轧机液压压下系统动态性能分析和研究.pdf

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第 5 期(总第 83 期) 液压气动与密封 N o. 5 (Serial N o. 83)
2000 年10月 H yd. Pneum. & Seals O ctober, 2000
轧机液压压下系统动态性能分析和研究
肖凯鸣谢士强白志大
摘要本文从理论上对轧机液压压下伺服系统动态性能作了分析, 提出了影响系统动态特性的主要原因, 并
对其作了分析。
关键词液压压下缸压力变化率频率响应相位延迟
1. 液压压下系统的负载特性 A a: 压下缸工作面积;
1. 1 液压压下系统负载描述 F D : 伺服阀负载压力产生的驱动力;
液压压下系统有两种工况
: F D 1: 驱动力中用于产生加速度惯性力的部
(1) 设置静态辊缝。此时, 负载特性是: 质量+ 分;
阻尼。
F D 2: 驱动力中用于克服速度惯性力的部分;
(2) 正常轧制。此时, 负载特性是: 质量+ 阻尼
F D 3: 驱动力中用于克服位移弹簧力的部分;
+ 弹簧。
1. 2 液压压下系统负载特性分析
液压压下的物理描述, 如图 1 所示。
1. 2. 1 惯性力
压下缸输出驱动力的一部分用于轧机等效质量
作加速度运动的惯性力。
d 2y
F D 1 = M T (压下缸运动方程的加速度项)
d t2
式中M T : 轧机等效质量(负载质量)
1. 2. 2 阻尼力
压下缸运动的速度阻尼力主要来自其有杆腔油
路。压下缸有杆腔油路是通过减压阀保持低压供油,
可以认为流体在管路内呈不可压缩状态, 流动近似于
图 1 液压压下的原理图层流。且摩擦损耗与管路当量长度(L R D R ) 及流动速
在工程实际中机械负载特性有可能相当复杂, 度成比例, 流动速度正比例于压下缸的运动速度, 所
很难有效地描述它们。但是在大多数情况下, 都用负以有杆腔的油路都参与了压下系统的速度阻尼作用。
载本身的位移、速度及加速度表达负载所需要的力。通过调整压下缸有杆腔油路管路的管径和管长, 能够
即负载力有的与位移有关, 有的与速度有关, 有的与改变阻尼力的大小。而过大的压下缸有杆腔油路内油
加速度有关。有的负载力与上述各项均无关系。的惯性力, 将使压下系统的固有频率降低。
其主要负载力如下: 压下缸运动方程的速度阻尼力表达式为:
静摩擦力: 克服负载并开始运动所需要的力。 d y
F D 2 = B C
干摩擦力(又称库仑摩擦力): 与负载运动的速 d t
度无关。式中 B C: 轧机当量阻尼系数
弹簧负载力: 与负载运动的位移成正比目前尚不能用数学方法, 设计计算工程系统的
粘性摩擦力(又称粘性速度阻尼力): 与负载运阻尼系数。
动的速度成正比。系统的阻尼系数和谐振(固有) 频率都是系统重
惯性力: 与负载运动的加速度成正比, 使负载质要的动态性能参数, 它直接影响系统的稳定性和控
量产生加速度运动所需要的力。伺服阀的负载压力制精度。关于轧机的当量阻尼系数与压下缸有杆侧
(压下缸的工作压力) 产生的驱动力为: 回油管路内径和有杆侧活塞面积的关系, 文献[5 ]作
F D = P LA a = F D 1 + F D 2 + F D 3 了介绍