电池极片轧机液压系统的建模仿真与实验研究

电池极片轧机液压系统的建模仿真与实验研究

曹计红

邢台海裕锂能电池设备有限公司河北邢台054000

摘要：为了提高轧机轧制的效率和质量，对极片轧机的液压系统进行了分析，并给出了负载电池极片的特征方程，包括液压泵站系统建立仿真模型，对不间断的轧制力和恒位移两种方法进行了对比实验和仿真分析。仿真结果与实验结果基本上是相同的，这表明所建立的仿真模型具有实际的参考价值，对液压控制系统的参数优化和设置提供了基础。

关键词：极片轧机；液压控制；建模仿真；实验研究

前言

传统电池极片轧机采用液压站提高油缸压力，通过手动调整确定辊缝，属于离线方式调整辊缝，无法完成的非常数轧制的轧制力，并调整繁琐，准确性差，特别是很少双层涂层浆时，单层涂层部分滚动效果很差。本文将在线调整能力的液压自动厚度控制技术引入电池极片轧机，它具有结构简单、灵敏度高，能满足严格的厚度精度要求，并且可以根据需要灵活设置滚动的方法，提高极片的自动化的优点，精度和一致性。

1压力自动控制系统的工作原理

压力控制通信的工作原理是：在轧制极片轧机，首先在极片进入工作辊间隙，需要一个相对准确的负荷设置或轧制力设定；第二在轧制过程中为了保证出口的实际厚度，必须根据实际情况调整辊缝的大小。位置控制最基本的计算，根据设定的期望位置的数量值或轧制力值，然后通过伺服液压缸位置传感器或轧制力传感器反馈信号，用于确定当前实际压力；通过调整输出伺服阀控制电流和驱动伺服阀控制伺服压缸的位移动作调整设定值。

2实验对象

本文以某公司和合作开发的液压?800毫米极片轧机为研究对象，轧机主要技术参数如下：辊直径800毫米，700毫米的有效宽度，最大轧制力为200t，20毫米的范围。

液压控制系统的特点直接影响轧制效率和推出极片的质量。在本文中，通过液压控制系统的动态仿真为液压系统的性能参数进行预测和分析。

3仿真模型建立

本文作者研究轧机液压控制系统的操作侧和传动侧对称安排，在AMEESIM草图模式下，适当简化，建立液压系统仿真模型如图1所示，极片轧机操作侧和传动侧，只单方面的液压控制系统的研究。每个部分的分析如下：

3.1机械系统

14和15的质量M2模拟机架与缸体的等效运动质量和刚度。14、16和18分别模拟伺服液压缸、上辊和下辊，辊系统的多个自由度的模型。

3.2液压系统

系统油源恒压变量泵、伺服液压缸的无杆腔连接伺服阀杆轧制过程中通过减压阀的组合腔，安全阀和低压蓄能器保持常数。

3.3控制系统

轧机控制器采用欧姆龙PLC，电池极片恒压或恒位移可以用滚动方式反馈控制回路PID控制算法。PLC实现10ms的中断功能反馈控制的采样周期。

4仿真与实测数据对比分析

为了验证模型建立的正确性，并比较空载和滚动双对称涂板模拟和实验曲线。实验和数据采集极片轧机采用PLC控制系统，PLC的数据收集和使用时间中断功能，采样周期为5ms。

4.1空载时压机响应特性

使用轧制力闭环时，给系统一个480kn到560kn步骤说明，我们可以发现，上升时间为150毫秒，415毫秒的时间调整，超过12%。对应辊缝值从80微米到0，轧机单边1000kn/毫米，纵向刚度的仿真曲线和实验曲线吻合，表明该模型是正确的。

4.2带极片轧制时的响应特性

在轧制涂料浆基带，由于负载变化，轧制力剧烈波动。常数轧制力的仿真结果与实测曲线。开始测量曲线约1.3s，辊从基带部分的一部分突然变薄极片厚度，轧制力降低到380kn，为了维持一个恒定的轧制力，活塞位置将减少到40微米110微米，当再次轧制有料浆的部分，活塞位置恢复原始值，会有向上波动过渡阶段的轧制力。仿真曲线要比实际曲线偏差大些，是由于模型中没有考虑摩擦力。从实验中可以看出，当没有涂料的极片部分通过轧辊时，轧制力最大偏差在5％以内，在0.27s内调节到位，可以满足恒轧制力要求。

4.3有杆腔压力波动分析

为了分析液压缸杆侧压力变化，使用闭环轧制，轧制力测量有杆腔液压油压力随时间变化曲线如图2所示，1.3s轧制的一部分的纸浆，突然变薄的厚度，继续轧制力常数，液压缸活塞将下来，突然小杆腔，杆腔压力从1.1MPa提高到1.3MPa，由于蓄能器吸收压力波动，一部分减压阀导阀和安全阀也有溢出的影响，使杆腔油内迅速减少0.25到0.25MPa，再次辊压浆的一部分，无杆腔体积增加，压力减少，和安全阀打开，使液压杆室的迅速恢复。由于实际系统背压控制同时，两侧的传动侧和操作侧只有一侧的控制和仿真，仿真结果压力波动小于实验结果。

5单双层极片的压制仿真研究

传统液压站提高油缸压力类型的电池极片轧机不能滚动双层涂布电池极片，做实验时的不对称涂布电池极片，单身和双层涂层使用轧制力闭环轧制尺寸电池极片的模拟结果。从双边涂料浆部分单边涂料、轧制力波动下降，但能够快速返回到设定值的轧制力，保证基本恒定的轧制力。可以使用这个主题设计的轧机等电池极片，克服传统的液压站提高油缸压力电池极片的缺点。

6结束语

液压伺服式电池极片轧机辊缝和轧制力是恒定的常数，对应的控制量波动较小，响应速度满足要求。当巨大的变化在板的厚度时可以保持恒定的压力，对电池极片滚动交替单、双层涂层。利用AMESIM仿真模型建立的800毫米电池极片轧机也考虑在模型中有杆腔背压波动在轧制过程。通过比较，非常数轧制辊缝和轧制力模拟的测量数据验证模型具有实际意义，为后续极片轧机设计提供了一定的理论指导。

参考文献

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