矯直機(jī)的設(shè)計(jì)

《矯直機(jī)的設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《矯直機(jī)的設(shè)計(jì)（30頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、液壓控制系統(tǒng)結(jié)業(yè)論文 目錄 第一章 緒論 - 1 - 1.1課題研究的背景和意義 - 1 - 1.1.1金屬板材矯直技術(shù)概況 - 1 - 1.1.2平行多輥薄板矯直機(jī)國(guó)內(nèi)外概況 - 2 - 1.1.3國(guó)內(nèi)外實(shí)際生產(chǎn)中矯直技術(shù)概況舉例 - 3 - 1.1.4課題研究的提出及意義 - 4 - 1.2本課題的研究?jī)?nèi)容 - 4 - 第二章 液壓矯直機(jī)的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成 - 5 - 2.1 矯直原理 - 5 - 2.2液壓矯直機(jī)的設(shè)備機(jī)構(gòu)及用途概述 - 5 - 2.2.1矯直機(jī)本體 - 5 - 2.2.2換輥裝置 - 8 - 2.2.3主傳動(dòng)裝置 - 8 - 2.3液壓矯

2、直機(jī)的液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)備 - 9 - 2.3.1液壓泵站 - 9 - 2.3.2主AGC液壓缸 - 9 - 2.3.3液壓伺服閥臺(tái) - 9 - 2.4液壓矯直機(jī)電氣控制系統(tǒng) - 10 - 2.4.1電氣控制系統(tǒng)的方案 - 10 - 2.4.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能 - 10 - 2.5本章小結(jié) - 10 - 第三章計(jì)算元件的參數(shù)和選型 - 11 - 3.1選擇系統(tǒng)供油壓力 - 11 - 3.2求液壓缸相關(guān)參數(shù) - 11 - 3.3確定伺服閥規(guī)格 - 13 - 3.4 液壓泵計(jì)算及選型液壓泵的選擇 - 14 - 3.5 電動(dòng)機(jī)計(jì)算及選型 - 15 - 3.6油管的計(jì)算

3、- 16 - 3.6.1直徑的計(jì)算 - 16 - 3.6.2壁厚的計(jì)算 - 16 - 3.7油箱計(jì)算及選型 - 17 - 3.7.1油箱的選型 - 17 - 3.7.2 熱平衡計(jì)算 - 17 - 3.8壓力傳感器選型 - 18 - 第四章 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 19 - 4.1 擬定系統(tǒng)原理圖 - 19 - 4.2電液伺服閥傳遞函數(shù) - 19 - 4.3液壓缸傳遞函數(shù) - 19 - 4.4 確定閉環(huán)函數(shù)的傳遞函數(shù)及建立數(shù)學(xué)模型 - 20 - 4.5 繪制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖并根據(jù)穩(wěn)定性確定開(kāi)環(huán)增益 - 21 - 4.6 求閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬 - 22 - 第五章 結(jié)論與展望

4、- 24 - 5.1 論文總結(jié) - 24 - 5.2 存在問(wèn)題及工作展望 - 24 - 參考文獻(xiàn) - 26 - 對(duì)本課程的意見(jiàn) - 27 - 第一章 緒論 1.1課題研究的背景和意義 1.1.1金屬板材矯直技術(shù)概況 隨著我國(guó)板材生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各廠家日益認(rèn)識(shí)到板形在生產(chǎn)與市場(chǎng)銷(xiāo)售中的重要性。不良板形的外部表現(xiàn)是板材上常見(jiàn)的中心波浪、邊浪、瓢曲、扭曲、鐮刀彎或局部‘鼓包’等。板材的不良板形實(shí)際上在連續(xù)鑄軋過(guò)程中就已經(jīng)產(chǎn)生了，連續(xù)鑄軋的溫度、輥形、壓下、冷卻水溫、水壓等因素都可能在鑄軋板坯中引起不均勻內(nèi)應(yīng)力，而最終導(dǎo)致板形缺陷。若將板帶看作由無(wú)數(shù)條縱向金屬纖維連結(jié)而成的材料，則

5、不良板形材料中內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)，正是因相鄰纖維間存在長(zhǎng)度差之故。由于鄰近纖維間的相互制約，長(zhǎng)纖維受壓應(yīng)力，短纖維受拉應(yīng)力。因此，板帶橫向厚度差與板形有著密切的關(guān)系。橫向厚差大的板帶，一般板形都不好，但因只需幾微米的橫向厚差即可造成明顯的板形缺陷。因此，有些橫向厚差很小的材料，板形也完全有可能不符合要求[1][2]。 隨著民用消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品需求不斷增加，市場(chǎng)對(duì)薄板需求也大幅度提升。而薄板往往加工成卷板，這樣便于材料運(yùn)輸。購(gòu)買(mǎi)卷材替代板材作為原材料，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)卷料按照要求進(jìn)行加工不僅能夠降低原材料的成本，還能提高利用率。而卷板材生產(chǎn)和運(yùn)輸時(shí)易產(chǎn)生彎曲、翹曲、扭曲、波浪形屈曲，這些變形如果得不到及時(shí)有效的矯

6、正，將嚴(yán)重影響著產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量的提高，尤其是本身作為工具的高精密儀器儀表和刀具，它們對(duì)用材平整度要求極其苛刻。 目前，控制手段良好的冷軋機(jī)，在冷軋過(guò)程中能部分的改善不良板形，但卻不可能徹底消除。而有些冷軋機(jī)比較落后，生產(chǎn)過(guò)程完全由人工操作，因此，在改善板形方面存在不少困難。矯直技術(shù)多用于金屬板材加工的后部工序，尤其是精整矯直是從根本上改善板形的最終工序，決定了產(chǎn)、成品的最終質(zhì)量水平[3][4]。 矯直工序由各種矯直機(jī)來(lái)完成，現(xiàn)在正在應(yīng)用的矯直機(jī)按工作原理不同劃分為五大類(lèi): ①?gòu)?fù)彎曲式矯直機(jī)，如壓力矯直機(jī)及輥式矯直機(jī)，他們是靠壓頭或輥?zhàn)釉谕粋€(gè)平面內(nèi)對(duì)工件進(jìn)行反復(fù)壓彎并逐漸減小壓彎量，直到

7、壓彎量與彈復(fù)量相等而變直。 ②旋轉(zhuǎn)彎曲式矯直機(jī)，是工件在塑性彎曲狀態(tài)下以旋轉(zhuǎn)變形方式從大的彎矩區(qū)向小的等彎矩區(qū)過(guò)渡，在走出塑性區(qū)時(shí)彈復(fù)變直。旋轉(zhuǎn)者可以是工件，也可以是變形方位。如常見(jiàn)的斜輥矯直機(jī)，轉(zhuǎn)毅式矯直機(jī)及平動(dòng)式矯直機(jī)。 ③拉伸矯直機(jī)，它依靠拉伸變形把原來(lái)長(zhǎng)短不一的縱向纖維拉成等長(zhǎng)度并進(jìn)入塑性變形后經(jīng)卸載及彈復(fù)而變直，如鉗式拉伸矯直機(jī)及連續(xù)拉伸矯直機(jī)。 ④拉彎矯直機(jī)，他是把拉伸與彎曲變形合成起來(lái)使工件兩個(gè)表層的較大拉伸及全截面的拉伸變形三者不在同一時(shí)間發(fā)生，全斷面各層纖維的彈復(fù)變形也不是同時(shí)發(fā)生的，既防止了板帶的斷裂，又提高了矯直質(zhì)量。 ⑤拉胚矯直機(jī)，它是在拉動(dòng)連鑄胚下行的同時(shí)使鑄

8、胚的弧形彎曲漸伸變直。 對(duì)于1一3mm的金屬薄板，平行多輥矯直機(jī)應(yīng)用最廣，技術(shù)也最成熟。這種矯直機(jī)克服了普通壓力矯直機(jī)斷續(xù)工作的特點(diǎn)，成倍地提高了矯直效率，使矯直工序得以進(jìn)入連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)，而且可以達(dá)到很高的矯直精度。 1.1.2平行多輥薄板矯直機(jī)國(guó)內(nèi)外概況 平行多輥薄板矯直機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展很不平衡，國(guó)內(nèi)基本上還停留在傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)及機(jī)械傳動(dòng)方式，位置精度只有士0.smm，而國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)電液自動(dòng)控制，位置精度已經(jīng)達(dá)到0.lmm，且有良好的人機(jī)界面，便于現(xiàn)場(chǎng)工程師操作。 在中國(guó)銷(xiāo)售高精度薄板矯直機(jī)的海外公司主要有三家，瑞士海莫樂(lè)公司、臺(tái)灣雙郁機(jī)械公司和美國(guó)的IO認(rèn)rA精密工業(yè)公司，后兩家

9、公司矯直機(jī)都作為卷板材加工流水線(xiàn)工序設(shè)備，而瑞士海莫樂(lè)公司作為專(zhuān)業(yè)矯直機(jī)制造公司，性能最好。它采用液壓系統(tǒng)來(lái)控制矯直機(jī)的輥縫，公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑玻璃、精密儀器儀表和工具等領(lǐng)域。這三家的矯直機(jī)都能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(CNC)，而且海莫樂(lè)公司矯直機(jī)能自動(dòng)感應(yīng)壓應(yīng)力，采用雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了智能化，但價(jià)格不扉，一臺(tái)20一30萬(wàn)美金。 國(guó)內(nèi)的情況是:北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所機(jī)器人工程中心開(kāi)發(fā)的一套開(kāi)卷、矯平、剪切、堆垛生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)中，矯平機(jī)能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(CNC)，但矯直機(jī)的間隙調(diào)整由標(biāo)尺指示，并沒(méi)有采用閉環(huán)控制，所以位置控制精度僅有士0.5~。生產(chǎn)制造公司有國(guó)營(yíng)西北機(jī)器廠、富地機(jī)械、山

10、東省淄博市桓臺(tái)齊光鍛壓機(jī)床廠、無(wú)錫梅里精品機(jī)械和湖北重型機(jī)器集團(tuán)，前后輥縫間距全部采用手動(dòng)機(jī)械調(diào)節(jié)，位置精度僅依靠蝸輪控制。所以產(chǎn)品的矯直精度不高，不能應(yīng)用在精矯工序。 由湖北重型集團(tuán)有限公司同華中理工大學(xué)威奇數(shù)控公司合作開(kāi)發(fā)的輥式板材矯直機(jī)系列，經(jīng)過(guò)近年的完善和發(fā)展，在理論上和實(shí)踐上形成了較成熟的體系。 結(jié)構(gòu)上，采用機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)相結(jié)合的方案，并重點(diǎn)加入了液壓墊這一專(zhuān)利技術(shù)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更為緊湊，精度高，噪聲低?？刂品奖?，不僅提供了良好的交互環(huán)境.而且在實(shí)時(shí)性和預(yù)警上也對(duì)液壓、機(jī)械和電氣各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全面管理。整套控制系統(tǒng)由一臺(tái)工控機(jī)和PLC組成，矯直精度也達(dá)到了0.1mm[5]。

11、 1.1.3國(guó)內(nèi)外實(shí)際生產(chǎn)中矯直技術(shù)概況舉例 國(guó)內(nèi)圓鋸片加工工序一般是:材料切割，利用沖床進(jìn)行齒形和穿孔加工，手工焊接，磨床表面加工，熱處理，手工矯直，包裝。因此，國(guó)內(nèi)圓鋸片生產(chǎn)效率低下，質(zhì)量只是中低檔。影響效率的一個(gè)關(guān)鍵因素是矯直工序采用手工方式，而經(jīng)驗(yàn)豐富的矯直高級(jí)技工市場(chǎng)奇缺，這也制約了國(guó)內(nèi)圓鋸片質(zhì)量的提高。圓鋸片最為重要的兩個(gè)參數(shù)是平整度和跳動(dòng)，其測(cè)量方法是圓鋸片不加張力地放置于平臺(tái)上，測(cè)量鋸片的端面跳公差，單面最大公差值為跳動(dòng)，雙面最大公差值為平整度。矯直工序作為最后工序控制這兩個(gè)重要參數(shù)，但國(guó)內(nèi)多數(shù)都是手工敲擊的方式，此種矯直方式不是從機(jī)理方面改善鋸片的性能，反而大范圍的增加了

12、局部殘余應(yīng)力。同時(shí)國(guó)內(nèi)圓鋸片用材質(zhì)量差，材質(zhì)分布不均，沖床加工留下大量局部殘余應(yīng)力，這些因素都影響著圓鋸片的質(zhì)量。 國(guó)外圓鋸片基體制造的加工過(guò)程一般為，對(duì)于高質(zhì)量的鋸片基體: 預(yù)材料的矯直→鋸片基體的切割→鋸片基體的退火→中心孔的加工→鋸片基體的張緊→鋸片基體的矯真→外形加工→鋸片基體的外形加工。而低質(zhì)量的鋸片基體，特別是小規(guī)格的鋸片基體，加工過(guò)程省略了中間環(huán)節(jié)，由鋸片基體的切割后直接進(jìn)行外形加工。 從上面加工過(guò)程可以看出，平面研磨工序基本取消，降低了加工成本。通過(guò)兩道矯直工序，提高了圓鋸片的平整度。通過(guò)高質(zhì)量的軋輥矯直使原材料的狀況得到平衡并達(dá)到較高的平整度。由此而得到的激光切割后的

13、鋸片基體沒(méi)有影響不良的不平衡現(xiàn)象，并為下道工序提供良好的平整度[6]。 最近十年來(lái)國(guó)外圓鋸制造行業(yè)出現(xiàn)了三個(gè)顯著的特點(diǎn):l、專(zhuān)用材料，即冷軋和硬度處理后的初加工材料不斷增加;2、激光切割板材，齒形和穿孔加工，減少材料的延伸;3、手工矯平越來(lái)越為軋輥矯直取代。這三個(gè)方面的發(fā)展為圓鋸片的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)提供了可能性。另外，還有助于圓鋸片的質(zhì)量改善、提高生產(chǎn)靈活性以及迅速適應(yīng)市場(chǎng)需求的能力。 圓鋸片制造工業(yè)近期和較長(zhǎng)時(shí)期發(fā)展趨勢(shì)是: 1、在不妨礙靈活性的情況下，提高生產(chǎn)方式的自動(dòng)化程度; 2、提高加工深度; 3、在大直徑范圍和圓鋸片裝配中采用機(jī)械矯直; 4、改善預(yù)應(yīng)力的施加和測(cè)量。 1.1.4

14、課題研究的提出及意義 通過(guò)對(duì)材料平整工業(yè)的分析，可知平行輥矯直機(jī)在材料加工方面應(yīng)用廣泛，但從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀可以看出，高精度的液壓多輥薄板矯直機(jī)(位置精度0.巧mm以下)國(guó)內(nèi)還相當(dāng)缺乏?；诟邫n鋸片基體(平整度<0.10~，跳動(dòng)<0.05~)實(shí)際生產(chǎn)的需要，研制了高精度液壓矯直機(jī)。本課題以液壓矯直機(jī)的控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，它具有重要的工程意義。 對(duì)于液壓伺服控制系統(tǒng)，有很多先進(jìn)的控制算法，但是大部分都停留在計(jì)算機(jī)仿真階段，真正應(yīng)用在實(shí)踐中并取得良好控制效果的還是以PID為主。本課題利用矯直機(jī)一實(shí)際產(chǎn)品作為研究對(duì)象，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)該矯直機(jī)的位置控制系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析，拓寬了電液伺服控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)

15、其它相關(guān)課題的研究具有一定的參考價(jià)值。 1.2本課題的研究?jī)?nèi)容 液壓矯直機(jī)電液控制系統(tǒng)包括壓下位置控制系統(tǒng)(輥縫控制系統(tǒng))和送料速度控制系統(tǒng)，而送料速度控制系統(tǒng)其精度不作要求，因此本課題研究的重點(diǎn)是液壓矯直機(jī)位置控制系統(tǒng)。前面介紹的海莫樂(lè)公司的矯直機(jī)綜合位置精度達(dá)到0.Ilnm，由于系統(tǒng)本身存在多種不可補(bǔ)償?shù)恼`差因素，所以允許的控制誤差范圍是很小的，尤其在國(guó)內(nèi)機(jī)械加工裝配的條件限制下，要達(dá)到海莫樂(lè)公司矯直機(jī)同樣的精度，就需要對(duì)實(shí)際位置控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，選取合理元件組成系統(tǒng)，并采用最適合實(shí)際位置控制系統(tǒng)的液壓伺服控制策略。 本課題研究的內(nèi)容是高精度液壓矯直機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)，主要包括:

16、 液壓矯直機(jī)的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成 計(jì)算元件的參數(shù)和選型 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 液壓矯直機(jī)的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成 2.1 矯直原理 液壓矯直機(jī)矯直原理：金屬材料不管其原始彎曲程度有多大差別，但是在較大彈塑性彎曲條件下，其在彈性回復(fù)后殘余彎曲程度差別會(huì)明顯減小，甚至?xí)呄蛞恢?。隨著壓彎程度的降低，殘余彎曲會(huì)趨于零值，從而達(dá)到矯直目的。輥式矯直機(jī)的工作原理就是：在矯直輥壓下力的作用下，使板帶材發(fā)生彈塑性變形，當(dāng)消除矯直力，板帶材彈復(fù)后，一部分的原始曲率減少了。剩余的曲率則作為下一個(gè)矯直輥的原始曲率，經(jīng)過(guò)多個(gè)矯直輥的作用，剩余曲率逐漸減小、最后使板帶趨于平直[18]。由于鋼板中性層

17、的金屬不發(fā)生屈服變形，因此整個(gè)鋼板不可能產(chǎn)生固定的延伸。當(dāng)鋼板在寬度方向上某些區(qū)域以一個(gè)較小的半徑發(fā)生彎曲時(shí)，就會(huì)使長(zhǎng)度較短或繃得較緊的部分延伸，如圖2.1所示。這些地方的延伸僅限于鋼帶外層金屬，也是和拉伸矯直的不同之處，最終鋼板達(dá)到較高的平直度，形成的殘余應(yīng)力可以在進(jìn)一步彎曲或剪切時(shí)被消除[19]。 圖2.1 方鋼坯連鑄機(jī)工作示意圖 2.2液壓矯直機(jī)的設(shè)備機(jī)構(gòu)及用途概述 液壓矯直機(jī)由矯直機(jī)本體、換輥裝置、主傳動(dòng)裝置三大部分組成。 2.2.1矯直機(jī)本體 矯直機(jī)本體由預(yù)應(yīng)力機(jī)架、液壓壓下裝置、平衡裝置、輥系、接軸托架裝置、機(jī)架輥裝置、液壓彈簧卡緊裝置、平臺(tái)及梯子等部分組成。主體的機(jī)

18、械機(jī)構(gòu)如圖2.2所示。 圖2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu) （1）預(yù)應(yīng)力機(jī)架 機(jī)架采用預(yù)應(yīng)力框架焊接結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)上橫梁、兩個(gè)中間框架、底座、四根預(yù)緊螺桿、八個(gè)螺母（四個(gè)液壓螺母）組成。機(jī)架的裝配是通過(guò)超高壓油泵給壓力油，使四個(gè)拉緊螺桿受拉產(chǎn)生伸長(zhǎng)，通過(guò)墊片填充液壓螺母與上部橫梁之間的空隙，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)架的組裝和預(yù)緊。在矯正時(shí)可抵消機(jī)架的變形量。具有機(jī)架的剛度系數(shù)要比普通機(jī)架的剛度系統(tǒng)大、重量輕、加工和安裝運(yùn)輸比較方便等特點(diǎn)。 （2）液壓壓下裝置 液壓壓下裝置采用四個(gè)帶位移傳感器的液壓缸實(shí)現(xiàn)壓下、抬起動(dòng)作。 壓下機(jī)構(gòu)的作用是用于調(diào)整上排矯直輥位置，達(dá)到矯直不同厚度鋼板輥縫的調(diào)整要求；通過(guò)入口側(cè)兩壓

19、下缸和出口側(cè)兩壓下缸的單獨(dú)和同步調(diào)整，實(shí)現(xiàn)上輥系沿矯直方向向前或向后傾動(dòng)及整體平行上下移動(dòng)，同時(shí)通過(guò)左右兩側(cè)壓下缸的單獨(dú)調(diào)整實(shí)現(xiàn)輥系的左右傾動(dòng)功能。傾動(dòng)可在過(guò)鋼或非過(guò)鋼下進(jìn)行。通過(guò)壓下缸位移傳感器顯示矯直輥的開(kāi)口度大小以及傾動(dòng)量[21][22]。 壓下裝置還帶有彎輥機(jī)構(gòu)，由兩個(gè)上壓力框架通過(guò)三個(gè)聯(lián)接軸、推力架和彎輥缸組成，可以實(shí)現(xiàn)上矯直輥的預(yù)彎。 壓下裝置的另一個(gè)作用是實(shí)現(xiàn)快速松卡功能。在正常工作時(shí)，壓下缸充滿(mǎn)壓力，此時(shí)，單向閥關(guān)閉，油路是鎖死的。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，由電接點(diǎn)壓力表自動(dòng)給出信號(hào)或人工給出信號(hào)，打開(kāi)單向閥卸油，使壓下缸快速抬升[23]。在平衡裝置的作用下，矯直輥上抬，這樣可以迅速處

20、理卡住的鋼板，同時(shí)可以起到保護(hù)設(shè)備的功能。 （3）平衡裝置 平衡裝置是由固定在機(jī)架上的四個(gè)液壓平衡缸組成。 平衡裝置的作用是平衡上輥系和上壓力框架裝置的重量，使上輥系和上壓力框架跟隨壓下缸一同上下移動(dòng)，并消除壓下缸與上壓力框架在矯直力方向上的間隙。 （4）輥系 輥系由矯直輥、支承輥、上、下輥盒等組成，輥系結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。 圖2.3 棍系結(jié)構(gòu)圖 為提高邊輥的剛度，在邊輥下設(shè)置了支承輥，并增設(shè)了邊輥升降裝置，用以調(diào)整邊輥升降量。 ① 矯直輥 上下矯直輥裝置是進(jìn)行板材矯正的主要部件，上下矯直輥交錯(cuò)排列，上矯直輥軸承座固定在上輥盒上。下矯直輥的軸承座固定在機(jī)架窗口的下輥盒上。矯

21、直輥材質(zhì)為60CrMoV，輥身表面硬度HS78～83（HRC58～61）,輥面具有硬度高、良好的耐磨性等特點(diǎn)，并且加工精度和表面光潔度高，提高了被矯鋼板的表面質(zhì)量。軸承采用雙列向心球面滾子軸承（SKF、FAG），軸承潤(rùn)滑采用油氣潤(rùn)滑[24]。上、下矯直輥及邊輥采用中空通冷卻水冷卻（內(nèi)冷方式）。 ② 支承輥 邊輥設(shè)有3根支承輥，其余九根矯直輥每根輥下面（上面）均設(shè)有6根（6排）支承輥；并通過(guò)錯(cuò)位板，使支承輥軸線(xiàn)與矯直輥軸線(xiàn)錯(cuò)位，呈交錯(cuò)布置形式，增加了工作輥的穩(wěn)定性。 支承輥輥身表面硬度HS70～75（HRC53～56），支承輥軸承采用高承載能力的雙列球面滾子軸承（SKF、FAG），軸承潤(rùn)

22、滑采用油氣潤(rùn)滑[25]。 ③ 上輥系 上輥系設(shè)有上輥盒、上支承輥裝置和上矯直輥裝置等。在工作時(shí)，該裝置通過(guò)液壓卡緊裝置（連桿機(jī)構(gòu)）使其與上壓力框架緊緊連成一體，矯直力由上壓力框架傳遞到壓下裝置上。上輥盒底部開(kāi)有多個(gè)孔，以便迅速帶走鋼板上方的熱氣流，降低支承輥軸承座的溫度。換輥時(shí)，通過(guò)液壓卡緊裝置使上輥系與上壓力框架快速脫開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)上、下輥系的整體快速換輥。 ④ 下輥系 下輥系設(shè)有下支承輥裝置、下矯直輥裝置、邊輥裝置等。在工作時(shí)，該裝置座落在機(jī)架底座上，并由銷(xiāo)子定位。矯直力通過(guò)下輥系傳遞到機(jī)架上。下輥盒與機(jī)架底座上對(duì)應(yīng)開(kāi)有多個(gè)矩形孔，以利于矯直過(guò)程中脫落的氧化鐵皮順利地落入地溝。 （5

23、）邊輥調(diào)整裝置 邊輥調(diào)整裝置布置在下機(jī)架上，由液壓馬達(dá)、同步軸、螺旋千斤頂組成。通過(guò)邊輥調(diào)整裝置可以實(shí)現(xiàn)邊輥的單獨(dú)垂直調(diào)整。邊輥調(diào)整量通過(guò)編碼器傳遞信號(hào)顯示。并通過(guò)限位開(kāi)關(guān)控制其行程極限位置。 （6）接軸托架裝置 接軸托架裝置是由托架、油缸、液壓馬達(dá)、同步軸、螺旋升降機(jī)等組成。它能保證在換輥時(shí)舊矯直輥抽出后，所有的萬(wàn)向接軸得到固定，并保證新輥推入矯直機(jī)時(shí)，順利地整體插入萬(wàn)向接軸。 （7）液壓卡緊裝置 液壓卡緊裝置固定在壓力框架上，由液壓缸和連桿機(jī)構(gòu)等組成。液壓卡緊裝置在更換輥系時(shí)可快速脫開(kāi)和卡緊，操作簡(jiǎn)單可靠、方便，為快速換輥節(jié)省了輔助時(shí)間。 （8）機(jī)架輥裝置 機(jī)架輥裝置位于機(jī)架

24、進(jìn)口和出口側(cè)，布置在矯直輥與輥道之間。由兩臺(tái)減速電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，用于連接輥道和矯直機(jī)，順利導(dǎo)入、導(dǎo)出鋼板。傳動(dòng)箱采用油池潤(rùn)滑。 （9）左右側(cè)導(dǎo)板 左右側(cè)導(dǎo)板用于保護(hù)機(jī)架，輔助導(dǎo)入導(dǎo)出鋼板。 （10）平臺(tái)、梯子 在矯直機(jī)本體上，安裝有檢修操作平臺(tái)和斜梯。平臺(tái)、梯子可以為矯直機(jī)檢修、安裝提供工作空間。 2.2.2換輥裝置 為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線(xiàn)的輥系快速更換，非傳動(dòng)側(cè)安裝有快速換輥裝置。包括萬(wàn)向接軸夾緊和機(jī)外換輥裝置。萬(wàn)向接軸夾緊采用液壓缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；機(jī)外換輥采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪鏈條實(shí)現(xiàn)輥系的整體移動(dòng)，換輥重量約為90t，最大單體起吊重量按50t考慮?？刂葡到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和點(diǎn)動(dòng)切換。 2.2.3主傳

25、動(dòng)裝置 主傳動(dòng)部分由主電機(jī)、安全聯(lián)軸器、減速機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪機(jī)座及萬(wàn)向接軸等組成。傳動(dòng)系統(tǒng)由兩臺(tái)650kW交流變頻電機(jī)通過(guò)安全聯(lián)軸器→減速機(jī)→聯(lián)軸器→齒輪機(jī)座→萬(wàn)向接軸→矯直輥裝置，使設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行。 齒輪機(jī)座和減速機(jī)內(nèi)部齒形采用漸開(kāi)線(xiàn)硬齒面齒形，齒形淬火后進(jìn)行磨齒，其優(yōu)點(diǎn)是傳遞力矩大，使用壽命長(zhǎng)。同時(shí)采用獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)潤(rùn)滑站潤(rùn)滑，電控部分與其有聯(lián)鎖信號(hào)，只有在有稀油潤(rùn)滑的前提條件下設(shè)備才能啟動(dòng)工作，防止齒輪機(jī)座和減速機(jī)在無(wú)潤(rùn)滑的情況下工作[26]。 為了讓矯直輥軸頭能準(zhǔn)確方便地插入萬(wàn)向接軸，矯直輥端部和萬(wàn)向接軸頭部采用內(nèi)外漸開(kāi)線(xiàn)花鍵的結(jié)構(gòu)形式。接軸采用十字型萬(wàn)向接軸，接軸的一端與矯直輥傳動(dòng)端

26、相連，另一端與齒輪機(jī)座相連。 2.3液壓矯直機(jī)的液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)備 矯直機(jī)液壓伺服控制系統(tǒng)主要有液壓泵、AGC液壓缸及液壓伺服閥臺(tái)組成。 2.3.1液壓泵站 液壓站由主泵裝置（軸向變量柱塞泵裝置）、循環(huán)泵裝置、蓄能器及蓄能器安全閥組、油箱及附件組成。主泵裝置有四臺(tái)，其中三臺(tái)工作一臺(tái)備用（可互換）。油箱結(jié)構(gòu)采用不銹鋼焊接方型油箱，鋼管（無(wú)縫鋼管）、管件、法蘭和接頭材質(zhì)為不銹鋼，管路采用焊接方式，在需檢修的地方采用法蘭接頭連接。工作介質(zhì)為N46抗磨液壓油。過(guò)濾精度5μm，系統(tǒng)油液清潔度NAS5級(jí)[27]。主循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)油泵選擇seim產(chǎn)品，一用一備；站內(nèi)配備溫度、壓力等檢測(cè)元件，能自動(dòng)調(diào)

27、節(jié)站內(nèi)溫度。液壓站油箱其上設(shè)有液位、液溫等控制檢測(cè)儀表。如圖2.4所示為以泵和閥為主的液壓柜。 圖2.4 液壓站 2.3.2主AGC液壓缸 矯直機(jī)液壓伺服系統(tǒng)中采用的是四個(gè)帶位移傳感器的液壓缸。位移傳感器為MTS磁尺，分辨率為0.002mm，數(shù)量4個(gè)；壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量矯直力，矯直力測(cè)量精度0.3%，數(shù)量8個(gè)。 2.3.3液壓伺服閥臺(tái) 液壓伺服閥臺(tái)主要包含電液伺服閥、電磁換向閥、電磁溢流閥、減壓閥、插裝閥、閥前過(guò)濾器、蓄能器以及單向閥等。 2.4液壓矯直機(jī)電氣控制系統(tǒng) 2.4.1電氣控制系統(tǒng)的方案 矯直機(jī)主傳動(dòng)采用交流變頻調(diào)速,其中主傳動(dòng)2臺(tái)變頻器分別控制兩臺(tái)主電機(jī)運(yùn)行，控制

28、方式采用由光電編碼器反饋的閉環(huán)速度控制。主機(jī)傳動(dòng)既可手動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)速度匹配和自動(dòng)運(yùn)行。主傳動(dòng)和壓下、換輥設(shè)有聯(lián)鎖控制。 PLC可編程序控制器作為基礎(chǔ)自動(dòng)化控制的核心，主要完成主傳動(dòng)、壓下、更換輥系及液壓、稀油、油氣、干油泵站的邏輯控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算及PROFIBUS-DP數(shù)據(jù)交換，矯直機(jī)本體的操作、控制[28]。 2.4.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能 控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-400系列PLC來(lái)完成矯直機(jī)各種邏輯控制，與其它PLC之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，與ET200之間的通訊采用profibus DP網(wǎng)絡(luò)[29]。 矯直機(jī)邏輯控制分為生產(chǎn)狀態(tài)控制和維護(hù)狀態(tài)控制：1）生產(chǎn)狀態(tài)控制有自動(dòng)控制、半自

29、動(dòng)控制和手動(dòng)控制三種控制模式；2）維護(hù)狀態(tài)控制主要指換輥邏輯控制，其中也包括通過(guò)各現(xiàn)場(chǎng)就地操作箱等設(shè)備進(jìn)行控制。 自動(dòng)控制主要是矯直機(jī)電氣系統(tǒng)的邏輯控制，包括各機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)作的位置控制，液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的邏輯控制，系統(tǒng)參數(shù)和工藝參數(shù)的顯示和系統(tǒng)故障報(bào)警等控制功能。 半自動(dòng)控制是某些關(guān)鍵環(huán)節(jié)在人工確認(rèn)下自動(dòng)運(yùn)行。 手動(dòng)控制是利用手動(dòng)操縱桿和人機(jī)界面，通過(guò)PLC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)的生產(chǎn)和維護(hù)。 2.5本章小結(jié) 本章首先介紹了液壓矯直機(jī)的工作原理、壓下方案以及矯直機(jī)液壓AGC的特點(diǎn)，然后分析了液壓矯直機(jī)的設(shè)備機(jī)構(gòu)、液壓伺服控制系統(tǒng)設(shè)備及電氣控制系統(tǒng)，從而得到液壓矯直機(jī)液壓系統(tǒng)和電器控制元件組

30、合連接，液壓壓下控制系統(tǒng)中各元件協(xié)同工作的方式，及各元件的精度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作精度的影響。 第三章計(jì)算元件的參數(shù)和選型 3.1選擇系統(tǒng)供油壓力 壓力的選擇要根據(jù)載荷大小和設(shè)備類(lèi)型而定。還要考慮執(zhí)行元件的裝配空間、經(jīng)濟(jì)條件及元件供應(yīng)情況等的限制。在載荷一定的情況下，工作壓力低，勢(shì)必要加大執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)某些設(shè)備來(lái)說(shuō)，尺寸要受到限制，從材料消耗角度看出不經(jīng)濟(jì)；反之，壓力選得太高，對(duì)泵、缸、閥等元件的材質(zhì)、密封、制造精度也要求很高，必然要提高設(shè)備成本。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于固定的尺寸不太受限的設(shè)備，壓力可以選低一些，行走機(jī)械重載設(shè)備壓力要選得高一些。 表3.1 幾類(lèi)機(jī)器常用系統(tǒng)壓

31、力 設(shè)備類(lèi)型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門(mén)刨床 拉床 系統(tǒng)壓力（MPa） 0.8~2 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32 參考表3.1，選取此系統(tǒng)壓力=20MPa。 本次設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)如表3.2所示： 數(shù) 參 據(jù) 數(shù) 數(shù) 據(jù) IV 最大校直力（kN） 950 調(diào)節(jié)行程（mm） 400 最大調(diào)節(jié)速度（mm/s） 50 系統(tǒng)頻寬f0.7（Hz） 9 校直精度（mm） 1.5 3.2求液壓缸相關(guān)參數(shù) 由已知數(shù)據(jù)最大校直力，則最大負(fù)載力= 工程上常

32、用近似計(jì)算的方法確定執(zhí)行元件的主要規(guī)格尺寸和比例閥空載流量，按最大負(fù)載力確定執(zhí)行元件的規(guī)格尺寸，并限定比例閥的負(fù)載壓力，則液壓缸的有效面積為 由液壓缸有效面積計(jì)算出液壓缸的內(nèi)徑D=301.27mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸內(nèi)徑尺寸系列，選擇D=320mm。則液壓缸的有效面積為。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第4卷活塞桿直徑計(jì)算可知：活塞桿是液壓缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和振動(dòng)沖擊等多種作用力，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版第4卷活塞桿的計(jì)算表17-6-16，如圖3.1： 圖3.1 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，速比為2可得活塞桿直徑 已知調(diào)節(jié)行程，選用對(duì)校直

33、機(jī)液壓缸的工作環(huán)境分析可知：選擇常溫缸（-35°~100°），對(duì)其安裝方式選擇頭法蘭固定式（TF）。分析選取液壓缸頭法蘭固定方式的UY系列液壓缸技術(shù)參數(shù)表21-6-45可知，選取長(zhǎng)度為 圖3.2 對(duì)上述參數(shù)的計(jì)算可以對(duì)方坯校直機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓缸進(jìn)行選型，其具體型號(hào)：UY TF 11 320-900-400-16選擇其安裝方式選擇頭部法蘭固定式，對(duì)已選取的方坯校直機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓缸進(jìn)行具體參數(shù)、外形及安裝尺寸方面分析如下： （1）液壓補(bǔ)償缸參數(shù)（表3.2）： 表3.2 液壓補(bǔ)償缸參數(shù) 液壓缸直徑D/mm 活塞桿直徑d/mm 活塞面積

34、/ 桿端承受面積/ 速比/ 工作壓力 21Mpa 推力/KN 拉力/KN 320 220 804.25 424.13 2 1688.92 890.67 （2）液壓缸外形（圖3.3）： 圖3.3 頭法蘭固定式（TF）液壓缸外形尺寸 （3）液壓缸外形尺寸（圖3.4）： 圖3.4 液壓缸外形尺寸 3.3確定伺服閥規(guī)格 動(dòng)力元件能給出的最大速度為50mm/s，則伺服閥最大空載流量為 式中 ——負(fù)載最大速度 ——活塞桿腔有效面積 所以由已知的供油壓力和電液伺服閥空載流量 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版第4卷

35、,選取伺服閥為MOOG系列的，型號(hào)為：35 具體參數(shù)如下表 表3.3伺服閥參數(shù)表 額定流量 170 額定電流 40mA 額定供油壓力 21 供油壓力范圍 1～28 線(xiàn)圈電阻 80 滯環(huán) <3 壓力增益 >30 工作介質(zhì) MIL-H-6083 工作溫度 -4～135°C 重量 0.50㎏ 3.4 液壓泵計(jì)算及選型液壓泵的選擇 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命，一般在固定設(shè)備中，正常工作壓力為泵的額定壓力的80%；要求工作可靠性較高的系統(tǒng)或移動(dòng)的設(shè)備，系統(tǒng)正常工作壓力為泵的額定壓力的60%~70%。 分析可選取泵的額定壓力為

36、：。 對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5卷表21-5-4 各類(lèi)液壓泵的主要技術(shù)參數(shù)分析，（如圖3.5所示）： 圖3.5 各類(lèi)液壓泵的主要技術(shù)參數(shù) 對(duì)液壓泵的選擇選取雙作用葉片泵，其壓力范圍為：6.3~32Mpa，滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。 液壓補(bǔ)償缸的活塞有效面積S=804.25。通過(guò)對(duì)于液壓系統(tǒng)的最大負(fù)載速度進(jìn)行分析，由于液壓缸采用的結(jié)構(gòu)模式，其單位時(shí)間內(nèi)下降速度取 ，可以得到液壓缸單位時(shí)間排量： 即液壓泵應(yīng)向液壓缸提供的最大流量為120.6L/min，若回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10%計(jì)算，則泵的流量應(yīng)為 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后確定選取PFE-52110型柱

37、銷(xiāo)式葉片泵。其圖3.6所示： 圖3.6 單泵PFE*2系列技術(shù)參數(shù) 若取液壓泵的容積效率，則當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速1800r/min時(shí)，液壓泵的實(shí)際輸出流量為： 3.5 電動(dòng)機(jī)計(jì)算及選型 液壓泵的工作壓力為25Mpa，流量為149.0L/min。取泵的總效率為，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為： 有機(jī)械手冊(cè)（JB/T 7840—2005）查得選 YZRW系列機(jī)座型號(hào)280M電機(jī)。如圖3.7 圖3.7 3.6油管的計(jì)算 3.6.1直徑的計(jì)算 油管內(nèi)徑主要由油液的速度確定，直徑小、流速高、壓力損失大，甚至產(chǎn)生噪聲；直徑大，占用空間大，機(jī)器重量增加，因此要合理選用管內(nèi)徑。

38、 式中 液體流量 按推薦值選，取 3.6.2壁厚的計(jì)算 受拉伸接薄壁筒公式計(jì)算壁厚 （6.2） 式中 ——工作壓力 ——許用應(yīng)力，鋼管： ——抗拉強(qiáng)度，選用45＃鋼，所以 ——安全系數(shù)，此處， 所以 考慮到連接時(shí)螺紋對(duì)強(qiáng)度的削弱，選擇管壁適當(dāng)增大。 所以選擇鋼管外徑為：；此時(shí)壁厚為：；管接頭連接螺紋為： 3.7油箱計(jì)算及選型 3.7.1油箱的選型 油箱有效容量一般為泵每分鐘流量的3-7倍。對(duì)于固定設(shè)

39、備，空間、面積不受限制的設(shè)備，應(yīng)采用較大的容量。如冶金機(jī)械液壓系統(tǒng)的油箱容量通常取為每分鐘流量的7-10倍，鍛壓機(jī)械的油箱容量通常取為每分鐘流量的6-12倍。 綜合上述條件，采用最大工作原理計(jì)算，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)見(jiàn)圖3.8可選規(guī)格為1500L的不帶支撐腳的矩形油箱。 可選取如下規(guī)格為1500的油箱： 圖3.8不帶支撐腳的矩形油箱 油箱的外形如下圖所示： 圖3.9 油箱的外形 3.7.2 熱平衡計(jì)算 功率的最大損失為液壓泵的全部流量直接回油箱，此時(shí)功率損失為 油箱尺寸的長(zhǎng)、寬、高之比為（1:

40、1:1）~（1:2:3）之間，油面高度達(dá)到油箱高度的0.8，油箱靠自然冷卻使系統(tǒng)在允許溫度以下，則油箱散熱面積為： 式中：V—油箱的有效體積，m3 則散熱面積 因?yàn)橛拖渲杏鸵旱臏囟纫话銥?0~50℃,最高不超過(guò)65℃。由公式可得 式中：—傳熱系數(shù) —由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定的溫度范圍，取40k —取室溫24k 由此可知必須得選冷卻器。 由上面算得的傳熱系數(shù)，選取水冷式冷卻器。型號(hào)選4FQFW3,參數(shù)如表3.4。 型號(hào) 4FQFW3 換熱面積/ 1.3~5.3 傳熱系數(shù)/ 523~580 設(shè)計(jì)溫度

41、/ 80 工作介質(zhì)壓力/MPa 1.6 冷卻介質(zhì)壓力/MPa 0.4 油側(cè)壓力降/MPa <0.1 介質(zhì)粘度/ 10~50 表3.4 4FQFW3型冷卻器的主要參數(shù) 3.8壓力傳感器選型 選擇上海奧博生產(chǎn)的AOB型傳感器 技術(shù)參數(shù) l、量程：25MPa 2、使用介質(zhì)：流體(氣體或液體)壓力 　　 3、輸出信號(hào)：4~20mADC(三線(xiàn)制) 4、電源：15~30VDC 5、過(guò)載：標(biāo)準(zhǔn)量程的150％ 6、工作溫度：-10℃~+60℃ 7、精度等級(jí)：0.5，0.3 8、殼體材料：不銹鋼361L 長(zhǎng)期穩(wěn)定性：<0.2％FS/年

42、 第四章 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 擬定系統(tǒng)原理圖 因?yàn)槭橇叵到y(tǒng)，而且要隨動(dòng)控制，控制精度要求高，所以選擇閉環(huán)控制，響應(yīng)要快所以選擇閥控，由輸入信號(hào)和反饋信號(hào)可知是電液伺服，綜上所述系統(tǒng)方塊原理圖如圖4.1所示。 圖4.1 4.2電液伺服閥傳遞函數(shù) 供油壓力時(shí)，閥的空載流量。電液伺服流量增益為 由樣本查得電液伺服閥固有頻率，阻尼比。于是比例閥的傳遞函數(shù)為 4.3液壓缸傳遞函數(shù) 取總壓縮容積為： 式中，3.5是考慮無(wú)效容積的系數(shù)。 取伺服閥的流量-壓力系數(shù)為，忽略液壓缸泄

43、露，則，取 液壓缸-負(fù)載環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 式中——負(fù)載的固有頻率。 ——液壓彈簧與負(fù)載彈簧串聯(lián)偶合的剛度與阻尼系數(shù)之比， ——液壓彈簧與負(fù)載彈簧并聯(lián)偶合的剛度與負(fù)載質(zhì)量形成的固有頻率 ——阻尼比，取0.2 帶入數(shù)據(jù)得傳遞函數(shù)為： 通過(guò)以上確定的傳遞函數(shù)，可畫(huà)出方坯校直機(jī)系統(tǒng)的方框圖，如下+ K2 F — 圖4.2 4.4 確定閉環(huán)函數(shù)的傳遞函數(shù)及建立數(shù)學(xué)模型 通過(guò)以上對(duì)于各環(huán)節(jié)的計(jì)算可以確定閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞

44、函數(shù)，并建立方坯矯直機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下： 由以上各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)計(jì)算得出結(jié)果，，和聯(lián)合計(jì)算得： 化簡(jiǎn)得： 4.5 繪制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖并根據(jù)穩(wěn)定性確定開(kāi)環(huán)增益 對(duì)校直機(jī)系統(tǒng)繪制閉環(huán)伯德圖，通過(guò)Matlab軟件用頻率法判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由方塊圖4.2繪制=1時(shí)的開(kāi)環(huán)伯德圖，見(jiàn)圖4.3。然后通過(guò)將圖中零分貝線(xiàn)下移至某一點(diǎn)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定性的條件： 圖4.3 當(dāng)=1時(shí)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖 為達(dá)到滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要條件：相角穩(wěn)定裕度=50°，通過(guò)Matlab軟件繪制出bode圖用頻率法分析得到圖4.4，可知滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件。計(jì)算出頻域指標(biāo)：幅值裕度=12.12dB；穿

45、越頻率=12.7rad/s；剪切頻率=5.85rad/s。此時(shí)系統(tǒng)增益裕量=9.44dB，開(kāi)環(huán)增益=12 圖4.4 當(dāng)=6時(shí)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)伯德圖 由圖4.3分析得系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益： 所以放大器增益為： 4.6 求閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬 由系統(tǒng)傳遞函數(shù)的開(kāi)環(huán)伯德圖，通過(guò)尼柯?tīng)査箞D可以求得系統(tǒng)的閉環(huán)伯德圖，如圖4.5所示，由該圖可得到閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬。通過(guò)圖形曲線(xiàn)處理分析求得系統(tǒng)的截止頻率，具體處理方式如下：對(duì)幅頻特性的數(shù)值由零頻幅值下降3dB時(shí)的頻率稱(chēng)為系統(tǒng)的截止頻率。故得到該閉環(huán)系統(tǒng)的頻寬為 總結(jié)：滿(mǎn)足系統(tǒng)參數(shù)要求。 圖4.5矯直機(jī)傳遞函數(shù)閉環(huán)bode圖

46、 第五章 結(jié)論與展望 5.1 論文總結(jié) 液壓矯直機(jī)電液控制系統(tǒng)包括壓下位置控制系統(tǒng)(輥縫控制系統(tǒng))和送料速度控制系統(tǒng)，而送料速度控制系統(tǒng)其精度不作要求，因此本課題研究的重點(diǎn)是液壓矯直機(jī)位置控制系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括 （1） 矯直機(jī)主要控制參數(shù)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與應(yīng)用中的簡(jiǎn)化。 （2） 液壓伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和控制框圖。 （3） 對(duì)矯直機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。 （4） 可編程序控制器PLC程序的編寫(xiě)。 （5） 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行比較。 考慮到矯直機(jī)對(duì)速度要求只是O一18m/min可調(diào)，而對(duì)速度控制的精度不

47、作要求，所以速度控制只采用電液比例開(kāi)環(huán)控制。為了得到理想的矯直效果，對(duì)矯直機(jī)的位置控制精度要求較高，位置控制誤差必須小于0.lmm，位置控制系統(tǒng)采用液壓伺服閉環(huán)控制。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后發(fā)現(xiàn)，矯直機(jī)是一個(gè)五階I型的控制系統(tǒng)，而I型系統(tǒng)對(duì)于階躍信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，而且系統(tǒng)對(duì)于階躍的響應(yīng)沒(méi)有超調(diào)，因此實(shí)際系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)性最好的P控制器。經(jīng)過(guò)實(shí)際的輥縫數(shù)據(jù)采集，本套系統(tǒng)能滿(mǎn)足o.lmm的位置精度要求。因?yàn)槌C直機(jī)工作在輥縫達(dá)到穩(wěn)態(tài)值之后，而且由實(shí)際采集數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)控制左前輥縫和控制右前輥縫的液壓系統(tǒng)有很好的同步度，所以不需要再加另外的同步算法[10]。 查閱的大量文獻(xiàn)資料表明，材料平整和具體的圓鋸片加工迫切需求高

48、精度軋輥矯直技術(shù)，但國(guó)內(nèi)矯直機(jī)技術(shù)相比國(guó)外存在很大差距，尤其高精度矯直機(jī)國(guó)內(nèi)很缺乏，本課題選題一個(gè)非常重要的意義就在于實(shí)現(xiàn)這一產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力。本課題研究?jī)?nèi)容的重點(diǎn)是，液壓矯直機(jī)控制系統(tǒng)中的高精度位置控制。從液壓位置伺服控制策略的現(xiàn)狀和發(fā)展分析可以發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的先進(jìn)控制策略在液壓伺服控制系統(tǒng)中都得到應(yīng)用，例如PID控制、智能控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制和非線(xiàn)性控制，在液壓系統(tǒng)都取得成功應(yīng)用。 本套板材矯直裝置采用平行多輥線(xiàn)性遞減矯直法，整體結(jié)構(gòu)包括機(jī)械、液壓和控制三個(gè)部分。輥縫控制采用液壓閉環(huán)伺服控制，速度系統(tǒng)采用液壓開(kāi)環(huán)比例控制，電液控制系統(tǒng)可分為液壓傳動(dòng)部分和電氣控制部

49、分。 把實(shí)測(cè)的前輥縫值利用MATLAB進(jìn)行插值擬合，就得到了實(shí)際前輥縫的響應(yīng)曲線(xiàn)，與仿真曲線(xiàn)比較發(fā)現(xiàn)，仿真控制模型比較好地模擬了實(shí)際控制系統(tǒng)，理論對(duì)實(shí)際很好地起了指導(dǎo)作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了兩者之間存在的差異。 5.2 存在問(wèn)題及工作展望 液壓矯直機(jī)電液控制系統(tǒng)融合了機(jī)械、電子、液壓以及控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，是一個(gè)典型的高精度位置伺服控制問(wèn)題，但由于作者知識(shí)水平、時(shí)間和條件的限制，仍有許多工作沒(méi)能開(kāi)展。 液壓矯直機(jī)對(duì)圓鋸片矯直，需要把鋸片來(lái)回兩次錯(cuò)角90度才能夠矯直，而且合格比例也并非100%[11]。其中兩個(gè)重要的原因是，一是矯直前圓鋸片板形存在較大的差異，二是對(duì)于不同厚度的鋸片，矯直力的

50、幅值波動(dòng)很大。因此，研究如何自動(dòng)檢測(cè)矯直前鋸片板形和定量估算矯直力顯得相當(dāng)必要。 同樣厚度的圓鋸片，若材料不同，則各個(gè)位置的設(shè)定值也不同，而這些值還需要根據(jù)一些材料參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)計(jì)算。因此，可以考慮把各種材料參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)值存入計(jì)算機(jī)或者控制器數(shù)據(jù)庫(kù)，讓計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行設(shè)定值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)的全自動(dòng)智能控制。 本位置控制系統(tǒng)位置精度高，這得益于系統(tǒng)中采用了線(xiàn)性度好的比例伺服閥，但其價(jià)格比較高，以后可以嘗試采用性能差一點(diǎn)的比例閥，采用先進(jìn)控制策略使控制精度達(dá)到同樣的水準(zhǔn)，這有利于降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

51、 參考文獻(xiàn) [1] 崔甫.《矯直原理與矯直機(jī)械》.北京:冶金工業(yè)出版社，2002年7月 [2] 崔甫，施東成.矯直機(jī)壓彎量計(jì)算法的探討.冶金設(shè)備，1999年 [3] 張鐵.板帶平直度的意義與度量.輕合金加工技術(shù).1997，25(l) [4] [日]高橋，亮一等.熱連軋中的板帶平直度和斷面形狀控制.寶鋼情報(bào)，1990，l [5] 張長(zhǎng)豐，熊曉紅等.輥式板材轎直機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)與工藝分析研究.鍛壓技術(shù)，2001，l [6] EricTheis著，楊連發(fā)譯.何時(shí)對(duì)材料矯平最理想.國(guó)外金屬加工.2001，3 [7] 章宏甲，黃誼.液壓傳動(dòng).北京:機(jī)械工業(yè)出版

52、社，1992 [8] 陳德池.傳感器及其應(yīng)用.北京:中國(guó)鐵道出版社，1993 [9] 王春行.《液壓控制系統(tǒng)》，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.5 [10] 葉恒，矯直機(jī)控制系統(tǒng)的研究，浙江：浙江大學(xué)，2004.2 [11] 劉彩玲, 大方坯連鑄機(jī)關(guān)鍵技術(shù), 重型機(jī)械,2006.2.8 [12] 魏端勛，1000t油壓校直機(jī)液壓系統(tǒng)，甘肅科技，2007年9月，第23卷 第9期 [13] 劉江濤，矯直機(jī)液壓位置伺服系統(tǒng)的研究，微計(jì)算機(jī)信息，2008 年，第2 4 卷第2 -1 期 [14] 陶維瑛，連續(xù)矯直及其拉矯機(jī)的研究與應(yīng)用，四川冶金，2001年，第5期 [15] 王效崗

53、，新式中厚板矯直機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，山西冶金，2006 年，第2 期 [16] 李駿，壓力校直工藝?yán)碚撗芯康默F(xiàn)狀與展望，機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2004年8月，第20卷第4期 [17] 張泳，液壓伺服控制技術(shù)在校直機(jī)上的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，工程與試驗(yàn)，2009年，第2期 [18] 單淑梅，液壓自動(dòng)校直機(jī)的應(yīng)用與研究，材料·工藝·設(shè)備，1998年，第11期 [19] 莊樹(shù)明，自動(dòng)校直機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展，工程與試驗(yàn)，2009年，第1期 [20] 成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版第五卷，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008年3月 對(duì)本課程的意見(jiàn) 通過(guò)幾天的努力，終于做完了，我感覺(jué)本門(mén)課是對(duì)我們機(jī)

54、電與液壓學(xué)生一次考驗(yàn)，并且對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)也算是一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)考察了機(jī)電與液壓知識(shí)，讓我們更深一步掌握所學(xué)知識(shí)，總體來(lái)說(shuō)受益匪淺。 至于對(duì)本課程的我有以下幾點(diǎn)小建議： 1、 本次設(shè)計(jì)感覺(jué)比較吃力，可能是沒(méi)有把所有的知識(shí)融會(huì)貫通，希望老師在講課過(guò)程中，多提及一些有利于我們?cè)O(shè)計(jì)或者在以后工作中需要的知識(shí)。 2、當(dāng)然在涉及那些設(shè)計(jì)知識(shí)的時(shí)候前提是保證基礎(chǔ)知識(shí)的扎實(shí)，希望在學(xué)完基本知識(shí)后，老師能留一些設(shè)計(jì)性作業(yè)，當(dāng)然不需要太難，能夠掌握運(yùn)用那些知識(shí)便好。 3、對(duì)于設(shè)計(jì)我們認(rèn)為很多時(shí)候無(wú)從下手，大部分原因是我們對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)不了解，在需要設(shè)計(jì)的時(shí)候再去查詢(xún)，這樣浪費(fèi)很多時(shí)間，希望老師上課時(shí)能多介紹一些有關(guān)于設(shè)計(jì)目標(biāo)的東西，類(lèi)似小百科的，或者多余時(shí)間有目標(biāo)性的讓同學(xué)自己查詢(xún)并且講解，老師做以補(bǔ)充。 4、最后感覺(jué)理論聯(lián)合實(shí)際還是讓知識(shí)更容易接受。所以課余時(shí)間可以組織興趣小組，或者老師安排時(shí)間帶領(lǐng)同學(xué)多了解一些各種系統(tǒng)或者儀器的知識(shí)。 以上就是我對(duì)本課程的一點(diǎn)小建議，如果老師認(rèn)為有可取之處，希望采納。 - 29 -