[发明专利]一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统及方法

权利要求书

1.一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统，其特征在于：包括左张力液压缸、右张力液压缸、液压泵、恒背压控制单元、左张力控制单元及右张力控制单元；

所述恒背压控制单元的进油口与液压泵的出油口相连通，恒背压控制单元的回油口与液压泵的供油油箱相连通；在所述恒背压控制单元内还设置有第一压力测量口和第二压力测量口，在第一压力测量口连接有第一压力表，在第二压力测量口连接有第二压力表；所述恒背压控制单元的出油口与左张力控制单元的背压进油口及右张力控制单元的背压进油口相连通；

所述左张力控制单元的高压进油口与高压油输入口相连通，左张力控制单元的回油口与高压油供油油箱相连通；在所述左张力控制单元内还设置有第一背压测量口、第一工作油口、第二工作油口及第一有杆腔压力测量口，在第一背压测量口连接有第一油压传感器，第一工作油口与左张力液压缸的无杆腔相连通，第二工作油口与左张力液压缸的有杆腔相连通，在第一有杆腔压力测量口连接有第二油压传感器；

所述右张力控制单元的高压进油口与高压油输入口相连通，右张力控制单元的回油口与高压油供油油箱相连通；在所述右张力控制单元内还设置有第二背压测量口、第三工作油口、第四工作油口及第二有杆腔压力测量口，在第二背压测量口连接有第四油压传感器，第三工作油口与右张力液压缸的有杆腔相连通，第四工作油口与右张力液压缸的无杆腔相连通，在第二有杆腔压力测量口连接有第三油压传感器。

2.根据权利要求1所述的一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统，其特征在于：所述恒背压控制单元包括第一单向阀、第一溢流阀及第二溢流阀，所述恒背压控制单元的进油口与第一单向阀入口、第一溢流阀入口及恒背压控制单元的第二压力测量口相连通，第一单向阀出口与第二溢流阀入口、恒背压控制单元的出油口及第一压力测量口相连通，第一溢流阀出口与第二溢流阀出口及恒背压控制单元的回油口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统，其特征在于：所述左张力控制单元包括第一过滤器、第二单向阀、第三单向阀、第一蓄能器、第一伺服阀及第一比例溢流阀，所述左张力控制单元的背压进油口与第一背压测量口及第一工作油口相连通，左张力控制单元的高压进油口与第一过滤器入口相连通，第一过滤器出口与第二单向阀入口相连通，第二单向阀出口与第一伺服阀的压力油口及第一蓄能器相连通；所述第一伺服阀的工作油口与第一比例溢流阀入口、左张力控制单元的第二工作油口及第一有杆腔压力测量口相连通，第一比例溢流阀出口与第一伺服阀的回油口及第三单向阀入口相连通，第三单向阀出口与左张力控制单元的回油口相连通。

4.根据权利要求1所述的一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统，其特征在于：所述右张力控制单元包括第二过滤器、第四单向阀、第五单向阀、第二蓄能器、第二伺服阀及第二比例溢流阀，所述右张力控制单元的背压进油口与第四工作油口及第二背压测量口相连通，右张力控制单元的高压进油口与第二过滤器入口相连通，第二过滤器出口与第五单向阀入口相连通，第五单向阀出口与第二伺服阀的压力油口及第二蓄能器相连通；所述第二伺服阀的工作油口与第二比例溢流阀入口、右张力控制单元的第二有杆腔压力测量口及第三工作油口相连通，第二比例溢流阀出口与第二伺服阀的回油口及第四单向阀入口相连通，第四单向阀出口与右张力控制单元的回油口相连通。

5.采用权利要求1所述的直拉式冷轧实验机液压张力控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：启动液压泵，同时高压油输入口接通高压油；

步骤二：在液压系统首次运行时，手工调节恒背压控制单元中第一溢流阀、第二溢流阀的设定压力，具体过程如下：

①给第一伺服阀、第二伺服阀同时输入正的控制信号，使第一伺服阀的工作油口与第一伺服阀的回油口相连通，使第二伺服阀的工作油口与第二伺服阀的回油口相连通，左张力液压缸、右张力液压缸的活塞在无杆腔背压推动下伸出至极限位置，并保持静止状态；

②手工调节第一溢流阀至设定压力Py11，手工调节第二溢流阀至设定压力Py12，且使Py11＝Py12；

步骤三：给第一比例溢流阀及第二比例溢流阀输入额定控制信号，同时利用第一伺服阀、第二伺服阀、第一位移传感器和第二位移传感器，使左张力液压缸和右张力液压缸工作在位置闭环状态并装夹待轧试件；

步骤四：确定第一伺服阀的控制量SV1、第二伺服阀的控制量SV2、第一比例溢流阀的控制信号PVz及第二比例溢流阀的控制信号PVy，具体过程如下：

①根据轧制规程，确定设定轧制速度Vs及轧制方向，通过设定轧制速度Vs及轧制方向分别计算出第一伺服阀的控制量SV1和第二伺服阀的控制量SV2，并对第一伺服阀和第二伺服阀进行实际控制；

其中，第一伺服阀的控制量SV1及第二伺服阀的控制量SV2的计算过程如下：

1)当轧制方向为由左向右时，第一伺服阀处于工作油口向回油口通油状态，第二伺服阀处于压力油口向工作油口通油状态；

其中，第一伺服阀的控制量SV1的计算公式为：

SV1=SV1max·0.55Vs·Ay1QN1ΔPN1ΔP1]]>

式中，SV1max为第一伺服阀的额定控制信号，Vs为设定轧制速度，Ay1为左张力液压缸的活塞有杆腔有效作用面积，Q_N1为第一伺服阀的额定流量，ΔP_N1为第一伺服阀的阀口额定压差，ΔP1为第一伺服阀的阀口实际压差；

其中，第二伺服阀的控制量SV2的计算公式为：

SV2=-SV2max·1.05Vs·Ay2QN2ΔPN2ΔP2]]>

式中，SV2max为第二伺服阀的额定控制信号，Vs为设定轧制速度，Ay2为右张力液压缸的活塞有杆腔有效作用面积，Q_N2为第二伺服阀的额定流量，ΔP_N2为第二伺服阀的阀口额定压差，ΔP2为第二伺服阀的阀口实际压差；

2)当轧制方向为由右至左时，第一伺服阀处于压力油口向工作油口通油状态，第二伺服阀处于工作油口向回油口通油状态；

其中，第一伺服阀的控制量SV1的计算公式为：

SV1=-SV1max·1.05Vs·Ay1QN1ΔPN1ΔP1]]>

式中，SV1max为第一伺服阀的额定控制信号，Vs为设定轧制速度，Ay1为左张力液压缸的活塞有杆腔有效作用面积，Q_N1为第一伺服阀的额定流量，ΔP_N1为第一伺服阀的阀口额定压差，ΔP1为第一伺服阀的阀口实际压差；

其中，第二伺服阀的控制量SV2的计算公式为：

SV2=SV2max·0.55Vs·Ay2QN2ΔPN2ΔP2]]>

式中，SV2max为第二伺服阀的额定控制信号，Vs为设定轧制速度，Ay2为右张力液压缸的活塞有杆腔有效作用面积，Q_N2为第二伺服阀的额定流量，ΔP_N2为第二伺服阀的阀口额定压差，ΔP2为第二伺服阀的阀口实际压差；

②根据轧制规程，确定左张力设定值T1和右张力设定值T2，根据左张力设定值T1和右张力设定值T2，分别计算出第一比例溢流阀的预设信号PV11和第二比例溢流阀的预设信号PV12，并通过左张力设定值T1与左实际张力值反馈的差值、右张力设定值T2与右实际张力值反馈的差值，由第一比例溢流阀的调节器计算出第一比例溢流阀的调节信号PV21，由第二比例溢流阀的调节器计算出第二比例溢流阀的调节信号PV22，并将第一比例溢流阀的预设信号PV11与调节信号PV21相加，作为第一比例溢流阀的控制信号PVz，将第二比例溢流阀的预设信号PV12与调节信号PV22相加，作为第二比例溢流阀的控制信号PVy，具体计算过程如下：

1)第一比例溢流阀的预设信号PV11的计算公式为：

PV11=T1-Py11·Aw1Ay1·PV1NPy1N]]>

式中，T1为左张力设定值，Py11为第一溢流阀的手工设定压力值，Aw1为左张力液压缸的活塞无杆腔有效作用面积，Ay1为左张力液压缸的活塞有杆腔有效作用面积，PV1_N为第一比例溢流阀的额定控制信号，Py1_N为第一比例溢流阀的额定控制压力；

因此，第一比例溢流阀的控制信号PVz为：

PVz＝PV11+PV21

式中，PV11为第一比例溢流阀的预设信号，PV21为第一比例溢流阀的调节信号；

2)第二比例溢流阀的预设信号PV12的计算公式为：

PV12=T2-Py12·Aw2Ay2·PV2NPy2N]]>

式中，T2为右张力设定值，Py12为第二溢流阀的手工设定压力值，Aw2为右张力液压缸的活塞无杆腔有效作用面积，Ay2为右张力液压缸的活塞有杆腔有效作用面积，PV2_N为第二比例溢流阀的额定控制信号，Py2_N为第二比例溢流阀的额定控制压力；

因此，第二比例溢流阀的控制信号PVy为：

PVy＝PV12+PV22

式中，PV12为第二比例溢流阀的预设信号，PV22为第二比例溢流阀的调节信号。