CN101201276A - 沉没辊两端轴颈受力的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉没辊两端轴颈受力的检测方法和装置，通过检测带钢左右两边部的振动信号，来检测沉没辊两端轴颈受力，步骤为对带钢施加张力，使带钢保持张紧状态；对带钢施加外力，激励带钢产生振动；然后使用该装置测量带钢的振动信号；对步骤C中的振动信号进行低通滤波和频谱分析，得到振动频率；根据带钢张力与振动频率的函数关系，计算出带钢两边张力差；根据沉没辊轴颈受力与带钢两边张力差的函数关系，计算出沉没辊轴颈受力差。采用本方法和装置，简单方便，准确性高，能够快速检测沉没辊两端轴颈受力状况，根据检测结果调整沉没辊与顶辊的平行度，确保沉没辊与顶辊之间平行，从而避免沉没辊的轴颈磨损、咬死，甚至断轴。

Description

沉没辊两端轴颈受力的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及热镀锌带钢生产中的沉没辊安装定位，更具体地说，涉及一种沉没辊两端轴颈受力的检测方法和装置。

背景技术

在热镀锌带钢的生产过程中，请参阅图1所示，带钢1从退火炉进入锌锅5，经过沉没辊2、气刀4等垂直到达顶辊3，从而完成热镀锌过程。由于热镀锌带钢的生产工况较差，沉没辊及其轴颈完全沉侵于锌液中，时常会发生沉没辊辊面被腐蚀、需要经常更换沉没辊。由于沉没辊及其轴颈完全沉侵于锌液中，目前还没有相应的方法来直接测量沉没辊两边轴颈的受力状况，只能靠经验安装定位。请再参阅图2所示，但是靠经验安装沉没辊容易使沉没辊2与顶辊3平行度发生偏差，由于沉没辊2与顶辊3相距达几十米，带钢1张力很大，导致沉没辊2两边轴颈受力不均匀，形成一个很大的力矩，该力矩使沉没辊2的轴颈磨损加剧，引起轴颈咬死，甚至断轴等故障，成为生产的瓶颈。

发明内容

针对现有技术中存在的上述容易引起沉没辊两边的轴颈磨损、引起轴颈咬死、甚至断轴的缺点，本发明的目的是提供一种沉没辊两端轴颈受力的检测方法和装置，该方法和装置能够根据热镀锌带钢两边振动频率的差别来检测沉没辊两边轴颈的受力状况，从而避免轴颈磨损、咬死，甚至断轴。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该沉没辊两端轴颈受力的检测方法，通过测量带钢左右两边部的振动信号，来检测沉没辊两端轴颈受力，该方法采用如下步骤：

A.对带钢施加张力，使带钢保持张紧状态；

B.对带钢施加外力，激励带钢产生振动；

C.测量带钢的振动信号；

D.对步骤C中的所测量的带钢振动信号进行频谱分析，得到振动频率；

E.根据带钢张力与振动频率的函数关系，计算出带钢两边张力差；

F.根据沉没辊轴颈受力与带钢两边部张力差的函数关系，计算出沉没辊轴颈受力差。

根据步骤B中，

对带钢左边部施加外力使带钢产生位移偏移，然后突然撤去外力，使带钢在初始位移作用下产生自由振动；对带钢右边部施加外力使带钢产生位移偏移，然后突然撤去外力，使带钢在初始位移作用下产生自由振动。

对带钢施加的横向力至少左右各一次。

所述步骤C中的振动信号的测量的具体步骤如下：

C1.使用传感器测量带钢位移振动；

C2.使用低通滤波器滤掉高频信号；

C3.使用A/D转换器将模拟量信号转换为数字量信号；

C4.使用信号存储器保存振动信号。

所述步骤C1中使用的传感器为激光位移传感器，所述步骤C2中使用的低通滤波器的截止频率设为10Hz。

根据步骤D中，

对步骤C中得出的每次带钢左边部的振动信号进行FFT计算，然后作统计和平均处理，得到频谱图，在频谱图中取最大幅值对应的频率即为左边部振动频率；对步骤C中得出的每次带钢右边部的振动信号进行FFT计算，然后作统计和平均处理，得到频谱图，在频谱图中取最大幅值对应的频率即为右边部振动频率。

所述的步骤E中，

使用的带钢张力与振动频率的函数关系的计算公式为

$T_e=k\frac{{4L}^2\mathrm{\ρ}}{g}({{\mathrm{\ω}}_z}^2-{{\mathrm{\ω}}_y}^2)$

其中，Te为带钢两边边部张力差，k为修正系数，L为沉没辊与顶辊之间的距离，ρ为带钢线密度，g为重力加速度，ω_z为带钢左边部的振动频率，ω_y为带钢右边部的振动频率。

所述的步骤F中，

使用的沉没辊轴颈受力与带钢两边张力差的函数关系的计算公式为

$F_e=\frac{w}{2h}{T}_e$

其中，Fe为沉没辊轴颈受力差，Te为带钢两边边部张力差，w为带钢宽度，h为沉没辊轴颈距离。该沉没辊两端轴颈受力的检测装置包括传感器和受力分析仪，传感器测量带钢位移振动，并将测量出的振动模拟量传输给受力分析仪。

该沉没辊两端轴颈受力的检测装置包括传感器和受力分析仪，传感器测量带钢位移振动，并将测量出的振动模拟量传输给受力分析仪。

所述的受力分析仪进一步包括低通滤波器、A/D转换器、信号存储器、FFT计算单元、统计平均单元、最大值提取单元、受力计算单元；所述的低通滤波器接收振动模拟量并滤掉高频模拟量信号，将得到的低频模拟量信号输入A/D转换器，A/D转换器将低频模拟量信号转换成低频数字量信号后输入信号存储器并保存，FFT计算单元对信号存储器中的低频数字量信号进行傅立叶变换后，输入统计平均单元进行统计和平均处理，消除随机干扰并得到频谱图，最大值提取单元对频谱图选取最大幅值所对应的频率即为带钢左右两边部的振动频率，最后受力计算单元进行计算，得出沉没辊轴颈受力差。

所述的传感器为激光位移传感器。

所述的受力分析仪还包括显示器，显示器显示出时域信号、频域信号和计算结果；

所述的低通滤波器的截止频率为10Hz。

所述的受力计算单元进行计算的公式为：

$T_e=k\frac{{4L}^2\mathrm{\ρ}}{g}({{\mathrm{\ω}}_z}^2-{{\mathrm{\ω}}_y}^2)$ $F_e=\frac{w}{2h}{T}_e$

其中，Te为带钢两边边部张力差，k为修正系数，L为沉没辊与顶辊之间的距离，ρ为带钢线密度，g为重力加速度，ωz为带钢左边部的振动频率，ωy为带钢右边部的振动频率，Fe为沉没辊轴颈受力差w为带钢宽度，h为沉没辊轴颈距离。

在本发明的上述技术方案中，该检测方法通过检测带钢左右两边部的振动信号，来检测沉没辊两端轴颈受力，步骤为对带钢施加张力，使带钢保持张紧状态；对带钢施加外力，激励带钢产生振动；测量带钢的振动信号；对步骤C中的振动信号进行低通滤波和频谱分析，得到振动频率；根据带钢张力与振动频率的函数关系，计算出带钢两边张力差；根据沉没辊轴颈受力与带钢两边张力差的函数关系，计算出沉没辊轴颈受力差。该沉没辊两端轴颈受力的检测装置包括传感器和受力分析仪，传感器测量带钢位移振动，并将测量出的振动模拟量传输给受力分析仪。采用本方法和装置，简单方便，准确性高，能够快速检测沉没辊两端轴颈受力状况，根据检测结果调整沉没辊与顶辊的平行度，确保沉没辊与顶辊之间平行，从而避免沉没辊的轴颈磨损、咬死，甚至断轴。

附图说明

图1是现有技术的热镀锌带钢生产过程的结构示意图；

图2是现有技术的沉没辊、带钢和顶辊的结构示意图；

图3是本发明的检测方法的流程示意图；

图4是本发明的检测方法的测量振动信号的流程示意图；

图5是沉没辊受力的原理示意图；

图6是本发明的检测装置的检测原理方框示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图3所示，本发明的沉没辊两端轴颈受力的检测方法具体为：当沉没辊安装到位后，开启生产机组对带钢施加张力，当带钢达到设定张力后，机组停机并使带钢保持张紧状态；手持工具对带钢左边部施加一个横向力使带钢位移产生偏移，然后突然撤去工具使外力为零，使带钢在初始位移作用下，产生自由振动；请再参见图4所示，使用激光传感器获取相应的左边部位移振动模拟量信号，使用低通滤波器对振动模拟量信号进行滤波，由于带钢振动频率小于10Hz，将低通滤波器的截止频率设置为10Hz，过滤掉高频振动模拟量信号后，得到低频振动模拟量信号；使用A/D转换器将该低频振动模拟量信号转换为低频振动数字量信号；使用信号存储器将低频振动数字量信号保存在存储器中。多次重复上述过程后，可得到一系列带钢左边部振动信号Yz1(t)、Yz2(t)...Yzn(t)。然后将激光传感器移到带钢右边，使用同样方法，得到一系列带钢右边部振动信号Yy1(t)、Yy2(t)...Yyn(t)。然后对存储器记录的带钢左边部振动信号Yz1(t)、Yz2(t)...Yzn(t)进行FFT计算，然后再进行统计和平均处理，消除随机干扰并得到频谱图，再对频谱图进行选取最大幅值所对应的频率即为带钢左边部的振动频率ωz；使用同样方法获得带钢右边部的振动频率ωy。请结合图5所示，使用带钢张力与振动频率的函数关系的计算公式： $T_e=k\frac{{4L}^2\mathrm{\ρ}}{g}({{\mathrm{\ω}}_z}^2-{{\mathrm{\ω}}_y}^2)$ 来计算出带钢两边张力差，其中，Te为带钢两边边部张力差，k为修正系数，L为沉没辊与顶辊之间的距离，ρ为带钢线密度，g为重力加速度，ω_y为带钢左边部的振动频率，ω_y为带钢右边部的振动频率。最后使用沉没辊轴颈受力与带钢两边张力差的函数关系的计算公式：

$F_e=\frac{w}{2h}{T}_e$

来计算出沉没辊轴颈受力差，其中，Fe为沉没辊轴颈受力差，Te为带钢两边边部张力差，w为带钢宽度，h为沉没辊轴颈距离。

实施例2

请参阅图6所示，本发明的沉没辊两端轴颈受力的检测装置包括传感器和受力分析仪，传感器测量为激光位移传感器，分别测量带钢1左右两边部的位移振动，并将测量出的振动模拟量传输给受力分析仪。受力分析仪进一步包括低通滤波器、A/D转换器、信号存储器、FFT计算单元、统计平均单元、最大值提取单元、受力计算单元；低通滤波器的截止频率为10Hz，接收传感器输入的振动模拟量并滤掉高频模拟量信号，将得到的低频模拟量信号输入A/D转换器，A/D转换器将低频模拟量信号转换成低频数字量信号后输入信号存储器内并保存，可重复多次得到多个带钢1左右两边部的低频数字量振动信号，然后通过FFT计算单元对该低频数字量振动信号进行傅立叶变换后，再输入统计平均单元进行统计和平均处理，从而消除随机干扰并绘制出频谱图，然后再通过最大值提取单元对频谱图进行选取最大幅值所对应的频率，该频率即为带钢1左右两边部的振动频率，最后通过受力计算单元进行计算，得出沉没辊2轴颈受力差。请再结合图5所示，受力计算单元进行计算的公式为：

$T_e=k\frac{{4L}^2\mathrm{\ρ}}{g}({{\mathrm{\ω}}_z}^2-{{\mathrm{\ω}}_y}^2)$ $F_e=\frac{w}{2h}{T}_e$

其中，Te为带钢两边边部张力差，k为修正系数，L为沉没辊与顶辊之间的距离，ρ为带钢线密度，g为重力加速度，ωz为带钢左边部的振动频率，ωy为带钢右边部的振动频率，Fe为沉没辊轴颈受力差w为带钢宽度，h为沉没辊轴颈距离。L、ρ、w、h、k等设备参数由人工输入受力计算单元。受力分析仪还设有显示器，显示器可以显示时域信号、频域信号、计算结果。

本发明的沉没辊两端轴颈受力的检测方法和装置，通过检测带钢两边部的振动信号来检测沉没辊两端轴颈受力，该方法和装置简单方便，准确性高，能够快速检测沉没辊两端轴颈受力状况，根据检测结果调整沉没辊与顶辊的平行度，确保沉没辊与顶辊之间平行，从而避免沉没辊的轴颈磨损、咬死，甚至断轴。

Claims (13)

1.一种沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于，通过检测带钢左右两边部的振动信号，来检测沉没辊两端轴颈受力，该方法采用如下步骤：

A.对带钢施加张力，使带钢保持张紧状态；

B.对带钢施加外力，激励带钢产生振动；

C.测量带钢的振动信号；

D.对步骤C中的所测量的带钢振动信号进行频谱分析，得到振动频率；

E.根据带钢张力与振动频率的函数关系，计算出带钢两边张力差；

F.根据沉没辊轴颈受力与带钢两边部张力差的函数关系，计算出沉没辊轴颈受力差。

2.如权利要求1所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于：

根据步骤B中，

对带钢左边部施加外力使带钢产生位移偏移，然后突然撤去外力，使带钢在初始位移作用下产生自由振动；对带钢右边部施加外力使带钢产生位移偏移，然后突然撤去外力，使带钢在初始位移作用下产生自由振动。

3.如权利要求1或2所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于：

对带钢施加的横向力至少左右各一次。

4.如权利要求1所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于，

所述步骤C中的振动信号的测量进一步包括以下步骤：

C1.使用传感器测量带钢位移振动；

C2.使用低通滤波器滤掉高频信号；

C3.使用A/D转换器将模拟量信号转换为数字量信号；

C4.使用信号存储器保存振动信号。

5.如权利要求4所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于：

所述步骤C1中使用的传感器为激光位移传感器，所述步骤C2中使用的低通滤波器的截止频率设为10Hz。

6.如权利要求1所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于：

根据步骤D中，

对步骤C中得出的每次带钢左边部的振动信号进行FFT计算，然后作统计和平均处理，得到频谱图，在频谱图中取最大幅值对应的频率即为左边部振动频率；对步骤C中得出的每次带钢右边部的振动信号进行FFT计算，然后作统计和平均处理，得到频谱图，在频谱图中取最大幅值对应的频率即为右边部振动频率。

7.如权利要求1所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于：

所述的步骤E中，

使用的带钢张力与振动频率的函数关系的计算公式为

$T_e=k\frac{{4L}^2\mathrm{\ρ}}{g}({{\mathrm{\ω}}_z}^2-{{\mathrm{\ω}}_y}^2)$

其中，Te为带钢两边边部张力差，k为修正系数，L为沉没辊与顶辊之间的距离，ρ为带钢线密度，g为重力加速度，ω_z为带钢左边部的振动频率，ω_y为带钢右边部的振动频率。

8.如权利要求1所述的沉没辊两端轴颈受力的检测方法，其特征在于：

所述的步骤F中，

使用的沉没辊轴颈受力与带钢两边张力差的函数关系的计算公式为

$F_e=\frac{w}{2h}{T}_e$

其中，Fe为沉没辊轴颈受力差，Te为带钢两边边部张力差，w为带钢宽度，h为沉没辊轴颈距离。

9.一种沉没辊两端轴颈受力的检测装置，其特征在于：

该装置包括传感器和受力分析仪，传感器测量带钢位移振动，并将测量出的振动模拟量传输给受力分析仪。

10.如权利要求9所述的沉没辊两端轴颈受力的检测装置，其特征在于：

所述的受力分析仪进一步包括低通滤波器、A/D转换器、信号存储器、FFT计算单元、统计平均单元、最大值提取单元、受力计算单元；所述的低通滤波器接收振动模拟量并滤掉高频模拟量信号，将得到的低频模拟量信号输入A/D转换器，A/D转换器将低频模拟量信号转换成低频数字量信号后输入信号存储器并保存，FFT计算单元对信号存储器中的低频数字量信号进行傅立叶变换后，输入到统计平均单元进行统计和平均处理，消除随机干扰并得到频谱图，最大值提取单元对频谱图选取最大幅值所对应的频率即为带钢左右两边部的振动频率，最后受力计算单元进行计算，得出沉没辊轴颈受力差。

11.如权利要求9所述的沉没辊两端轴颈受力的检测装置，其特征在于：

所述的传感器为激光位移传感器。

12.如权利要求10所述的沉没辊两端轴颈受力的检测装置，其特征在于：

所述的受力分析仪还包括显示器，显示器显示出时域信号、频域信号和计算结果；

所述的低通滤波器的截止频率为10Hz。

13.如权利要求10所述的沉没辊两端轴颈受力的检测装置，其特征在于：

所述的受力计算单元进行计算的公式为：

$T_e=k\frac{4L^2\mathrm{\ρ}}{g}({{\mathrm{\ω}}_z}^2-{{\mathrm{\ω}}_y}^2)$ $F_e=\frac{w}{2h}{T}_e$

其中，Te为带钢两边边部张力差，k为修正系数，L为沉没辊与顶辊之间的距离，ρ为带钢线密度，g为重力加速度，ωz为带钢左边部的振动频率，ωy为带钢右边部的振动频率，Fe为沉没辊轴颈受力差w为带钢宽度，h为沉没辊轴颈距离。

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