CN101480665A - 张力-板形测量-调整仪 - Google Patents

Abstract

本发明用于金属带材的轧制生产线，对带材张力及张应力分布进行在线检测并调节。它主要包括分段辊，分段辊位置调整机构，分段辊是专利公开号CN101288880A公布的一种张应力分布控制辊－TDCR。在TDCR每个缸上新装有一套位置和压力传感器，传感器提供带材平直度信号，缸根据信号的大小调节带材的平直度。分段辊安装在位置调整机构上，由装有一套位置和压力传感器的缸驱动，传感器提供带材的张力信号，缸根据信号的大小调节带材的张力。本发明将张力的检测－控制与张应力分布的检测－控制分离，提高了张力和张应力分布检测－控制的精度，扩大了控制范围。本发明可与各种板形控制方式结合，组成板形综合控制系统，对各种板形缺陷加以调整。

Description

张力-板形测量-调整仪

技术领域

本发明适用于带材的连续生产线，更适用于金属带材的连续轧制生产线，它可以对带材张力及张应力分布进行在线连续检测，同时对张力及张应力分布进行调节，进而控制板形。

背景技术

作为轧制过程的一个重要变量—张力，早已为人们所重视，并用到了板形控制中。英国钢铁研究会(BISRA)曾在1972年提出过，以改变开卷张力作为一种控制手段的板形控制方案。但它仅仅考虑改变张力值，并没有涉及利用张应力沿横向的分布来控制板形。

意大利M.包弗西(Borghesi)等人在1980年东京钢铁轧制国际会议上提出“Borghesi，M.et al.，Proc.Int.Conf.on Steel Rolling，Tokyo，1980，PP.760—771.”，用改变后张力的方法来改善板形，如图1所示，在轧机入口处距轧机一定距离(L)的位置上，安装一个张应力分布控制辊，该辊是由几个短辊组合成的，各短辊可以单独升降，向带材(钢)施加必要的压力，从而改变带材的张应力分布。这个辊称为张应力分布控制辊—TDCR(Tension Distribution ControlRoll)。在轧机出口处，安装普通的组合辊式板形检测装置，检测横向分布的张应力。板形检测装置的检测值控制TDCR的升降，改变张应力分布，直到检测到的张应力分布均匀为止。M.包弗西等人虽然提出了一整套通过改变后张力来改善板形的方法，但没有提出具体的实施方案。

日本钢管的冈户克、有村透等人认真分析了不均匀张应力分布的扩展范围

及前、后张应力在板形控制中的作用，提出了用改变前张应力分布来控制板形的新设想【“冈户 克ほか，日本钢管技报，1982，№92，16.”，“有村 透ほか，昭和54年度塑性加工春节讲演会论文集，日本塑性加工学会，1979，pp.409—412.”，“Okado，M.et al.，A New Shape Control Technique for Cold Strip Mills，AISERolling Mill Conf.，Pittsburgh，America，1981.”】，这种TDC装置的结构如图2所示，它有一对倾斜短辊(1)，可由调节机构对它的高度和倾斜角度进行调节。当倾角调整链轮(4)由步进马达(6)通过链条(5)驱动后，进一步驱动链条(3)并带动偏心轮(2)转动，从而改变控制辊的倾斜角度。辊的提升由液压缸(7)推动，整体升降。当改变控制辊的高度和倾斜角度时，就对带钢边部施加了不同的力，产生了不同的张应力分布。当将TDC装置安装在轧机出口处时，倾角改变可以明显地改变板材的翘曲度，从而明显地改变板形。

应当指出，图2给出的TDC装置仅仅在带材(钢)的边部区域施加张力，当出现中波时用它消除是有效的，而对中波以外的板形缺陷很难加以控制，同时该装置结构复杂而庞大，在实际应用中受到很大限制，并且它也无法与板形辊相对应，板形的控制效果受到了极大的限制。

中国专利申请号为：200810114678.7的发明公开了一种张应力分布控制辊(TDCR)，图3是它的剖视图，它由若干套在空心轴上的轴承构成，轴承内圈的内径较空心轴的外径大，轴承的轴向尺寸，可与板形测量辊的辊片的轴向尺寸(52mm)相同。张应力分布控制辊空心轴中心处的1个或1个以上的轴承可由1个轴套替代，轴套外径尺寸小于轴承外圈的外径尺寸，并且轴套与空心轴之间动配合装配，轴套的轴向尺寸是轴承轴向尺寸的整数倍。空心轴上含有与轴承相对应的缸体，缸体内的活塞在压力作用下可使轴承上下移动，并通过比例伺服机构对压力进行控制，改变施加在带材上的作用力，使张应力分布趋于均匀，进而达到控制板形的目的。

应当指出TDCR对张应力的调节范围受到一定的限制，并且不能对带材张力进行调节，没有检测带材张力和张应力分布的功能。

美国联合工程公司和国际轧钢咨询公司与乔治.科勒可有限公司1986年研制的板形检测仪-活套支撑器【G.F.Kelk，et al，“New Developments Improve HotStrip Shape：Shapemeter-Looper and Shape Actimeter，”Iron and Steel Engineer，Aug.1986.pp.48-56.】见图4和图5。图中表明这种设计与应用在带钢热轧精轧机组机架之间的传统活套支撑器的设计相类似。板形检测仪-活套支撑器取代了传统活套支撑器臂，保留了原来的传动装置。这套新的装置继续保持恒定的秒流量，同时也保持轧机机架之间恒定的带钢张力。

为了实现测量带钢宽度上的张力变化，由一排分段辊(10)代替常规的全长辊，每个分段辊都有自己的轴承和心轴。这些辊的长度均为152mm，辊中心处的直径是254mm。一架1676mm宽带轧机要用11支辊。每段辊的装配体(11)与由弹簧钢做成的悬臂梁(12)连接。所有的悬臂梁都安装在主活套支撑器轴(14)上。一个楔形调整结构(13)用来调整任何一个辊的高度，以补偿磨损。一个下支架(17)也固定到主活套支撑器轴(14)上并随它转动，向外伸展到辊段装配体(11)上。这个框架支撑着装有每个辊段的电磁接收头的传感器杆(9)。指示件(19)安装在每个辊段的心轴上，当不同的张力加到辊段上时，由于梁(12)的挠曲，指示件对接收头有或大或小的挠曲。接收器可以接收到空气间隙的变化，经处理后将其转变成与张力变化有关的电信号，并传送给计算机。

板形检测仪-活套支撑器解决了带材张力调节的问题，并具有检测带材张力和张应力分布的功能，但它不具备张应力分布控制的功能，加上受结构的限制分段辊的长度很难小于100mm，使张应力分布的检测精度受到很大限制。

1987年美国联合工程公司和国际轧钢咨询公司发明了一套称为板形测量-调整仪(Shape Actimeter)的装置“V.B.Ginzburg，U.S.Patent No.4,674,310，June 23，1987.”，其原理如图6所示，在板形测量-调整仪中每个分段辊(27)安装在可绕轴旋转的操纵杆臂(28)上，此操纵杆臂的位置是由液压缸(26)决定的。这些分段辊的内圈连接到杠杆臂上。结果这些分段辊像常规的活套支撑器一样可以上升或落下，也可以在一定的曲率半径内改变为任何形状(中凸或中凹)，每个液压缸的伸出杆与操纵杆臂铰接，可相对转动。液压缸的下部(无杆腔)安装一个伺服阀(25)和压力传感器(24)。一个轴向位置传感器(23)安装在油缸(26)的内部。

板形测量-调整仪有两种基本操作模式：一是位置模式，在位置模式中，根据位置基准信号的大小H_R保持各个辊的高度H_A，利用来自压力和位置传感器的数据计算出带钢的张力信号S_A；二是张力模式，在张力模式中，各个辊根据基准信号S_R保持带钢张力，带钢平直度是根据各个辊的实际高度及液压缸的无杆腔压力计算而来的。

板形测量-调整仪它不仅可以测量带材(钢)平直度，也可以用作矫正平直度偏差的执行机构，同时它还可以测量带材张力，并做为活套支撑器对带材张力加以调节。尽管板形测量-调整仪具备了检测带材张力和张应力分布的功能，并具备控制张力和张应力分布的功能，但它不能对张力及张应力分布同时加以控制。同样受结构的限制，板形测量-调整仪的分段辊长度难以做到52mm的长度，进而限制了张应力分布的检测及控制精度。

发明内容

本发明的目的是给出一种新的张力-板形测量-调整仪。在带材(钢)的轧制生产线中，张力-板形测量-调整仪可对带材的张力及张应力分布进行连续的在线检测，并对张力及张应力分布同时加以精确的控制，从而有效的控制带材的板形，起到稳定带材张力的作用。使用本发明克服了现有技术中所存在的：分段辊长度大、分布段数有限、张应力分布检测及控制分布密度低、张力及张应力分布检测-控制综合功能差、结构复杂而庞大、安装使用不方便等缺陷。

本发明将张力的检测-控制与张应力分布的检测-控制分离，提高了张力和张应力分布检测-控制的精确，扩大了张力和张应力分布的控制范围。

为了解决上述技术问题，本发明给出了一种新的适用于金属带材轧制生产线的张力-板形测量-调整仪，主要包括分段辊、分段辊位置调整机构；所述的分段辊是中国专利公开号CN 101288880A公布的一种“张应力分布控制辊—TDCR”；所述的张应力分布控制辊每个缸体的活塞上安装有一个位置传感器；所述的张应力分布控制辊每个缸体的外管路上或内部安装有一个压力传感器。

所述的分段辊的两端分别安装在分段辊位置调整机构上，分段辊位置调整机构的位置由两只位置调整缸调整；所述的分段辊位置调整机构可以是垂直滑动式，也可以是摆动式；所述的分段辊位置调整机构是垂直滑动式，它包括两个滑块及两只分段辊位置调整缸，滑块与缸铰接，滑块设置在机架内由缸驱动，并沿机架内的滑槽带动张应力分布控制辊一起上下滑动，两只位置调整缸分别安装在两个机架的底部或顶部；所述的分段辊位置调整机构是摆动式，它包括两个摆臂及两只分段辊位置调整缸，摆臂的一端与固定点铰接，摆臂中部的一点与缸铰接，由缸驱动，带动安装在摆臂活动端上的张应力分布控制辊上下摆动。

所述的张应力分布控制辊上设有弯辊装置；所述的张应力分布控制辊弯辊装置由横梁和弯辊缸组成，横梁的两端分别与分段辊位置调整机构中的滑块或摆臂的摆动端相连，弯辊缸安装在横梁的中间；所述的张应力分布控制辊弯辊装置中的弯辊缸伸出杆的端面是一个球面，球面支撑张应力分布控制辊的作用点偏向张应力分布控制辊的出口侧；所述的张应力分布控制辊弯辊装置中的弯辊缸上安装有一个压力传感器或一个位置传感器，它们可以单独安装也可以同时安装。

本发明提供了一种安装方便、结构简单、易于维护，并且对带材不造成任何损伤的张力及张应力分布检测-控制装置。本发明给出的张力-板形测量-调整仪具有多种功能：

a)检测张力；

b)检测张应力分布；

c)控制张力(可做成活套控制器的形式)；

d)控制张应力分布；

e)张力-张应力分布检测-控制复合功能。

该张力-板形测量-调整仪有良好的适应性，它可通过比例伺服机构对不同的材质、不同规格的产品，进行高精度的张力-张应力分布手动控制，或与计算机结合进行全自动控制。本发明还可以与各种板形控制方式相结合，组成多功能板形综合控制系统，对各种板形缺陷加以调整，从而显著的提高带材的产品质量。

附图说明

附图1是意大利人M.包费西(Borghesi)提出的入口张应力分布控制(TDC)装置方案；

附图2是日本冈户 克等人提出的实验轧机上的张应力分布控制(TDC)装置；

附图3是中国专利公开号CN 101288880A公布的一种“张应力分布控制辊—TDCR”的剖视图；

附图4是美国联合工程公司和国际轧钢咨询公司与乔治.科勒克(GeorgeKelk)有限公司研制的板形检测仪—活套支撑器的剖面图；

附图5是图4的俯视图；

附图6是美国联合工程公司和国际轧钢咨询公司发明的板形测量-调整仪的原理图；

附图7是带有垂直滑动式分段辊位置调整机构的张力-板形测量-调整仪的结构图；

附图8是带有摆动式分段辊位置调整机构的张力-板形测量-调整仪的示意图；

附图9是本发明张力-板形测量-调整仪的全自动比例伺服控制系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

附图7是本发明带有垂直滑动式分段辊位置调整机构的张力-板形测量-调整仪的结构图，它主要由两个机架(36)、两套垂直滑动式分段辊位置调整机构(37)及安装在位置调整机构滑块(38)上的张应力分布控制辊(39)或张应力分布控制辊弯辊装置(40)等组成。

垂直滑动式分段辊位置调整机构的两只升降缸(42)分别安装在两个机架的底部或顶部，并与滑块铰接，滑块安装在机架的滑槽内，由升降缸驱动。驱动滑块的升降缸内部安装有一个位置传感器。一个压力传感器安装在升降缸的外管路上或升降缸内部的无杆腔。张应力分布控制辊空心轴的两个轴端与滑块上的孔动配合装配，并由紧定螺钉锁定防止转动。

附图8是带有摆动式分段辊位置调整机构的张力-板形测量-调整仪的示意图，它主要由两个摆臂(44)、两只摆臂升降缸(42)、安装在摆臂活动端上的张应力分布控制辊(39)或张应力分布控制辊弯辊装置(40)等组成。

摆动式分段辊位置调整机构两个摆臂的一端分别与固定点铰接，摆臂中部的一点与缸铰接，由缸驱动，带动安装在摆臂活动端上的张应力分布控制辊上下摆动。张应力分布控制辊空心轴的两个轴端与摆臂活动端上的孔动配合装配，并由紧定螺钉锁定防止转动。

在图7或图8的张力-板形测量-调整仪的结构中，张应力分布控制辊可以设置一套弯辊装置，弯辊装置由横梁和弯辊缸组成。图7中横梁的两端分别与两个滑块相连，横梁靠近升降缸并与张应力分布控制辊保持一定的距离。图8中横梁的两端分别与摆臂活动端相连，横梁位于摆臂缸一侧并与张应力分布控制辊保持一定的距离。在图7和图8的张力-板形测量-调整仪的结构中，弯辊缸安装在横梁的中间，起到支撑张应力分布控制辊(TDCR)的作用，并使TDCR产生正弯的效果。弯辊缸伸出杆的端面是一个球面，球面支撑TDCR的作用点偏向TDCR的出口侧。弯辊装置中的弯辊缸上可以安装一个位置传感器，在弯辊缸无杆腔的内部或外管路上可以安装一个压力传感器，它们可以单独安装也可以同时安装。

附图9是本发明的一个应用实例，它主要由板形控制系统、数据传输系统、轧机、张力-板形测量-调整仪、液压系统等部分构成。

图9中的张力-板形测量-调整仪安装在轧机的出口处，不仅具有测量带材(钢)平直度和带材张力的功能，同时也可以作为矫正平直度偏差及张力偏差的执行机构。它与美国专利号：4,674,310“U.S.Patent No.4,674,310”公开的板形测量-调整仪的基本区别是，采用张应力分布控制辊将张力的检测-调整与张应力分布的检测-调整分离开来，张力与张应力分布可以同时单独调节，并且张应力分布控制辊可附加一套弯辊装置。这些特征具有下列优点：

(1)增加控制功能

在图9的张应力分布控制辊位置调整缸中，安装有位置传感器、压力传感器和比例伺服阀，为张力-板形测量-调整仪提供了位置和张力两种基本操作模式：

a)在位置模式中，根据位置基准信号的大小保持张应力分布控制辊的高度不变，维持张力恒定，利用来自压力和位置传感器的数据计算带材(钢)的张力。此时张应力分布控制辊各分段辊内的活塞在位置传感器、压力传感器和比例伺服阀的控制下，也具备位置和张力两种操作模式，两种模式可以分别调整带材的张应力分布值；

b)在张力模式中，张应力分布控制辊在位置调整缸的作用下根据张力基准信号保持带材(钢)张力恒定，同时带材平直度根据张应力分布控制辊各分段辊的实际高度及缸内压力进行计算并加以控制。

(2)提高控制精度

a)采用张应力分布控制辊，张力与张应力分布检测分离，提高了各自的检测精度，并且其检测值还可以互为修正；

b)采用张应力分布控制辊，张力与张应力分布控制分离，提高了各自的控制精度；

c)采用张应力分布控制辊，张力与张应力分布控制分离，改善了张应力分布控制的动态特性；

d)采用张应力分布控制辊，分段辊长度短、分段多，提高了张应力分布检测和控制的分布密度；

e)在宽板轧机中采用张应力分布控制辊弯辊装置，可增加张应力分布控制辊的包角，增大控制张力，提高张力及张应力分布的检测精度。

图9中的张力-板形测量-调整仪在生产过程中，首先可以由张力-板形测量-调整仪对卷取张力进行控制，卷取张力建立后，升降缸动作，张应力分布控制辊升起并作用到板材上，升降缸的位置及作用力的大小，由安装在升降缸上的位置传感器和压力传感器检测，并与操作台上的设定值比较，经过计算后传送给比例伺服阀放大器，通过比例伺服阀对升降缸的位置及作用力加以调节，进而调节带材张力。当所轧制的带材厚度<3.5mm后，张应力分布控制辊便可投入使用，首先设定张应力分布目标值，同时张应力分布控制辊上的位置传感器和压力传感器将测得的信号传送给计算机，计算机将位置和压力信号运算处理后，转变成带材的张应力分布值，并与张应力分布目标设定值比较，传送给比例伺服阀放大器，推动比例伺服阀，进而调节气(液压)缸，使张应力的实际分布值趋向于目标设定值，以达到调整板形的目的。

在图9所示的张力-板形测量-调整仪的全自动比例伺服控制系统中，还可以对带材的张力和张应力分布进行手动比例伺服控制，即取消板形控制系统，升降缸上的位置传感器和压力传感器的检测信号直接与操作台上的设定值进行比较，然后传送给比例伺服阀放大器，通过比例伺服阀对升降缸的位置及作用力加以调节，进而调节带材张力。张应力分布控制辊中，各个调节缸上的位置传感器和压力传感器的检测信号，也可以直接与操作台上的设定值进行比较，然后传送给各自的比例伺服阀放大器，通过比例伺服阀对各调节缸的出力加以调节，进而调节带材的张应力分布值。

Claims (11)

1.一种适用于金属带材轧制生产线的张力-板形测量-调整仪，主要包括分段辊、分段辊位置调整机构，其特征在于：所述的分段辊是中国专利公开号CN101288880A公布的一种“张应力分布控制辊—TDCR”。

2.权利要求1所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：分段辊的两端分别安装在分段辊位置调整机构上，分段辊位置调整机构的位置由两只位置调整缸调整。

3.权利要求1或2所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：分段辊位置调整机构可以是垂直滑动式，也可以是摆动式。

4.权利要求1至3中任一权利要求所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：分段辊位置调整机构是垂直滑动式，它包括两个滑块及两只分段辊位置调整缸，滑块与缸铰接，滑块设置在机架内由缸驱动，并沿机架内的滑槽带动张应力分布控制辊一起上下滑动，两只位置调整缸分别安装在两个机架的底部或顶部。

5.权利要求1至3中任一权利要求所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：分段辊位置调整机构是摆动式，它包括两个摆臂及两只分段辊位置调整缸，摆臂的一端与固定点铰接，摆臂中部的一点与缸铰接，由缸驱动，带动安装在摆臂活动端上的张应力分布控制辊上下摆动。

6.权利要求1所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：所述的张应力分布控制辊上设有弯辊装置。

7.权利要求1或6所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：所述的张应力分布控制辊弯辊装置由横梁和弯辊缸组成，横梁的两端分别与分段辊位置调整机构中的滑块或摆臂的摆动端相连，弯辊缸安装在横梁的中间。

8.权利要求6或7所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：所述的张应力分布控制辊弯辊装置中的弯辊缸伸出杆的端面是一个球面，球面支撑张应力分布控制辊的作用点偏向张应力分布控制辊的出口侧。

9.权利要求6至8中任一权利要求所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：所述的张应力分布控制辊弯辊装置中的弯辊缸上安装有一个压力传感器或一个位置传感器，它们可以单独安装也可以同时安装。

10.权利要求1所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：张应力分布控制辊每个缸体的活塞上安装有一个位置传感器。

11.权利要求1或10所述的张力-板形测量-调整仪，其特征在于：张应力分布控制辊每个缸体的外管路上或内部安装有一个压力传感器。

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