1、本設計系統為1450五機架冷連軋機工作輥液壓壓下系統，針對鋼板軋機的軋輥的位置偏差進行反饋糾正。主要介紹了目前國內外軋機液壓AGC控制的發展狀態和發展趨勢以及現存的一些問題，本設計主要包括系統原理的設計、元件選擇、閥組裝配體設計、油箱設計等。本著合理并存有一定裕量、保證工藝要求、降低成本的原則設計本系統。通過這套伺服控制系統，可以精確控制軋機軋制鋼板的厚度。設計中參數的計算、系統原理的設計、元件的選擇、油箱的設計等有關問題在說明書中進行了詳細的闡述。關鍵詞冷軋機 液壓AGC 油箱AbstractThe design system for the1450 five stand cold roll

2、ing mill hydraulic AGC control system for steel mill roll position feedback error correction is a servo control system. Mill at home and abroad are introduced the development of hydraulic AGC control of the state and development trends and existing problems. The design principles include system desi

3、gn, component selection, Manifold Design, valve assembly design, tank design and pump station design, the spirit of reasonable co-exist with a certain margin to ensure the process requirements, the principles of the design cost of the system . Through this servo control system can precisely control

4、the thickness of steel plate rolling mill. The calculation of the design parameters, system design principles, component selection, integrated block design, the design of pumping stations in the prospectus for the issue in details.Keywords Cold Rolling MillHydraulic AGCPumping Station第1章 緒論1.1 課題背景1

5、.1.1 AGC概述AGC（Automation Gauge Control）,即為厚度自動控制。厚度是板帶鋼最主要的尺寸之一，隨著技術的進步，厚度自動控制已成為現代化板帶鋼生產中不可缺少的重要組成部分。厚度自動控制（AGC-Automation Gauge Control）的基本方式是通過測厚儀或者其他傳感器對帶鋼的實際軋出厚度進行連續測量，根據實測值與給定值相比較得到的偏差信號，借助各種測量裝置調整壓下量、張力或壓下速度，將軋機出口厚度控制在允許的偏差范圍內。圖1.1 AGC控制方式簡圖其基本方式就是通過測厚儀或者其他傳感器對帶鋼的實際軋出厚度進行連續測量，根據實測值與給定值相比較得到的偏

6、差信號，借助各種測量裝置調整壓下量、張力或壓下速度，將軋機出口厚度控制在允許的偏差范圍內。1.1.2AGC控制的發展情況 近30年來，國外軋機的裝備水平發展很快。在冷帶軋機上廣發利用液壓壓下、液壓彎輥、厚度自動控制、板形控制和計算機控制等技術、在新技術運用方面均已采用液壓AGC系統與計算機控制相結合的DCS，裝設了測量精度高的三測儀表（測厚、測壓、測張），且裝設了板形檢測裝置。而國內軋機設備還比較落后，特別是自動控制系統。即使60年代中期從日本、美國等引進的當時屬于較先進的單機架軋機，由于當時技術水平的限制，多數未達到設計目標，面臨著改造。在采用新技術方面，部分設備采用了液壓壓下，少

7、數設備將原有的機液伺服改成了電液伺服系統，并裝設了AGC系統，安裝了三測儀表，實現了張力閉環控制，但是精度不高。面對國內軋機的這種情況及資金短缺的實情，在吸收國外AGC先進控制的基礎上，開發實用性、高精度自控系統裝備現有的設備，能使我國鋼鐵冷軋設備的控制水平進一步提高。由于軋機自動化水平及對板帶材的質量要求越來越高，對軋機執行機構及控制系統性能的要求也越來越高。目前，液壓技術的應用程度和水平，已成為冶金設備技術水平高低的一項衡量指標。其中液壓AGC(Automatic Gauge Control)系統是所有冶金設備中液壓技術應用的典型代表，是現代化軋機設備的核心技術。液壓AGC系統運行狀態的好

8、壞，直接決定了軋機的工作可靠性。長期以來，由于機械設備水平的整體差距，我國的軋機設備主要依賴進口，在技術特別是核心技術方面受到限制。雖然近年來在先進技術的應用方面有重大突破，但仍局限在單機應用的水平。因此，開展液壓AGC系統故障診斷技術的研究不僅對提高軋機設備的生產率、提高設備的維護管理水平具有重要意義，同時也對提高國產軋機設備的應用水平具有重要的社會意義。1.1.3AGC控制的發展趨勢在連軋工藝發展過程中，軋制過程模型研究一直為鋼鐵研究企業所重視，由于軋制內部機理十分復雜，目前對數學模型研究多集中在軋機體系模型，分析軋制過程中某一因素對厚度的影響，如張力、軋輥變形等，所建的模型缺乏全面、完整

9、性。因此，建立一個全面、完整、正確的機電一體化軋制模型，進行軋機體系在軋制過程中的實時動態研究是目前的發展趨勢。1) 采用智能控制技術（如神經網絡）提高自適應學習的精度。2) 模型計算過程中考慮單元細化，如有限元方法和有限元思想的使用。3) 在控制策略的研究方向，基于反饋控制理論，控制模型出現了兩個研 究方向。一是復合控制，即在常規PID控制的基礎上，加入前饋、壓力、秒流量等控制策略。這種方法在軋鋼工業中得到廣泛應用，效果良好；二是利用被控對象建模的新方法（如人工神經網絡）、自適應控制、預測控制、優化控制的新算法，構造單環反饋系統，由于這些算法在理論推到研究上有許多假設條件，與實際有很大差距，

10、隨著算法的進一步改進，這個方向無疑有很大的發展前景。1.1.4AGC控制存在的問題雖然AGC在各個方面都有了不同程度的發展，但是，由于各方面因素的限制以及AGC控制方式很多，各種AGC復合體統往往相互關聯，相互影響，實際上存在最優組合方案。存在的問題和帶來的難點主要有：1) 建立真實反映被控對象內在本質的數學模型比較復雜。冷軋機閥控液壓系統是一個多變量、非線性、強耦合、參數時變的且帶有隨機干擾的不確定系統。目前軋機系統的模型都用二階慣性環節簡化代替，由此利用經典的控制方法設計的控制器很難進一步提高厚度控制的精度，難以適應軋制工藝。2) 對于閉環系統而言，系統設定值的精度難以保證，從而限制了AG

11、C的控制精度。3) 影響出口厚度波動的因素很多。4) 測厚儀的安裝位置，導致了檢測到的出口厚度在反饋控制上的滯后。當前，厚度控制系統的控制存在問題除了上述幾個方面，還有其他方面，如軋機的制造水平、測量技術的發展等。第2章 液壓系統原理圖的設計2.1 軋機的工藝要求1450五機架冷連軋機工作輥液壓壓下系統設計技術參數壓下缸2個兩側總軋制力1800T厚控方式液壓AGC壓下缸輸出速度-3mm/s壓下缸行程280mm系統壓力28Mpa此軋機為五機架冷連軋機，其工藝要求為三個方面：正常軋制通過力反饋控制輥縫、故障狀態壓下缸快速抬起、換輥時壓下缸快速撤消。2.2軋機系統組成液壓AGC系統的主要設備由一套以

12、計算機、檢測元件為主的控制裝置和以一套液壓系統（包括泵站、控制閥臺等）、液壓伺服油缸為主的執行機構組成。每架機架配有2個AGC液壓缸，每個缸中心安裝一個磁尺，用于檢測油缸活塞的位移。同時在每個油缸的活塞測和活塞桿側均配有壓力傳感器，檢測油缸兩側的壓力，得出軋機的軋制力。2.3軋機系統原理圖2.3.1泵站原理圖圖2.1 泵站部分原理圖 說明：輔泵有三個作用：給主泵柱塞泵供油以延長主泵工作壽命、給執行元件液壓缸有桿腔產生被壓、使多余流量通過溢流閥形成冷卻循環；主泵定為恒壓變量泵，保證閥臺伺服閥的工作穩定性；主泵出口的電磁溢流閥做安全閥用，蓄能器作為輔助動力源，兩個溫度控制器的作用是保證冷卻器和加熱

13、器使用時的適當溫度。2.3.2快抬部分原理圖說明：中間輥和工作輥的正負彎用的是堆成控制，中間輥的電磁換向閥為Y型機能，能夠實現換輥時的浮動狀態。第3章 液壓系統主要參數計算及元件選擇初選系統工作壓力供油壓力選擇，由下表表3.1 各種機械常用的系統工作壓力機械類型機床農業機械、小型工程機械、建筑機械、液壓鑿巖機大中型挖掘機、液壓機、重型機械、起重運輸機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.82352881010182032取工作壓力。3.2 液壓缸尺寸計算及選擇3.2.1缸尺寸的確定由于系統壓力Ps=28Mpa，兩側總軋制力Fmax=1800T則一個缸最壓下力 Fmax1 = 9000K

14、N每個壓下缸額定軋制壓力：缸最大輸出速度Vc=3mm/s=3×10-3m/s 缸行程S=280mm 下面根據以上數據來計算壓下缸的尺寸。A0= =m2可以得出：D0=m因為系統不一定在最大壓力Ps下工作，所以取Do為m確定活塞桿直徑d所以d得出d=m 負載壓力及負載壓力的計算此壓下為混合壓下，選擇壓下速度，則負載負載壓力實際最大壓力：快抬時的作用面積：3.3 伺服閥的選擇閥的空載流量：,則28MPa下閥的流量,選系數為1.2，得21MPa下閥的流量,解得：所以，最大壓力28MPa，四通零開口，內控內排。3.4 泵的選擇主泵選擇由原理系統圖，為了保證壓力的恒定，保護伺服閥，選用恒壓變量

15、泵，應滿足要求：，由樣本，選擇軸向柱塞泵，型號：,排量A2F355Ml/r，排量355,設想選用電機同步轉速為，則最大流量：，滿足要求。輔泵選擇由出口壓力要求低，作為補油泵要求流量要大于主泵，排量：400Ml/r3.5 電機的選擇主泵電機選擇要求功率,由于是變量泵，一般選法選出的電機一般比較大，參考系統功率，,所以結合選用電機為Y2系列（IP54）三相異步電動機,額定功率15KW，轉速1460rpm。 輔泵電機選擇要求功率,選用電機為Y2系列（IP54）三相異步電動機，額定功4KW，轉速1440rpm。3.6 其他閥類元件的選擇溢流閥的選擇溢流閥作用：壓下缸有桿腔保護，即若P2油路的出油截止閥

16、未打開，則當壓下時，為防止壓下缸有桿腔爆掉，采用溢流閥保護。選用直動式溢流閥，設定壓力可達10MPa，最大流量可達，最大壓力為63MPa，廠家：REXROTH。減壓閥的選擇減壓閥的作用：給快抬動作提供低壓油。由系統原理圖，最大流量，最高壓力35MPa。電磁換向閥的選擇壓下部分的電磁換向閥作用：控制快抬動作的啟動。此閥為二位四通換向閥，作用：控制快抬動作。通徑10。電磁溢流閥的選擇壓下部分的電磁溢流閥作用：快抬時油液回油箱，沖缸沖閥時回油作用，并且有安全閥作用。過濾器一般由濾芯和殼體組成由濾芯上無數微小間隙和小孔組成通流面積。當混入液壓介質的污染物粒子的尺寸大于微小間隙活小孔時，雜質被阻隔分離出

17、來。過濾器按精度分可分為粗過濾器和精過濾器兩種；按過濾方式分為表面性過濾器、深度性過濾器和中間型過濾器三種；按濾芯的結構分為網式過濾器、線隙式過濾器、紙式過濾器、磁性過濾器、燒結式過濾器、不銹鋼纖維式過濾器和合成樹脂過濾器。選擇過濾器時，應考慮以下幾方面：(1) 根據使用目的選擇過濾器的類型，根據安裝位置情況選擇過濾器的安裝形式。(2) 過濾器應有足夠大得通油能力，并且壓力損失要小。(3) 過濾精度應滿足液壓系統或元件的所需清潔度要求。(4) 濾芯使用的濾材應滿足所使用工作介質的要求，并且有足夠的強度。(5) 過濾器的強度及壓力損失是選擇是需要重點考慮的因素，安裝過濾氣候會對系統造成局部壓降或

18、產生背壓。(6) 濾芯的更換及清洗要方便。(7) 應根據系統的需要選擇合適的濾芯保護附件。(8) 結構應盡量簡單、緊湊、安裝形式合理。伺服閥前過濾器的選擇流量要求：，精度要求：，選擇過濾器型號：HH143S20DPTWM，流量可至，最大工作壓力達42MPa，精度：，濾芯長度：13英寸，無旁通閥。主泵出口過濾器的選擇流量要求：，精度要求：，流量可至，最大工作壓力為41.4MPa，精度為。輔泵出口過濾器的選擇由于輔泵出口壓力比較小，流量較大，所以選用低壓過濾器，流量可至pa，精度。回油過濾器的選擇流量要求：，選用過濾器為油箱回油過濾器，為油箱內置回油過濾器，公稱流量為，最大壓力為1MPa，精度。

19、蓄能器壓力的選擇液壓系統中蓄能器是一種能量儲存裝置，它的作用是在適當的時候把具有一定壓力的液壓油存儲起來，以便在需要時系統從新放出。蓄能器的種類很多，如氣囊式、活塞式、氣瓶式、重錘式、彈簧式等。選擇蓄能器應考慮以下因素：工作壓力及耐壓性；公稱容積及允許吸(排)流量或氣體容積；允許使用的工作介質及介質溫度等等。其次還要考慮到蓄能器的重量級占用的空間問題；價格、質量及使用壽命；安裝維修的方便。蓄能器為壓力容器，必須有生產許可證才能生產，所以，一般不能自行設計，制造蓄能器，應選擇專業廠家的產品。本系統中選用氣囊式蓄能器。對于氣囊式蓄能器，從保護膠囊，延長使用壽命的角度出發，一般充氣壓力，則泵站高壓處

20、蓄能器充氣壓力，低壓處蓄能器充氣壓力大約為0.9MPa。蓄能器容積的選擇有桿腔連接蓄能器的作用是吸收壓力脈動，液壓缸有桿腔是恒定的壓力油作用，,如果在軋制過程中液壓缸有桿腔的壓力有脈動,這將引起軋制力的波動,從而影響到產品的質量。因此,為保證軋制力穩定,通常在液壓缸有桿腔的進油路上設置液壓力脈動補償蓄能器。作為輔助動力源，其容量計算為：式中，m 管路中液體的總質量，估為兩個有桿腔的液體則 管中流速， 充氣壓力，按系統工作壓力的充氣，所以計算得：選擇型號為：NXQ1-L1.6/10-H,螺紋連接為：M42×2，廠家：奉化液壓件廠。泵站的蓄能器作用是：做輔助動力源，根據經驗選用>2

21、0L所以，主泵出口處選擇型號：NXQ1-L25/10-H。選擇水冷式冷卻器。水冷式冷卻器的冷卻面積計算：式中 液壓系統的發熱功率液壓系統的散熱功率冷卻器的散熱系數，見液壓輔助元件有關冷卻器的散熱系數；選平均溫升()式中、液壓油入口和出口溫度，,、冷卻水或風的入口和出口溫度，,則式中 輸入泵的功率，= 系統的總效率，一般系統僅達到，選則式中 油箱散熱系數，由于采用單體式油箱，散熱較好，所以選；A 油箱散熱面積，油箱有效容積為則油箱實際體積：，則油箱散熱面積選此系統的允許的油溫為,室溫定為,則所以綜上，考慮到冷卻器長期使用時，設備腐蝕和油垢、水垢對傳熱的影響，冷卻面積應比計算值大30%，實際選用散

22、熱面積為：。選用電加熱器，加熱器的發熱能力：式中， 油的比熱，取 油的密度，取 油箱內油液體積（） 油加熱后溫升（） 加熱時間（s），定加熱時間為2個小時，即則電加熱器的功率：，取0.6，則。硬管的選擇根據機械手冊，選用鋼管如下：主泵吸油管：壓力低于1.6MPa，所以選用焊接鋼管，流量最大為，管子外徑選用34mm，壁厚選用3mm，管接頭螺紋為；輔泵吸油管：壓力低于1.6MPa，選用焊接鋼管，流量最大為，管子外徑選用42mm，壁厚選用4mm，管接頭螺紋為；輔泵壓油口：壓力低于1.6MPa，所以選用焊接鋼管，流量最大為，管子外徑選用42mm，壁厚選用4mm，管接頭螺紋為；主泵壓油口：壓力大于1.6

23、MPa，選用無縫鋼管，流量最大為流量最大為，管子外徑選用34mm，壁厚5mm，管接頭螺紋為；回油管：壓力低于1.6MPa，選用焊接鋼管，流量最大為，管子外徑選用42mm，壁厚選用4mm，管接頭螺紋為。壓下缸各自入口端：壓力大于1.6MPa，選用無縫鋼管，流量最大為流量最大為，管子外徑選用22mm，壁厚3mm，管接頭螺紋為。軟管的選擇根據公式管子內徑的計算管子內徑d（單位：mm），按流速選取式中 液體流量（）V 流速，薦用流速：對于吸油管v 12m/s（一般取1m/s以下）；對于壓油管510m/s（壓力高、管道短或油粘度較小的情況取大值，反之取小值，局部或特殊情況可取v 10m/s）；對于回油管

24、v 23m/s。主泵吸油管：選，解得：，選軟管內徑為50mm，壓力承受力5MPa；主泵壓油管：選，解得：，選軟管內徑為16mm，壓力承受力31.5MPa； 輔泵壓油管：選，解得：，選軟管內徑為16mm，壓力承受力31.5MPa。第四章 油箱的設計 油箱尺寸計算油箱容量的經驗公式式中， 液壓泵每分鐘排出的壓力油 的容積圖5.2 油箱結構尺寸 經驗系數，a取10.油箱主要設計參數如圖5.2所示。一般油面的高度為油箱高的0.8倍，選取油箱長b、寬a、高h之比為2：1：1，則 得a=1000mm，b=2000mm，h=1000mm4.2 油箱結構的設計1）過濾器的設置油箱的回油口一般都設置系統所要求的

25、過濾精度的回油濾油器，以保持返回油箱的油液具有允許的污染等級。油箱的排油口（即泵的吸油口）為了防止意外落入油箱中的污染物，有時也裝設吸油網式過濾器。由于這種過濾器侵入油箱深處，不好清理，因此，即使設置，過濾網目也是很低的，一般為60目以下。本油箱設計的回油過濾器為油箱內置過濾器，泵后的過濾器都為板式連接。2）設置油箱的主要油口油箱的排油口與回油口之間的距離盡可能遠些，管口應插入最低油面之下，以免發生吸空和回油沖濺產生氣泡。管口制成45度的斜角，以增大吸油及出油的截面，油液流動時速度變化不大。管口應距箱底的距離H2D（D為管徑），距離箱邊不小于3D。回油管離箱底距離h3D。3）設置隔板隔板將吸油

26、、回油管路隔開，油流中的氣泡與雜質分離和沉淀。隔板結構有溢流式標準型、回流式及溢流式等幾種。另外還可根據需要在隔板上安裝濾網。本設計的隔板為整體式，底部有過油孔。4）在開式油箱上部的通氣孔上必須配置空氣濾清器。兼作注油口的作用。油箱的注油口一般不從油桶中將油液直接注入油箱，而是經過過濾車從注油口注入，這樣可以保證注入油箱中的油液具有一定的污染等級。5）放油孔的安裝。放油口要設置在油箱的底部最低位置，使患有換油時油液和污物能順利地從放油孔流出。在設計油箱，從結構上應考慮清洗換油的方便，設置清油孔，以便于油箱內沉淀物的定期清理。 該油箱的放油孔根據要求設置在油箱的底部，直接焊接管接頭連接截止閥。第

27、五章: 繪制系統開環伯德圖，并根據穩定性確定開環增益5.1繪制=1時的開環伯德圖如下圖所示，然后將圖中零分貝線下移至使相位裕量=，此時增益裕量=11dB,穿越頻率=84rad/s,開環增益=39dB=90dB1/s由圖得開環增益所以放大器增益為5.2求閉環系統的頻寬 由圖所示的開環伯德圖，通過尼柯爾斯圖可以求得系統的閉環系統如圖 由該圖可得到閉環系統的頻寬為5.3、計算系統的穩態誤差由系統的開環傳遞函數可知，系統為“I”型系統，因此，系統對單位階躍輸入不存在穩態位置誤差。對于干擾來說，系統是零型的。伺服放大器的溫度零漂（0.5%1%）、伺服閥零漂和滯環（1%2%），執行元件的不靈敏區（0.5%

28、1%）。假定上述干擾量之和為，由此引起的位置誤差為對指令輸入來說，系統是“I”型的，最大速度時的速度誤差為5.7% 總結本次畢業設計的選題比較科學、難度適中。要完成這次設計需要對液壓AGC系統進行比較全面的了解和學習，尤其是對其設計步驟及設計原則要進行系統學習。從接到任務書，到老師的簡單講解，到查閱資料文獻，到設計演算，我對可逆軋機的液壓AGC系統的理解也逐步深入。經過將近三個星期的努力，終于一步一步基本按計劃完成任務。經過多次修改設計而成的液壓AGC伺服系統，更能適應生產的要求，而且成本較低，占地面積不大，使用和操作更為方便。根據設計的需要，除專業知識外包括選件原則、計算步驟、實際經驗等，還

29、學會熟練應用AUTOCAD、MATLAB等畫圖工具的技巧。設計中的確學到了很多東西，但也深刻認識到了自己的不足，比如說電磁換向閥安裝位置不是很合理，沒有進行系統的動態仿真，工作并不到位等等?？傊?，通過這次設計使我對專業有了更深刻的認識，能夠運用所掌握的知識把理論和實踐相結合，同時開闊了視野，也使專業水平和設計水平得以提高。參考文獻1 孫蕾,王焱.AGC控制技術的發展過程及趨勢J.濟南大學學報，2007，21（3）：221-224.2 張齊生.冷帶軋機液壓AGC系統控制策略的研究D.燕山大學學位論文數據庫，1996：3-39.3 王賢琳.四輥軋機液壓AGC系統研究J.武鋼技術，2004，42(1

30、):22-24.4 單東升.板帶軋機液壓AGC系統主要參數的分析和實驗研究D.燕山大學學位論文數據庫.2008，1-82.5 劉寶權,李繼業.冷軋機液壓AGC系統動態模擬J.鞍鋼技術，2006，(2):26-29.6 李迅，宋東球，喻壽，桂衛華.益基于模型參考自適應Smith預估器的反饋式AGC厚度控制系統J.控制理論與應用，2009，26(9):999-1003.7 牛巍，黃效國，管東方.軋機厚度控制系統的動態特性分析J.液壓與氣動，2005，3：10-11.8 楊景明，曹智文，馮雅麗.1270mm冷軋機液壓厚控系統的改進措施J.冶金自動化，2003，2：23-26. 9 孫禹，瞿贊.唐鋼冷連軋AGC控制系統的探究J.現代企業教育，2009，10（2）：114-116.10 楊安，歐陽奇.軋機液壓AGC系統建模及仿真J.機床與液壓，2008，36（9）：243-246.1500mm單機架冷軋帶鋼生產中的應用J.電工技術，2010，1(43):42-43.12 Robert R. Beal.Hydraulic AGC System Hardware SpecificationsM 2006. 13 Marion D.Waltz.Rolling Mill Including Gauge ControlP.美國專利.774775，1971