弹簧负载力在考虑轧机压下系统弹簧负载时应分别考虑由轧机机械弹簧负载力和液压负载弹簧力。而液压弹簧负载力仅在系统动态特性时起作用。在轧制中,轧机和轧件之间发生力的相互作用。
当轧件由原始厚度H1被轧制成H2时,轧件的变形抗力作用于工作辊,经过支承辊及其轴承座传递到压下缸,形成压下缸的负载力。使压下缸内建立起工作压力PL,从而形成轧制力F.轧制力F与负载力相平衡,形成压下量C.压下缸的上支承点经过机械压下丝杠丝母再把作用力传递到机架,使机架发生弹性变形,形成弹跳量S.压下量:C=FKM式中C:压下量;F:单侧轧制力;KM:轧件材料刚度。
大多数文献都称KM为轧件材料刚度,显然用“刚度”表述是不准确的。实际上它是材料塑性变形曲线的斜率,应称作材料塑性变形系数。因为它超过材料的弹性极限而产生不能再恢复的塑性变形,故也就不再具有弹簧性质。所以在动态分析中,轧件材料刚度不应考虑。轧件材料刚度只能用于计算静态增益,动态分析不涉及该参量。弹跳量:S=FKs式中S:机架弹跳量;Ks:轧机结构刚度。
压下缸位移:y=C+S=FKM+FKs=FKL式中KL:负载弹簧刚度单侧轧制力:F=KL(C+S)=KLy则FD3=F=KLy(压下缸运动方程的位移项)在传递函数的稳态项(增益)与动态项(指分母的特征方程)中,负载弹簧刚度KL按不同公式确定:在稳态项:1KL=1KM+1Ks;KL=KMKsKM+Ks(计算稳态增益用)在动态项:KM不考虑,KL=Ks(传递函数特征方程用)由于轧件的机械刚度随材质、温度等因素而变化,同时轧件厚度的不均匀又会引起变形抗力的变化(机架结构刚度是常数,可通过补偿修正),因此在工作点上又附加一个扰动力。液压压下系统是位置闭环控制系统,只有出现位置偏差时才能实现调节作用。当负载力与与工作压力形成的轧制力失去平衡后,压下缸位移的形成还要经过工作腔压缩或膨胀过程的延迟,这一过程将直接影响位置系统对扰动力的响应。
流体的“液压弹簧”它表示油液在密闭容积内受压后具有弹性效应。然而静态下的液压实际上是不存在,因为液压元件内部的容腔都存在泄漏,伺服阀的控制节流口不断地开启或关闭,也就不存在绝对密封的压缩容积。在考虑系统动态时,流体的“液压弹簧”和机械部分的质量都是贮能元件,它们的相互作用在液压元件中将产生谐振现象,决定了该液压元件的液压固有频率。实质上液压固有频率是对液压元件动态性能的限制,所以在计算液压固有频率和解释动态响应时,液压弹簧可以认为是一个“动态”弹簧。
压下缸工作腔油液的液压弹簧刚度KH的表达式为:KH=BeA2aV0式中KH:液压弹簧刚度;Aa:压下缸工作面积;V0:从伺服阀主没阀出口到压下缸活塞的总容积;Be:油液有效容积模数油液有效容积模数值因在实际液压系统中是有泄漏的,不可能绝对密封;另外油液中参杂的空气量直接影响该值,所以Be是一个变参数。
液压压下系统伺服阀控缸特性分析对液压压下位置闭环系统、负载压力反馈的力闭环控制系统和轧制力反馈的力闭环控制系统中阀控缸传递函数进行简化。为了系统分析方便,伺服阀传函采用从控制电流IC到负载流量QL,因此阀控缸传函采用从负载流量QL到压下缸位移(或负载压力、轧制力)。
在系统中加上适当的校正环节来减少相位延迟的影响是可取的,但实际使用中必须注意系统部件老化带来的相位延迟影响。