现代冶金设备液压传动与控制

编者依据40年从业冶金设备液压传动与控制教学科研的实际体会，历时7年编著了本书。本书在编著过程中，选录了编者相关的论文和教材，参考了相关的科技文献，对数千页的冶金设备技术资料进行了取舍和改写，还依据现行国标重新绘制了400余幅附图，书中列举的冶金设备液压传动与控制案例均来自具有国际先进水平的冶金生产线。 

本书结合现代冶金设备，介绍了液压传动与伺服控制技术，其中所附液压原理图全部按*国标GB/T 786.1—2009绘制。书中第1章~第6章讲解了液压传动的基本理论和知识（液压流体力学、液压泵、液压马达与液压缸、液压控制阀、液压辅件和液压基本回路）；第7章~第11章结合国内各大型冶金企业的*设备实例，介绍了主要冶金设备（包括冶炼设备、连铸设备、热连轧线、酸洗线、冷连轧线）液压传动系统和带钢连轧液压伺服控制系统；第12章液压伺服系统的设计与校正和第13章冶金设备液压系统的故障处理是前11章知识的综合应用。考虑到初学读者和高等学校教师的需求，第14章列出了液压传动理论的知识要点、例题及习题。本书可供冶金设备领域的工程技术人员和其他行业从事液压传动与控制技术的工程师作为技术参考书，也可用作高等院校机械自动化类专业本科生、研究生的教材和教学参考书。

前言

第1章液压传动基本知识1

1.1液压传动概述1

1.1.1液压传动的工作原理1

1.1.2液压传动系统的组成2

1.1.3液压原理图的图形符号2

1.1.4液压传动的优缺点3

1.1.5液压技术的应用4

1.1.6液压传动工作介质的物理性质5

1.1.7液压传动工作介质的污染及其控制10

1.2液压流体力学基础11

1.2.1液体静力学11

1.2.2液体动力学12

1.2.3管道流动18

1.2.4小孔及间隙流动24

1.2.5液压冲击及空穴现象29

第2章液压泵32

2.1液压泵概述32

2.1.1液压泵的工作原理及特点32

2.1.2液压泵的主要性能参数33

2.2齿轮泵36

2.2.1齿轮泵的工作原理和结构37

2.2.2齿轮泵的困油问题38

2.2.3齿轮泵的径向不平衡力39

2.2.4齿轮泵的流量计算39

2.2.5高压齿轮泵的结构特点40

2.2.6内啮合齿轮泵41

2.3叶片泵42

2.3.1单作用叶片泵43

2.3.2双作用叶片泵44

2.3.3限压式变量叶片泵45

2.4柱塞泵47

2.4.1径向柱塞泵48

2.4.2轴向柱塞泵49

第3章液压马达与液压缸56

3.1液压马达56

3.1.1液压马达的特点及分类56

3.1.2液压马达的性能参数57

3.1.3几种常用的液压马达59

3.2液压缸62

3.2.1液压缸的分类62

3.2.2液压缸的安装形式66

3.2.3液压缸末端缓冲68

第4章液压控制阀70

4.1单向阀与方向控制阀70

4.1.1单向阀70

4.1.2方向控制阀（换向阀）71

4.2压力控制阀75

4.2.1溢流阀75

4.2.2减压阀82

4.2.3顺序阀86

4.2.4压力继电器88

4.3流量控制阀91

4.3.1流量控制原理及节流口形式91

4.3.2普通节流阀92

4.3.3节流阀的压力和温度补偿94

4.3.4同步阀99

4.4液压阀的安装连接方式103

4.4.1管式连接103

4.4.2板式连接103

4.4.3油路集成块连接104

4.4.4叠加式连接105

4.4.5插装式连接106

4.5二通插装阀108

4.5.1二通插装阀基本元件和工作原理109

4.5.2方向控制插装阀112

4.5.3压力控制插装阀116

4.5.4流量控制插装阀116

4.5.5复合控制插装阀117

4.6电液伺服阀118

4.6.1电液伺服阀概述119

4.6.2伺服阀中液压放大器的结构形式120

4.6.3电液伺服阀的工作原理123

4.6.4电液伺服阀的特性分析125

4.7电液比例阀130

4.7.1比例电磁铁的结构原理130

4.7.2电液比例压力阀131

4.7.3电液比例方向（流量）阀136

4.7.4伺服比例阀141

第5章液压辅件143

5.1蓄能器143

5.1.1蓄能器功用和分类143

5.1.2蓄能器的使用和安装144

5.2过滤器145

5.2.1过滤器的功用和类型145

5.2.2过滤器选用和安装145

5.3油箱147

5.3.1功用和结构147

5.3.2设计时的注意事项147

5.4热交换器148

5.4.1冷却器148

5.4.2加热器148

5.5管件148

5.5.1油管148

5.5.2管接头149

5.6密封装置149

5.6.1液压系统对密封装置的要求150

5.6.2液压用密封材料150

5.6.3液压系统中常用密封件的结构形式151

第6章液压基本回路154

6.1压力控制回路154

6.1.1调压回路154

6.1.2减压回路156

6.1.3增压回路156

6.1.4卸荷回路157

6.1.5保压回路158

6.1.6平衡回路159

6.1.7制动缓冲回路160

6.2方向控制回路162

6.2.1换向回路162

6.2.2锁紧回路164

6.3速度控制回路164

6.3.1调速回路165

6.3.2快速运动回路172

6.3.3速度换接回路173

6.4多缸工作控制回路175

6.4.1顺序动作回路175

6.4.2同步回路176

6.4.3多缸快慢速互不干扰回路177

第7章冶炼设备液压系统179

7.1高炉液压系统介绍与分析179

7.1.1550m3高炉炉顶料钟液压传动系统179

7.1.2液压泥炮182

7.1.3高炉开铁口机液压系统190

7.1.4无料钟炉顶的液压传动195

7.2液压系统在炼钢设备中的应用197

7.2.120t电弧炼钢炉液压系统197

7.2.2中频无芯感应熔炼炉液压系统200

7.2.3150t电弧炉炉体倾动电液比例控制系统203

第8章连铸设备液压控制系统207

8.1连铸机工艺及设备介绍207

8.2连铸机台上设备液压控制回路209

8.2.1大包回转台液压系统210

8.2.2大包包盖控制液压系统215

8.2.3大包滑动水口控制216

8.2.4中包车行走控制218

8.2.5中包升降控制221

8.3铸流设备液压控制系统224

8.3.1结晶器液压控制回路225

8.3.2振动台液压控制回路231

8.3.3扇形段辊缝调整液压控制回路232

8.3.4驱动辊压下控制液压系统236

8.4连铸机台下设备液压控制系统238

第9章带钢热连轧液压传动系统240

9.1热轧钢板及轧制工艺简介240

9.2步进式加热炉液压传动系统242

9.2.1步进梁式加热炉简介242

9.2.2步进梁升降液压传动系统243

9.2.3步进梁进退液压传动系统243

9.2.4装出钢机液压传动系统244

9.2.5装出料炉门液压传动系统248

9.3定宽压力机液压系统249

9.3.1定宽压力机作用与原理249

9.3.2定宽压力机的结构组成250

9.3.3定宽压力机入口夹送辊控制液压回路252

9.3.4压力机定宽的优点252

9.4热轧机典型液压传动系统253

9.4.1粗轧机液压辊缝调整（AGC）的结构253

9.4.2粗轧机带钢宽度AWC控制液压阀台254

9.4.3精轧机液压系统255

9.5卷取机液压系统259

9.5.1卷取机导卫液压控制259

9.5.2卷取机夹送辊液压控制261

9.5.3卷取机助卷辊控制液压回路262

9.5.4卷取机卷筒控制液压回路264

第10章带钢酸洗及冷连轧机组液压系统266

10.1热轧酸洗线液压回路266

10.1.1热轧酸洗线机组概述266

10.1.2入口步进梁液压回路267

10.1.3钢卷上料小车液压回路268

10.1.4开卷机抗折弯辊液压回路270

10.1.5启卷器典型液压回路271

10.1.6双层剪液压回路274

10.2冷连轧轧机液压回路275

10.2.1传动带助卷器回路275

10.2.2卸卷小车液压回路277

10.2.3中间辊窜辊液压回路279

10.2.4轧辊平衡及弯辊液压回路282

10.3钢带连轧跑偏控制系统介绍与分析284

10.3.1带钢纠偏系统的作用及功能284

10.3.2带钢纠偏系统的设备介绍285

第11章带钢轧机液压伺服系统应用案例290

11.1轧机带钢厚度控制（AGC）系统290

11.1.1AGC系统概述290

11.1.2带钢厚差控制原理292

11.2轧机的辊缝调节液压压下系统294

11.2.1五机架冷连轧机辊缝控制液压系统294

11.2.2森吉米尔可逆式冷轧机压下装置液压系统299

11.3轧机的辊缝调节液压推上系统303

11.3.1双机架平整机组液压辊缝调节液压系统303

11.3.2UCM六辊轧机的压上系统311

11.3.3某1700mm热轧厂热平整作业线平整机液压推上系统314

11.4各类AGC系统特点综述317

11.4.1辊缝调节系统的控制方式317

11.4.2辊缝调节系统使用的检测元件319

11.4.3辊缝调节系统的辊缝调整缸319

11.4.4辊缝调节液压系统的组成与要求320

11.5CVC连续可变辊缝控制技术及其液压系统320

11.5.1CVC技术功能原理320

11.5.2CVC液压系统321

11.6轧机的液压弯辊系统323

11.6.1弯辊系统概述323

11.6.2双机架平整机150MPa液压弯辊系统324

11.6.31700mm热轧精轧机弯辊系统329

11.6.4森言米尔轧机轧辊凸度调整331

11.6.5液压弯辊系统的特点333

11.6.6液压弯辊系统今后的发展方向335

11.7轧机带钢液压跑偏控制335

11.7.1带钢液压跑偏控制概述335

11.7.2光电液跑偏控制系统类型和组成336

11.7.31700mm冷轧带钢厂光电液跑偏控制系统337

第12章液压伺服系统的设计与校正340

12.1液压伺服系统的方案设计和负载计算341

12.1.1明确实际工况对伺服系统的设计要求341

12.1.2拟定控制方案并绘制系统框图341

12.1.3计算负载力并绘制负载-速度曲线342

12.1.4选择供油压力（伺服阀的进口压力）342

12.2液压伺服系统动力元件的选择343

12.2.1按效率原则选择动力元件343

12.2.2按负载选择动力元件346

12.2.3按固有频率选择动力元件346

12.2.4选择执行元件（含惯性负载）347

12.2.5选择或设计液压能源349

12.2.6传感器的选择350

12.3液压伺服系统设计的校验350

12.3.1确定系统的开环放大系数k350

12.3.2选择伺服放大器及确定其增益系数ka352

12.3.3校验系统的稳定性352

12.3.4校验系统的稳态误差352

12.3.5校验系统的动态品质353

12.4液压伺服系统的校正354

12.4.1积分校正（滞后环节）355

12.4.2微分（超前）校正356

12.4.3滞后-超前校正357

12.4.4反馈校正361

12.5液压伺服系统设计案例361

12.5.1EPC系统简介361

12.5.2液压缸负载环节的传递函数Gh(s)363

12.5.3EPC系统的动特性分析364

12.5.4CP机组改造后EPC系统的动特性预测366

12.5.5CP机组改造后卷取精度预测367

12.5.6CW机组EPC系统的性能指标分析369

12.5.7系统性能分析结论371

第13章冶金设备液压系统的故障处理373

13.1冶炼设备液压系统的故障分析与诊断373

13.1.1SGXP-240泥炮液压控制系统的故障分析373

13.1.2炼钢连铸液压传动系统故障分析375

13.1.3钢包提升装置液压系统故障分析及改进措施376

13.1.4薄板坯连铸机液压振动台故障的诊断378

13.2板带热轧机液压系统故障的诊断与排除380

13.2.1轧机AGC系统故障诊断380

13.2.2轧机CVC（变凸度控制）系统故障分析383

13.3卷取机液压系统故障诊断与排除385

13.3.1卷取机侧导板液压系统故障分析及排除385

13.3.2卸卷小车失压事故分析及处理389

13.4钢卷运输设备液压故障诊断与排除389

13.4.1钢卷升降运输小车液压系统故障分析389

13.4.2热轧厂运输线液压升降台故障分析与排除392

13.5现代测试仪器在液压系统故障诊断中的应用395

13.5.1设备运行记录仪信号用于连轧线活套液压系统故障诊断395

13.5.2FFT分析仪在轧机液压压下伺服控制系统故障诊断中的应用396

13.5.3HMG2020型测试仪测试系统动态压力用于故障诊断398

13.6液压系统泄漏故障及处理400

13.6.1液压系统泄漏故障概述400

13.6.2密封失效分析401

13.6.3连铸机大包回转台托臂液压缸密封改进实例403

第14章液压传动知识导读405

14.1液压传动知识各章要点405

14.1.1第1章液压传动基本知识要点405

14.1.2第2章、第3章液压泵、液压马达和液压缸内容要点405

14.1.3第4章液压阀内容要点406

14.1.4第5章液压辅件内容要点406

14.1.5第6章液压基本回路内容要点406

14.2液压传动例题解答406

14.3液压传动思考题与习题412

14.3.1第1章液压传动基本知识思考题与习题412

14.3.2第2章、第3章液压泵、液压马达和液压缸思考题与习题414

14.3.3第4章液压阀思考题与习题417

14.3.4第5章液压辅助装置思考题与习题417

14.3.5第6章液压基本回路思考题与习题418

参考文献421

后记422

 

融合了电气和计算机控制的液压传动与控制技术是现代制造工程的基础技术。液压传动可在较大的散布区域内向各方位输送被精准调控的较大动力，这是现有机械传动无法实现的，同时，液压传动的功率密度比又大得令电力传动相形见绌。这些液压传动的优点正好适应了现代冶金设备对传动的需求，所以，现代冶金设备广泛应用了液压传动与控制技术，可以说，离开了液压传动与控制，就没有现代冶金设备。从20世纪七八十年代的武钢1700工程、上海宝钢工程开始，国内冶金设备中液压传动与控制技术的大规模成套应用已经走过了40年左右的历程。目前，国内的各大型冶金企业，从冶炼到轧制，从输送到成型，在冶金生产的全流程中，液压传动与控制系统已无处不在。液压传动与控制技术已成为冶金行业工程技术人员不可或缺的知识。 为了给在职或正在院校学习准备入职冶金设备行业的工程技术人员提供包含冶金设备液压传动与控制知识的技术参考书和教材，受中国机械工程学会流体传动与控制分会委托，我们历时7年编著了本书。本书在编著过程中，选录了编者相关的论文和教材，参考了相关的科技文献（编者对引用的参考文献的作者深切致谢），对数千页的冶金设备技术资料进行了取舍和改写，还依据现行国标重新绘制了400余幅附图。书中列举的冶金设备液压传动与控制案例均来自具有国际先进水平的冶金生产线。 本书提及的液压传动理论知识，是为了说明冶金设备液压传动与控制系统的原理，也是编者依据40年从业冶金设备液压传动与控制教学科研的实际体会择需选入的，并且在选入时，精简了对通用元件的介绍，强化了冶金设备液压系统中常用的二通插装阀、伺服阀和比例阀的说明，所选内容既适合初学者掌握，又能满足专业技术人员的需求。本书的特点是：紧密结合先进的冶金工艺流程和的冶金设备来介绍液压传动与控制技术，将液压传动与控制的基本理论融入主机设备和工艺流程之中。脱离主机和具体工况，就液压论液压，把液压知识局限在流量和压力的计算上，这是不可取的。液压传动与控制不是传动的钥匙，离开了主机和工况，液压传动与控制就是空中楼阁，不可实用。从这一观点出发，编者向冶金设备行业的工程技术人员和大学学生特推荐本书。本书的另一特点是：传动与控制并重、液压与电控结合。离开了电控（含传感器技术和计算机控制）就没有现代液压传动与控制技术。 书中第1章~第6章讲解了液压传动的基本理论和知识（液压流体力学、液压泵、液压马达与液压缸、液压控制阀、液压辅件和液压基本回路）；第7章~第11章结合国内各大型冶金企业的设备实例，介绍了主要冶金设备（包括冶炼设备、连铸设备、热连轧线、酸洗线、冷连轧线）液压传动系统和带钢连轧液压伺服控制系统；第12章液压伺服系统的设计与校正和第13章冶金设备液压系统的故障处理是前11章内容和知识的综合应用，有助于提高读者对冶金设备液压传动与控制系统的综合分析能力。考虑到初学读者和高等学校教师的需求，第14章中列出了液压传动理论的知识要点、例题及习题。 本书的编写得到了“华冶”液压专业（原冶金部所属华东冶金学院流体传动与控制专业，现安徽工业大学机械自动化系）教师和校友的大力支持与帮助。工作在宝钢集团有限公司（以下简称宝钢）、马鞍山钢铁股份有限公司（以下简称马钢）、武汉钢铁集团公司（以下简称武钢）等各大钢铁公司的“华冶”液压校友，为本书的编写提供了丰富的资料和图片，参与编写的作者也都是“华冶”液压的教师和校友。本书的出版是“华冶”液压校友团结努力的成果，也是对“华冶”流体传动与控制专业设立30周年的纪念和庆祝。 本书的第1、2、7、11、12、13章由安徽工业大学方庆琯编写，第3、4、5、6、14章由安徽工业大学方庆琯、邓克、王刚、叶小华编写，第8、9、10章由马钢钱有明、朱培显、姚威、郑圆编写。全书由方庆琯统稿。参与本书策划及编写工作的还有安徽工业大学包家汉、黄建中和马钢戴本俊。肖红涛、朱立勇、方皓、胡勇、程伟、张超参与了本书电子文档的整理和附图绘制。为本书出版提供帮助的还有安徽工业大学在宝钢、上海宝冶集团有限公司（以下简称宝冶）、武钢、中国重型机械研究院的校友曾兵、何波、徐笑、解通护等。 承蒙燕山大学副校长、中国机械工程学会流体传动与控制分会主任委员、博士生导师孔祥东教授主审了本书。孔教授及权凌霄老师、艾超老师认真审阅了书稿，对本书的章节规划、内容取舍、公式推导、图文规范都提出了严谨的修改意见。编者在此对孔祥东教授及权凌霄、艾超两位老师表示衷心感谢。 编者