用于结晶器振动的电液控制步进液压缸研究

　　1 概述

　　电液控制步进液压缸是集成精密机械、液压、电气于一体的高技术专用产品，用于板坯连铸结晶器振动。在板坯连铸结晶器振动中，一般情况下大吨位结 晶器用双缸同步驱动，较小吨位的结晶器用单缸驱动。本文将结晶器总的运动质量当量分配到单台油缸上，然后进行技术分析与油缸设计。

　　2 主要技术要求

　　运动质量: 50000 kg; 液压缸行程: 30 mm; 工作频率范围: DC-5 Hz( 300 cpm) ; 振动波形: 正弦波、非正弦波; 最大振动幅值: ±3 mm; 最大振动速度: ±94. 25mm / s; 最大振动加速度: 2. 96 m / s2; 定位精度: ± 0. 1mm; 分辨率: 0. 05 mm / 脉冲; 不间断连续工作。

　　3 结晶器振动步进液压缸负载特性分析

　　根据上述结晶器振动的技术要求，得知重力为490 kN，按照频率为5 Hz、振幅3 mm 正弦时计算交变惯性力的幅值为148 kN，即最大负载力为638 kN，最小负载力为342 kN。5 Hz 频率3 mm 振幅正弦振动负载特性曲线如图1 所示，由此可以看出结晶器振动步进液压缸具有以重力为主以交变惯性力为辅的负载特性。

　　4 技术方案

　　根据结晶器振动以重力为主以交变惯性力为辅的负载特性，步进液压缸采用单出头大速比液压油缸，液压缸有杆腔直接供给高压油、无杆腔压力伺服调 节，三通伺服阀控制的技术方案。通过步进电机驱动滚珠丝杠旋转并带动螺母和伺服阀阀芯上下直线运动，步进液压缸的活塞轴跟随伺服阀阀芯上下运动。液压缸的 位移检测是通过耦合齿轮带动绝对值编码器进行测量。

　　在分析计算的基础上，液压缸的速比选用 φ =4。对于大推力较小行程的结晶器振动油缸，大推力意味着活塞与活塞杆直径大，在活塞杆内部容易设计布置步进液压缸控制所需三通伺服阀的滚珠丝杠螺母传动 装置、伺服阀芯、阀套与相关油路，这样可以有效利用液压缸的内部空间，使得结晶器振动液压缸结构紧凑。

　　由步进电机驱动、滚珠丝杠螺母传动的三通大流量伺服阀，为直动式伺服阀，这样可减少系统控制环节，提高工作可靠性。大流量直动式伺服阀的唯一缺点就是阀芯液动力较大，这可以通过合理设计滚珠丝杠与步进电机的技术参数来满足驱动阀芯运动的动力要求。

　　对于板坯连铸结晶器振动，还可以采用外置电液伺服阀控制非对称伺服油缸与位移传感器闭环伺服系统来实现。这种方案的优点是采用模块化设计，系统 集成容易，维护方便，但是系统中的核心控制元件电液伺服阀必需采用三级大流量伺服阀，系统环节增多，抗污染能力差，所以导致系统工作可靠性较低。