓄能器B18、蓄能器C19相连，减压阀B7还与三位四通换向阀8相连；当液压变量泵2输出一定的压力时，经减压阀A6减压，用于伺服油缸20下降时提供背压，提高伺服油缸20升降过程中的稳定性及定位精度，减少冲击，保护设备；当液压变量泵2输出一定的压力时，经减压阀A6、减压阀B7双重减压，用作伺服油缸20上升时的供油管路，满足框架提升动力的同时，提高伺服油缸20升降过程中的稳定性及定位精度，减少冲击，通过三位四通换向阀8切换背压供油管路所提供的2个不同压力，以满足不同工作状态；
所述控制油卸油管路包括调节阀29、连接3个液控单向阀的卸油支管A30、卸油支管B31、卸油支管C32；当液控单向阀A 10、液控单向阀B 21、液控单向阀C 27停止工作时，两位四通换向阀A9、两位四通换向阀B 22、两位四通换向阀C 28切换至停止位，控制油经各个两位四通换向阀进入各个卸油支管，快速流回油箱1；其中调节阀29起到管路故障时封闭管路，便于维修的作用。
所述主回油管路包括依次相连的回油过滤器11、单向阀33、调节阀B34；其中，单向阀33起到防止管路中油液流经回油过滤器11时产生的紊流导致部分油液回流，降低回油速率。回油过滤器11起到将回流油液中的铁屑等杂质清除，保证油液清洁的作用。整个液压系统中的回流油液经过单向阀33、回油过滤器11快速回到油箱中。
所述的蓄能器A17填充10Mpa压力的氮气；所述的蓄能器B18、蓄能器C19分别填充6Mpa、3.5Mpa压力的氮气，起到保证背压供油管路压力及流量稳定的作用。
所述的电磁控制溢流阀B26与液控单向阀C27相连，泵启动时，电磁控制溢流阀B26打开，油液完全溢流回油箱，保证泵空载启动。延时10秒后，电磁控制溢流阀B26关闭，作为系统安全阀使用，防止系统超压。
本发明的有益效果：
(1)本发明装置投入使用后，功能精度及可靠性完全满足使用新式辊压式淬火机生产4mm厚淬火板的工艺要求，调试后生产至今未发生液压系统故障。
(2)由于辊压式淬火机上框架自重较大，油缸下降速度难以平稳控制，特别设计了背压供油管路，以保证油缸上升下降过程中运行平稳。需要液压缸升降时，通过控制电磁伺服阀及背压供油管路上的电磁换向阀来使油缸活塞两侧获得不同压差，保证油缸上升下降过程平稳，定位准确，且冲击小，对设备损害降到最低。
(3)因辊压式淬火机对该液压系统响应速度要求极高，特别设计了控制油回油管路，以保证控制油快速排出，液控单向阀快速关闭，缩短系统响应时间。正常生产时，通过压力及位置传感器实时检测油缸实际工作位置变化及压力变化，将采集到的电信号反馈回PLC，经过程序运算后给出电信号，控制液控单向阀快速打开，油液流通，同时伺服阀对油缸位置及压力进行实时调整，调整完毕后，控制油经控制油回油管路快速卸出，液控单向阀关闭，油缸停留在所需位置。
附图说明
图1为辊式淬火机结构示意简图。
图2为辊压式淬火机结构示意图。
图3为单组阀台原理示意简图。
图4为液压站原理示意简图。
图中：1油箱；2液压变量泵；3循环泵；4电磁控制溢流阀A；5高压过滤器；6减压阀A；7减压阀B；8三位四通换向阀；9两位四通换向阀A；10液控单向阀A；11回油过滤器；12溢流阀；13循环过滤器；14板式换热器；15伺服液压缸；16上框架；17蓄能器A；18蓄能器B；19蓄能器C；20伺服油缸；21液控单向阀B；22两位四通换向阀B；23辊道；24喷嘴A；25电磁伺服阀；26电磁控制溢流阀B；27液控单向阀C；28两位四通换向阀C；29调节阀A；30卸油支管A；31卸油支管B；32卸油支管C；33单向阀；34调节阀B；35电动升降机；36液压缸；37移动框架；38上辊道；39喷嘴B。
具体实施方式
下面结合附图对基于极薄钢板辊压式淬火机的高精度快速响应液压伺服系统具体实施方式进行进一步说明。所述液压伺服系统工作原理如下：
当电控程序给出伺服油缸20下降指令时，图4中电磁伺服阀25上方电磁铁C通电，P口与A口联通，图3中液控单向阀A10打开，主供油管路中液压油进入图4中伺服油缸20的B腔。同时图3中背压供油管路三位四通换向阀8左侧电磁铁C得电，P口与A口联通，图4中液控单向阀B21打开，背压供油管路10Mpa油液经图3中减压阀A6减至6Mpa进入伺服油缸20的B腔。因主供油管路压力10Mpa高于背压供油管路6Mpa，油缸活塞在压差作用下图2中上框架16、辊道23、喷嘴A24等机构平稳下降到指定位置。随即PLC发出油缸停止下降信号，同时图4中电磁伺服阀25回归中位，主供油管路与油缸不联通，同时图3中背压供油管路三位四通换向阀8回归中位，图4中液控单向阀B21控制油经卸油支管B31快速卸出到控制油回油管路，图3中液控单向阀A10的控制油经由卸油支管A30快速卸出到控制油回油管路，液控单向阀A10、液控单向阀B21关闭，背压供油管路与伺服油缸20不联通，油缸保持在工艺所需的指定位置。
当电控程序给出油缸上升指令时，图4中电磁伺服阀25电磁铁D通电，T口与A口联通，液控单向阀C27打开，伺服油缸20的B腔与主回油管路联通。同时图3中背压供油管路三位四通换向阀8电磁铁D得电，A口与T口联通，背压供油管路经10Mpa油液经图3中减压阀A6，减压阀B7减压至3.5Mpa,图4中液控单向阀B21打开，油液进入油缸A腔。主回油管路压力为0，油缸A腔压力为0，B腔压力为3.5Mpa,油缸活塞在3.5mpa压差下，带动图2中上框架16、辊道23、喷嘴24等机构平稳上升至指定位置。随即PLC发出油缸停止上升信号，图4中电磁伺服阀25回归中位，主回油管路与油缸不联通，同时图3中背压供油管路三位四通换向阀8回归中位，图4中液控单向阀B21、液控单向阀C27控制油经控卸油支管B31、卸油支管C32快速卸出，液控单向阀B21、液控单向阀C27关闭，背压供油管路及主回油管路与油缸各不联通，油缸保持在工艺所需的指定位置。
当生产钢板时，热钢板内部组织在冷却水的作用下产生急剧变化，内应力使钢板产生弹性变形及塑性变形，钢板变形所产生的应力作用在辊式淬火机上辊道上，使液压缸行程及压力发生变化，伺服液压缸自带的位移传感器及压力传感器将检测到的信号反馈回PLC，PLC按照既定程序下达指令，通过伺服阀将油液压力及油缸位置调节至工艺所需的指定数值。