CN103056199B - 水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，对n号矫直辊的速度调控方法包括以下步骤：（a）确定钢轨的矫直线速度V_z；（b）按照速度调控公式对n号矫直辊进行控制；其中：当n号矫直辊为与钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，速度调控公式为V_jn=V_Z(1+P1_n)，V_jn和P1_n分别为n号矫直辊的表面线速度和第一机器修正值；当n号矫直辊为除与钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，速度调控公式为V_jn为n号矫直辊的表面线速度，L为矫直机的节距、T_n为钢轨和n号矫直辊的接触点与钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数。

Description

水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法和系统

技术领域

本发明涉及轧钢领域，具体地，涉及一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法和系统。

背景技术

在现有的水平辊式矫直机中，沿矫直方向设置有多个矫直辊，所述多个矫直辊包括下矫直辊和上矫直辊，下矫直辊和上矫直辊分别位于所矫直的钢轨的下侧和上侧，参见图1，图1中的水平辊式矫直机包括9个矫直辊，其中，沿该矫直机的矫直方向编号为1、3、5、7和9的矫直辊为下矫直辊，编号为2、4、6和8的矫直辊为上矫直辊，各个矫直辊采用单独的电机分别转动。特定规格的钢轨具有特定的矫直线速度Vz，现有的水平辊式矫直机中，控制系统控制各矫直辊的电机以使各矫直辊均以相等的表面线速度转动，由于钢轨矫直时各矫直辊处钢轨的弯曲情况不同，因此，当各矫直辊的表面线速度相同时，钢轨的中性层（中性层沿钢轨的长度方向，并且在钢轨弯曲的过程中中性层既不受拉又不受压，应力几乎等于零）处的线速度在沿钢轨的整个长度上不同点处并不均等于矫直线速度Vz，从而造成各矫直辊在进行矫直操作时产生很大的扭矩，各矫直辊间形成严重的扭矩干涉，特别是矫直长百米的重轨时，扭矩问题变得十分突出，使电机长时间在实际扭矩与电机额定扭矩的百分比为±100%的状态下工作。在矫直操作的过程中因为扭矩干涉造成了的后果包括：1、由于矫直机的电机长时间在实际扭矩与电机额定扭矩的百分比为±100%的状态下工作，连续生产10-20根百米轨就会发生跳闸的现象，由于电阻发热大、温度急剧升高，因此合闸十分困难，且烧电阻的现象时有发生，对生产的连续性造成严重影响；2、钢轨的中性层处的线速度在沿钢轨的整个长度上不同点处不一至，使得某些矫直辊被动转动，即钢轨的表面线速度大于矫直辊的表面线速度，使得矫直辊被钢轨拉着转动，使得控制矫直辊的电机成了阻力电机，严重浪费电力资源；3、矫直机的传动系统受到较大的扭矩，影响传动系统的使用寿命；4、由于矫直辊是采用将辊套与矫直圈高压张紧，在径向力过大时辊套与矫直圈会产生滑动，对辊套与矫直圈的配合面产生损伤，损伤严重后张紧配合力降低，更易滑动，造成对矫直辊的恶性循环损伤，并且由于滑动就会造成矫直辊轴向上有窜动，使矫直辊的橡胶圈造成变形与损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法和系统，使用该方法和系统对水平辊式矫直机的矫直辊的速度进行调控，可以有效减少控制矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比。

为了实现上述目的，本发明提供一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，该水平辊式矫直机包括沿矫直方向设置的多个下矫直辊和上矫直辊，对n号矫直辊的速度调控方法包括以下步骤：

（a）确定所述钢轨的矫直线速度V_z；

（b）按照速度调控公式对所述n号矫直辊进行控制；

其中：

所述n号矫直辊为沿所述矫直机的矫直方向的第n个矫直辊，n为大于0的自然数；

当所述n号矫直辊为与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，所述速度调控公式为V_jn=V_Z(1+P1_n)，其中，V_jn为该n号矫直辊的表面线速度，P1_n为所述n号矫直辊的第一机器修正值；

当所述n号矫直辊为除与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，所述速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+P^{\text{'}}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2}),$ 其中，V_jn为所述n号矫直辊的表面线速度，L为所述矫直机的节距、T_n为所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为所述n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为所述n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数。

优选地，所述n号矫直辊的第一机器修正值X_ni为按照公式进行k次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的X_n值，并且X_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第一允许范围内，k为大于或者等于20的自然数，b1为第一系数。

优选地，所述第一系数b1为1000，所述第一允许范围为0%-30%。

优选地，当所述n号矫直辊为下矫直辊时，该n号矫直辊的所述修正压下量Δh_n-1和Δh_n+1分别为与该n号矫直辊相邻的两个上矫直辊的修正压下量。

优选地，当n号矫直辊为上矫直辊时，该n号矫直辊的修正压下量Δh_n=ΔH_n-A_n，ΔH_n为所述n号矫直辊的零度压下量，A_n为所述n号矫直辊的压下量校正值。

优选地，所述方法包括确定所述n号上矫直辊的压下量校正值A_n的步骤，该步骤包括：进行至少3次使用该矫直机对所述钢轨的矫直操作，在每次矫直操作过程中停下矫直机，确认此时所述n号矫直辊的零度压下量ΔH_n，并测量此时所述n号矫直辊的实际压下量Δh_n’；计算所述零度压下量ΔH_n与所述实际压下量Δh_n’之间的差值，取计算得到的所述差值中的最小值作为压下量校正值A_n。

优选地，所述n号矫直辊的所述第二机器修正值P'1_n=u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H，u_1n、u_2n和u_3n分别为第一修正系数、第二修正系数和第三修正系数，H为所述钢轨的高度。

优选地，确定所述第一修正系数u_1n、所述第二修正系数u_2n和所述第三修正系数u_3n的步骤包括：按照公式进行k’次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作，并且Y_n使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第二允许范围内；记录每次矫直操作中的Δh_n值以及输入的Y_n值并确定所述钢轨的高度H，通过公式Y_ni=u_1n+u_2n·Δh_ni+u_3n·H以及每次矫直操作中的Δh_n值、输入的Y_n值以及所述钢轨的高度H计算得到所述第一修正系数u_1n、所述第二修正系数u_2n和所述第三修正系数u_3n的值，其中Y_ni为第i次操作时的Y_n值，Δh_ni为第i次矫直操作中的修正压下量，k’为大于或者等于20的自然数，b3为第三系数。

优选地，所述第三系数b3为1000，所述第二允许范围为0%-30%。

优选地，所述第二系数b2为1000，所述人工修正值P2_n为0-5。

本发明的另一方面提供了一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，该水平辊式矫直机包括沿矫直方向设置的多个下矫直辊和上矫直辊，所述速度调控系统包括用于n号矫直辊的控制器，该控制器包括依次电连接的输入单元、处理单元和输出单元，其中：

所述输入单元用于获取n号矫直辊处钢轨的矫直线速度V_z并向所述处理单元输入所述钢轨的矫直线速度V_z的信号；

所述处理单元用于接收所述输入单元输入的所述钢轨的矫直线速度V_z，根据速度调控公式计算出所述n号矫直辊的表面线速度V_jn，并输出使所述n号矫直辊以计算结果运行的控制信号；

所述输出单元用于接收所述控制器的控制信号并控制所述n号矫直辊；

其中：

所述n号矫直辊为沿所述矫直机的矫直方向的第n个矫直辊，n为大于0的自然数；

当所述n号矫直辊为沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，所述速度调控公式为V_jn=V_Z(1+P1_n)，其中，V_jn为该n号矫直辊的表面线速度，P1_n为所述n号矫直辊的第一机器修正值；

当所述n号矫直辊为除与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，所述速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+P^{\text{'}}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2}),$ 其中，V_jn为所述n号矫直辊的表面线速度，L为所述矫直机的节距、T_n为所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为所述n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为所述n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数。

优选地，所述处理单元还用于根据公式计算所述第一机器修正值P1_n，其中，X_ni为按照公式进行k次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的X_n值，并且X_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第一允许范围内，k为大于或者等于20的自然数，b1为第一系数。

优选地，所述输入单元还用于接收所述第一允许范围和第一系数b1的值，并向所述处理单元输入相应的信号。

优选地，所述输入单元还用于在第i次操作时接收该次操作的X_n值和该次操作时所述n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比并向所述处理单元发送相应的信号，所述处理单元根据所述信号判断是否取用该次操作的X_n值。

优选地，所述处理单元还用于根据公式P'1_n=u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H计算所述第二机器修正值P’1_n，u_1n、u_2n和u_3n分别为第一修正系数、第二修正系数和第三修正系数，H为所述钢轨的高度。

优选地，所述处理单元还用于根据公式Y_ni=u_1n+u_2n·Δh_ni+u_3n·H计算所述第一修正系数u_1n、所述第二修正系数u_2n和所述第三修正系数u_3n，其中，Y_ni为按照公式进行k’次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的Y_n值，并且Y_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第二允许范围内，H为所述钢轨的高度，Δh_ni为所述k’矫直操作中第i次操作时的所述n号矫直辊的修正压下量，k’为大于或者等于20的自然数，b3为所述第三系数。

优选地，所述输入单元还用于接收所述第二允许范围和第三系数b3的值，并向所述处理单元输入相应的信号。

优选地，所述输入单元还用于在第i次操作时接收该次操作的Y_n值和该次操作所述n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比并向所述处理单元发送相应的信号，所述处理单元根据所述信号判断是否取用该次操作的Y_n值。

优选地，所述输入单元还用于接收所述矫直机的节距L、所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离T_n、人工修正值P2n、n号矫直辊的修正压下量Δh_n和第二系数b2中的至少一者，并向所述处理单元输入相应的信号。

本发明的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法中，确定钢轨的矫直线速度V_z和各个矫直辊的速度调控公式，再分别安装各个矫直辊的所述速度调控公式调控各个矫直辊的速度，使得钢轨在经该矫直机矫直的过程中，沿该钢轨的整个长度上钢轨的中性层的线速度与该钢轨的矫直线速度大致相等，从而减小控制各个矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比，避免各矫直辊间形成严重的扭矩干涉而造成电力资源的浪费以及对矫直机的损伤。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是显示一种水平辊式矫直机的矫直辊在矫直操作中的俯视示意图；

图2是图1中R点到S点之间的钢轨的挠曲线示意图；

图3是钢轨的垂直于纵向的断面的示意图；

图4是图1中3号矫直辊处的放大图。

附图标记说明

N1 1号矫直辊    N2 2号矫直辊    N3 3号矫直辊

N4 4号矫直辊    N5 5号矫直辊    N6 6号矫直辊

N7 7号矫直辊    N8 8号矫直辊    N9 9号矫直辊

8  钢轨

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，该水平辊式矫直机包括沿矫直方向设置的多个下矫直辊和上矫直辊，对n号矫直辊的速度调控方法包括以下步骤：

（a）确定所述钢轨的矫直线速度V_z；

（b）按照速度调控公式对所述n号矫直辊进行控制；

其中：

所述n号矫直辊为沿所述矫直机的矫直方向的第n个矫直辊，n为大于0的自然数；

当所述n号矫直辊为与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，所述速度调控公式为V_jn=V_Z(1+P1_n)，其中，V_jn为该n号矫直辊的表面线速度，P1_n为所述n号矫直辊的第一机器修正值；

当所述n号矫直辊为除与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，所述速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+P^{\text{'}}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2}),$ 其中，V_jn为所述n号矫直辊的表面线速度，L为所述矫直机的节距、T_n为所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为所述n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为所述n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数。

本发明的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法中，确定钢轨的矫直线速度V_z和各个矫直辊的速度调控公式，再分别按照各个矫直辊的所述速度调控公式调控各个矫直辊的速度，从而使得钢轨在经该矫直机矫直的过程中，沿该钢轨的整个长度上钢轨的中性层的线速度与该钢轨的矫直线速度大致相等，从而减小控制各个矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比，避免各矫直辊间形成严重的扭矩干涉而造成电力资源的浪费以及对矫直机的损伤。

各个矫直辊的速度调控公式是依据在理想情况下矫直操作中各个矫直辊处钢轨的中性层上的线速度与矫直辊的表面线速度间的对应关系而推导得到的。钢轨在通过矫直机的矫直操作过程中，理想情况下钢轨的中性层上各点的线速度均应等于该钢轨的矫直线速度，但由于钢轨在各矫直辊处的弯曲情况不同，因此，为保证钢轨的中性层各点的线速度近似等于钢轨的矫直线速度，则钢轨表面上各点的线速度应不同，即各个矫直辊的表面线速度应不同。

要确定理想情况下在矫直操作中该n号矫直辊处钢轨的中性层上的线速度与该n号矫直辊的表面线速度间的对应关系，需要先对在矫直操作中各个矫直辊处钢轨的中性层上的线速度与钢轨接触矫直辊的接触点处的线速度的对应关系进行理论分析，由于对于不同规格的钢轨，所述对应关系可能存在差异，因此，下面的描述均是针对于一种规格的钢轨而言的。

以图1中的矫直机为例，图1中的水平辊式矫直机包括9个矫直辊，其中，沿该矫直机的矫直方向编号为1、3、5、7和9的矫直辊为下矫直辊，编号为2、4、6和8的矫直辊为上矫直辊。在本实施方式中编号为9的下矫直辊不与钢轨接触，因此，实际与钢轨接触并参与矫直的仅为标号为1-8的矫直辊。

对于与钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊（图1中编号为1和8的矫直辊），在这两个矫直辊与钢轨的接触点处，钢轨还未弯曲，因此理论上钢轨在与矫直辊的接触点处的线速度应当与钢轨中性层上相应点的线速度相等，并且钢轨在与矫直辊的接触点处的线速度应当等于矫直辊在与钢轨的接触点处的线速度，而矫直辊在与钢轨的接触点处的线速度就等于该矫直辊的表面线速度，因此所述对应关系为V_jn=V_mn，其中V_jn为n号矫直辊的表面线速度，V_mn为n号矫直辊处钢轨的中性层上的线速度，并且V_mn=V_z，其中V_z为钢轨的矫直线速度，对于某一规格的钢轨而言，其矫直线速度是确定并且已知的。但是，由于在矫直操作是由矫直机中各部件相配合完成的，其中存在很多的影响因素，例如，矫直辊内部间隙、矫直辊和钢轨的弹性变形、来料弯曲度等等，使得实际中钢轨与矫直辊的接触点处的线速度与钢轨的中性层上相应点的线速度存在一定差值，因此，需要进行修正，即需要确定n号矫直辊的第一机器修正值P1_n，然后将所确定的n号矫直辊的第一机器修正值P1_n代入V_jn=V_Z(1+P1_n)即可得到n号矫直辊的速度调控公式。

以n号矫直辊为例对其所述第一机器修正值P1_n的确定过程进行说明，该n号矫直辊表示与钢轨接触沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊（在本实施方式中，n为1或8）。首先按照公式1）进行k次控制n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作，每次矫直操作中采用不同的X_n值，并且保证每次输入的X_n值均能使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第一允许范围内，记录每次输入的X_n值，例如，具体地，可以采用PLC控制器控制n号矫直辊的表面线速度，将公式1）编辑到PLC控制器中，其中V_z值和b1值可以是储存在控制器中的，而X_n可以是操作者每次向控制器中输入的，从而使n号矫直辊的表面线速度依照公式1）进行控制；n号矫直辊的机器修正值其中，X_ni为第i次矫直操作时的X_n值，为了提高修正的准确性，k应为大于或者等于20的自然数。

其中，设置第一系数b1是为了输入操作的方便，例如，在本实施方式的矫直机中，操作者依据过去的数据和经验初步分析可以大致确定修正值在±0.01之内，但是向控制器中输入器输入小于1的数不方便，因此，增加第一系数b1，并且本实施方式中b1的取值为1000，从而使操作者每次向控制器中输入±10之内的整数即可，方便了操作者的输入操作。另外，依据矫直机要求的不同所述允许范围也不同，在本实施方式中所述允许范围为0%-30%。

确定钢轨的矫直线速度V_z以及第一机器修正值P1_n后，代入公式V_jn=V_Z(1+1_n)即得到该n号下矫直辊的速度调控公式。

对于除了与钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余矫直辊（例如图1中编号为2-7中任意一个数字的矫直辊），当钢轨经过各矫直辊时，钢轨会发生弯曲，钢轨在各矫直辊作用下的弯曲关于钢轨与该矫直辊的接触点是对称的，以3号矫直辊为例进行分析，I、II、III分别为钢轨与2号、3号和4号矫直辊的接触点在钢轨的中性层上的对应点，D和E则分别为I和II、II和III的钢轨的中性层上的中间点；该矫直机的节距为L，即相邻两个下矫直辊的中心轴线或相邻两个上矫直辊中心轴线间的距离均为L；并且3号矫直辊的实际压下量为Δh₃’（指钢轨在与2号矫直辊的接触点处和在与3号矫直辊的接触点处中性层的高度差），即在图1中，I点和III点之间的连线与II点的垂直距离是Δh₃’。参见图3，对E和F之间钢轨的中性层的弯曲情况进行分析，图3中D和E之间的曲线即代表钢轨中性层，通过工程力学知识，通过叠加法可以求得在中性层上任意一点x处的挠度ω为：其中F为3号矫直辊对钢轨的矫直压力，l为D和E之间的水平距离，最大挠度为由图3可以看出最大挠度等于Δh₃’/2，因此，将该关系带入中，并且将带入，整理得出曲线方程在该曲线ω＝f(x)上任意一点处的曲率将曲线方程 $\mathrm{\ω}=\frac{3\mathrm{\Δ}{h_3}^{\text{'}}x}{L}-\frac{16\mathrm{\Δ}{h_3}^{\text{'}}{x}^3}{L^3}$ 带入上式得出曲率 $K=\frac{\frac{96\mathrm{\Δ}{h_3}^{\text{'}}x}{L^3}}{{[1+{(\frac{3\mathrm{\Δ}{h_3}^{\text{'}}}{L}-\frac{48\mathrm{\Δ}{h_3}^{\text{'}}{x}^2}{L^3})}^2]}^{\frac{3}{2}}},$ 因此将x＝L/4带入该式即得出钢轨中性层上与钢轨和3号下矫直辊的接触点的对应点的曲率 $K=\frac{24\mathrm{\Δ}{h_3}^{\text{'}}}{L^2}.$

然后，参见图4，通过求得的曲率值计算钢轨接触3号矫直辊的接触点M与钢轨在中性层上的II点处的线速度的对应关系。理想情况下，钢轨在M点处的线速度应该等于3号矫直辊的表面线速度V_j3，而钢轨在中性层II点处的线速度应该等于该钢轨的矫直限速的V_z，沿图4中垂直方向M点和II点的距离用T₃表示，即T₃为钢轨和该3号矫直辊的接触点到钢轨的中性层的垂直距离，设II点处的曲率半径为R，则M点处的曲率半径为R-T₃，并且钢轨在M点与II点的转速r相等，因此 $r=\frac{V_Z}{2\mathrm{\π}\·R}=\frac{V_{j3}}{2\mathrm{\π}\·(R-T_3)},$ 推导得出 $V_{j3}=V_Z(1-\frac{T_3}{R})=V_Z(1-T_{3}K),$ 将带入得3号矫直辊的表面线速度与钢轨的矫直线速度之间的关系在矫直操作时，其它矫直辊的矫直情况与3号矫直辊的矫直情况类似，因此可以推出理想情况下，n号矫直辊的表面线速度应该为其中n号矫直辊表示沿矫直方向该矫直辊排序为n，因此本实施方式中n可以为2-7中任意一个数字，Δh_n’为所述n号下矫直辊的实际压下量。

在矫直操作过程中，下矫直辊的实际压下量是时刻变化并且无法随时测出的量，但是在矫直机包括用于测量各个上矫直辊的零度压下量ΔHn（矫直过程中上矫直辊相对于其零度位的位移）的传感器，通过该传感器能够随时获得该时刻n号上矫直辊的零度压下量ΔHn。

但是，n号上矫直辊的零度压下量ΔHn不能表示钢轨真实弯曲变形的实际压下量Δh_n’，因为矫直机在矫直操作过程中钢轨和矫直机都处于受力状态，造成矫直机主轴和压下机构的间隙、机构弹性变形、矫直辊内部间隙、矫直辊弹性变形以及钢轨自身的弹塑性变形等产生较大变化，从而使n号上矫直辊的零度压下量ΔHn和实际压下量Δh_n’存在差值。

因此，可以采用对n号上矫直辊的零度压下量ΔHn修正的方式得到近似等于实际压下量Δh_n’的修正压下量Δh_n，并用该修正压下量Δh_n代替实际压下量Δh_n’，从而得到对应关系：其中V_jn为n号矫直辊的表面线速度，V_mn为n号下矫直辊处钢轨的中性层上的线速度，并且V_mn=V_z，其中V_z为钢轨的矫直线速度。

其中，参见图1，通过几何关系可以看出，n号下矫直辊的实际压下量Δh_n’约等于n-1号上矫直辊的实际压下量Δh_n-1’和n+1号上矫直辊的实际压下量Δh_n+1’之和的一半，因此类推可以得到n号下矫直辊的修正压下量Δh_n-1和Δh_n+1分别为与该n号下矫直辊相邻的两个上矫直辊（即n-1号上矫直辊和n+1号上矫直辊）的修正压下量，因此，在n号上矫直辊的修正压力量随时可知的情况下，可以获得n号下矫直辊的修正压下量。

下面以n号上矫直辊（在本实施方式中，n可以去2、4、6和8）为例说明确定n号上矫直辊的修正压下量的过程，n号上矫直辊的修正压下量Δh_n=ΔH_n-A_n，ΔH_n为该n号上矫直辊的零度压下量，A_n为该n号上矫直辊的压下量校正值。本发明的速度调控方法还包括确定n号上矫直辊的压下量校正值A_n的步骤，该步骤包括：进行至少3次使用该矫直机对钢轨的矫直操作，在每次矫直操作过程中停下矫直机，确认此时n号上矫直辊的零度压下量ΔH_n，并测量此时n号上矫直辊的实际压下量Δh_n’；计算零度压下量ΔH_n与实际压下量Δh_n’之间的差值，取计算得到的所述差值中的最小值作为压下量校正值A_n。

例如，3号矫直辊的表面线速度其中Δh₂=ΔH₂-A₂，Δh₄=ΔH₄-A₄，而ΔH₂和ΔH₄是可以随时获得的；又例如，4号矫直辊的表面线速度其中Δh₄=ΔH₄-A₄；另外，需要说明的是，对于同一种规格的钢轨，该钢轨和n号上矫直辊的接触点到钢轨的中性层的垂直距离是一个固定参数值，可以用T_上表示，而该钢轨和n号下矫直辊的接触点到钢轨的中性层的垂直距离也是一个固定参数值，可以用T_下表示，因此在本实施方式中，T₁=T₃=T₅=T₇=T_下，而T₂=T₄=T₆=T₈=T_上，并且T_上+T_下=H，H为该钢轨的轨高（参见图3，其中M1-M2线表示该钢轨的中性层）。

此外，当n号矫直辊为除与钢轨接触的沿矫直方向的第一个和最后一个矫直辊以外的其余的矫直辊时，由于矫直操作过程中钢轨与矫直辊的受力复杂，虽然通过An可以对矫直机主轴和压下机构的间隙、机构弹性变形、矫直辊内部间隙、矫直辊弹性变形以及钢轨自身的弹塑性变形等进行修正，但是仍然存在无法测量的中性层位移、测量精度、来料平直度以及零度压下量准确度等因素的影响，对于这些因素的影响，可以通过引入其它修正值进一步对该n号矫直辊的速度调控公式进行修正，例如，引入第二机器修正值P’1_n，得到公式2） $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+P^{\text{'}}{1}_n).$

所述第二机器修正值P’1_n的确定方法包括：按照公式3）进行k’次控制n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作，每次矫直操作中采用不同的Y_n值，并且保证每次输入的Y_n值均能使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比在第二允许范围内，记录每次输入的Y_n值，例如，可以采用与确定第一机器修正值P1_n的的方法类似的方法，具体地，可以采用PLC控制器控制n号矫直辊的表面线速度，将公式2）编辑到PLC控制器中，其中V_z值、T_n值、b3值可以是储存在控制器中的，Δh_n可以是通过传感器时时测量到并传输到控制器的，而Y_n可以是操作者每次向控制器中输入的，从而使n号矫直辊的表面线速度依照公式2）进行控制；然后，通过对大量Yn值、对应Δh_n值以及轨高H进行XY散点图分析后发现Y_n值、对应Δh_n值以及轨高H之间存在二元线性关系，因此，可以得出n号矫直辊的第二机器修正值P'1_n=u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H，其中u_1n、u_2n和u_3n分别为第一修正系数、第二修正系数和第三修正系数。

确定第一修正系数u_1n、第二修正系数u_2n和第三修正系数u_3n的步骤包括：按照公式进行k’次控制n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作，并且Y_n使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第二允许范围内；记录每次矫直操作中的Δh_n值以及输入的Y_n值并确定钢轨的高度H，通过公式Y_ni=u_1n+u_2n·Δh_ni+u_3n·H以及每次矫直操作中的Δh_n值、输入的Y_n值以及钢轨的高度H计算得到第一修正系数u_1n、第二修正系数u_2n和第三修正系数u_3n的值（可以通过数据统计分析软件，例如采用EXCELL中的数据分析选项中的回归项作为分析工具，方便地求得第一修正系数、第二修正系数和第三修正系数），其中Y_ni为操作时的Y_n值，Δh_ni为第i次矫直操作中的修正压下量，k’为大于或者等于20的自然数，b3为第三系数并且与第一系数b1类似也是为了方便操作者的输入操作而设置，本实施方式中第三系数b3为1000，另外，本实施方式中的所述允许范围为0%-30%。

然后将求得的第一修正系数u_1n、第二修正系数u_2n和第三修正系数u_3n的值代入公式P'1_n=u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H  ，再将公式P'1_n=u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H带入公式2）中。

按照引入第二机器修正值P’1_n后得到的公式4） $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+u_{1n}+u_{2n}\·\mathrm{\Δ}{h}_n+u_{3n}\·H)$ 对n号矫直辊的表面线速度进行调控已经能够大大减小该n号矫直辊的电机的实际扭矩和额定扭矩之比，但是，由于矫直操作过程中钢轨和矫直辊等受力情况复杂，仍存在一些不可控的因素，例如，矫直辊的直径误差、钢轨来料的轨高和强度的差异、矫直辊的装配间隙变化以及设备磨损造成的误差等，因此，为了更好地减少扭矩干涉，还可以在上述公式4）中再加入人工修正值P2_n，以在矫直操作中，使操作者能够依据实际情况和经验等对n号矫直辊的表面线速度细微调整，从而进一步减小该n号矫直辊的电机的实际扭矩和电机的额定扭矩之比，因此，加入人工修正值P2_n后，n号矫直辊的速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+u_{1n}+u_{2n}\·\mathrm{\Δ}{h}_n+u_{3n}\·H+{P2}_n),$ 其中，b2为第二系数，同样是为了方便操作者的输入操作，本实施方式中第二系数b2为1000，人工修正值P2_n由操作者输入，通常为0-5，并且可以设置人工修正值P2_n的初始值为0，即在矫直机工作状态良好，无需进行人工修正时，操作者无需输入人工修正值P2_n的数值，人工修正值P2_n默认为0。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，该水平辊式矫直机包括沿矫直方向设置的多个下矫直辊和上矫直辊，其特征在于，所述速度调控系统包括用于n号矫直辊的控制器，该控制器包括依次电连接的输入单元、处理单元和输出单元，其中：

所述输入单元用于获取n号矫直辊处钢轨的矫直线速度V_z并向所述处理单元输入所述钢轨的矫直线速度V_z的信号；

所述处理单元用于接收所述输入单元输入的所述钢轨的矫直线速度V_z，根据速度调控公式计算出所述n号矫直辊的表面线速度V_jn，并输出使所述n号矫直辊以计算结果运行的控制信号；

所述输出单元用于接收所述控制器的控制信号并控制所述n号矫直辊；其中：

所述n号矫直辊为沿所述矫直机的矫直方向的第n个矫直辊，n为大于0的自然数；

当所述n号矫直辊为沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，所述速度调控公式为V_jn=V_Z(1+P1_n)，其中，V_jn为该n号矫直辊的表面线速度，P1_n为所述n号矫直辊的第一机器修正值；

当所述n号矫直辊为除与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，所述速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+P^{\text{'}}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2}),$ 其中，V_jn为所述n号矫直辊的表面线速度，L为所述矫直机的节距、T_n为所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为所述n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为所述n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数。

优选地，所述控制器为PLC控制器，技术成熟且成本较低。

作为一种优选实施方式，第一机器修正值P1_n的确定也可以借助于所述控制器，具体地，处理单元还用于根据公式计算第一机器修正值P1_n，其中，X_ni为按照公式进行k次控制n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的X_n值，并且X_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第一允许范围内，k为大于或者等于20的自然数，b1为第一系数。

其中，优选地，输入单元还用于接收第一允许范围和第一系数b1的值，并向处理单元输入相应的信号，第一允许范围可以依据矫直机的具体规格和运行情况而定，例如，可以为0-30%，第一系数b1可以为1000。

并且，优选情况下，输入单元还用于在第i次操作时接收该次操作的X_n值和该次操作时n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比并向处理单元发送相应的信号，处理单元根据所述信号判断是否取用该次操作的X_n值。

在这种情况下，需要对第一机器修正值P1_n进行修改时（例如，当钢轨型号改变的时候），可以直接向该速度调控系统输入X_n值，当处理单元取用k个X_n值后直接通过公式计算第一机器修正值P1_n，并且，处理单元还可以设置为直接将得到第一机器修正值P1_n带入速度调控公式V_jn=V_Z(1+P1_n)中以用于后续钢轨矫直操作中的速度调控。

同理，优选地，处理单元还用于根据公式P'1_n=u_ln+u_2n·Δh_n+u_3n·H计算第二机器修正值P’1_n。

具体地，作为一种实施方式，处理单元还用于根据公式Y_ni=u_1n+u_2n·Δh_ni+u_3n·H计算第一修正系数u_1n、第二修正系数u_2n和第三修正系数u_3n，其中，Y_ni为按照公式进行k’次控制n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的Y_n值，并且Y_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第二允许范围内，H为所述钢轨的高度，Δh_ni为所述k’矫直操作中第i次操作时的所述n号矫直辊的修正压下量，k’为大于或者等于20的自然数，b3为第三系数。

优选地，输入单元还可以用于接收第二允许范围和第三系数b3的值，并向处理单元输入相应的信号。

并且，优选情况下，输入单元还用于在第i次操作时接收该次操作的Y_n值和该次操作n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比并向处理单元发送相应的信号，处理单元根据所述信号判断是否取用该次操作的Y_n值。

在这种情况下，需要对第二机器修正值P’1_n进行修改时，可以直接向该速度调控系统输入Y_n值，当处理单元取用k’个Y_n值后直接计算第二机器修正值P’1_n，并且，处理单元还可以设置为直接将得到第二机器修正值P’1_n带入速度调控公式 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24\mathrm{\Δ}{h}_n}{L^2}+P^{\text{'}}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2})$ 中以用于后续钢轨矫直操作中的速度调控。

另外，作为一种实施方式，输入单元还用于接收矫直机的节距L、钢轨和n号矫直辊的接触点与钢轨的中性层的垂直距离T_n、人工修正值P2n、n号矫直辊的修正压下量Δh_n和第二系数b2中的至少一者，并向处理单元输入相应的信号。

对于其中一些可以为定值的参数，例如，矫直机的节距L、钢轨和n号矫直辊的接触点与钢轨的中性层的垂直距离T_n、第一允许范围、第二允许范围、第一系数b1、第二系数b2和第三系数b3，可以将这些参数直接储存在处理单元中。而通过将这些参数通过输入的方式使处理单元获取能够在钢轨型号改变或者矫直机的工作状况发生变化时，方便而即时的对这些参数进行调整。

依据本发明的速度调控方法分别得到n号矫直辊的速度调控公式后，将这些速度调控公式编辑入矫直机的速度调控系统，使得矫直机能分别按照各个矫直辊的速度调控公式对各个矫直辊的表面线速度进行控制，从而保证钢轨在中性层上的线速度基本一致，从而减小了各个矫直辊之间的扭矩干涉。并且本领域技术人员可以理解的是，本发明不仅适用于水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控，也适用于复合矫直机中对水平矫直辊的速度调控。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (19)

1.一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，该水平辊式矫直机包括沿矫直方向设置的多个下矫直辊和上矫直辊，其特征在于，对n号矫直辊的速度调控方法包括以下步骤：

(a)确定钢轨的矫直线速度V_z；

(b)按照速度调控公式对所述n号矫直辊进行控制；

其中：

所述n号矫直辊为沿所述矫直机的矫直方向的第n个矫直辊，n为大于0的自然数；

当所述n号矫直辊为与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，所述速度调控公式为V_jn＝V_Z(1+P1_n)，其中，V_jn为该n号矫直辊的表面线速度，P1_n为所述n号矫直辊的第一机器修正值；

当所述n号矫直辊为除与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，所述速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24{\mathrm{\Δh}}_n}{L^2}+P\text{'}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2}),$ 其中，V_jn为所述n号矫直辊的表面线速度，L为所述矫直机的节距、T_n为所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为所述n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为所述n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数，P2_n为人工修正值。

2.根据权利要求1所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，所述n号矫直辊的第一机器修正值X_ni为按照公式进行k次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的X_n值，并且X_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第一允许范围内，k为大于或者等于20的自然数，b1为第一系数。

3.根据权利要求2所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，所述第一系数b1为1000，所述第一允许范围为0％-30％。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，当所述n号矫直辊为下矫直辊时，该n号矫直辊的所述修正压下量Δh_n-1和Δh_n+1分别为与该n号矫直辊相邻的两个上矫直辊的修正压下量。

5.根据权利要求4所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，当n号矫直辊为上矫直辊时，该n号矫直辊的修正压下量Δh_n＝ΔH_n-A_n，ΔH_n为所述n号矫直辊的零度压下量，A_n为所述n号矫直辊的压下量校正值。

6.根据权利要求5所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，所述方法包括确定所述n号上矫直辊的压下量校正值A_n的步骤，该步骤包括：进行至少3次使用该矫直机对所述钢轨的矫直操作，在每次矫直操作过程中停下矫直机，确认此时所述n号矫直辊的零度压下量ΔH_n，并测量此时所述n号矫直辊的实际压下量Δh_n’；计算所述零度压下量ΔH_n与所述实际压下量Δh_n’之间的差值，取计算得到的所述差值中的最小值作为压下量校正值A_n。

7.根据权利要求1所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，所述n号矫直辊的所述第二机器修正值P'1_n＝u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H，u_1n、u_2n和u_3n分别为第一修正系数、第二修正系数和第三修正系数，H为所述钢轨的高度。

8.根据权利要求7所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，确定所述第一修正系数u_1n、所述第二修正系数u_2n和所述第三修正系数u_3n的步骤包括：按照公式进行k’次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作，并且Y_n使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第二允许范围内；记录每次矫直操作中的Δh_n值以及输入的Y_n值并确定所述钢轨的高度H，通过公式Y_ni＝u_1n+u_2n·Δh_ni+u_3n·H以及每次矫直操作中的Δh_n值、输入的Y_n值以及所述钢轨的高度H计算得到所述第一修正系数u_1n、所述第二修正系数u_2n和所述第三修正系数u_3n的值，其中Y_ni为第i次操作时的Y_n值，Δh_ni为第i次矫直操作中的修正压下量，k’为大于或者等于20的自然数，b3为第三系数。

9.根据权利要求8所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，所述第三系数b3为1000，所述第二允许范围为0％-30％。

10.根据权利要求1所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控方法，其中，所述第二系数b2为1000，所述人工修正值P2_n为0-5。

11.一种水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，该水平辊式矫直机包括沿矫直方向设置的多个下矫直辊和上矫直辊，其特征在于，所述速度调控系统包括用于n号矫直辊的控制器，该控制器包括依次电连接的输入单元、处理单元和输出单元，其中：

所述输入单元用于获取n号矫直辊处钢轨的矫直线速度V_z并向所述处理单元输入所述钢轨的矫直线速度V_z的信号；

所述处理单元用于接收所述输入单元输入的所述钢轨的矫直线速度V_z，根据速度调控公式计算出所述n号矫直辊的表面线速度V_jn，并输出使所述n号矫直辊以计算结果运行的控制信号；

所述输出单元用于接收所述控制器的控制信号并控制所述n号矫直辊；

其中：

所述n号矫直辊为沿所述矫直机的矫直方向的第n个矫直辊，n为大于0的自然数；

当所述n号矫直辊为沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊时，所述速度调控公式为V_jn＝V_Z(1+P1_n)，其中，V_jn为该n号矫直辊的表面线速度，P1_n为所述n号矫直辊的第一机器修正值；

当所述n号矫直辊为除与所述钢轨接触的沿矫直方向的第一个或最后一个矫直辊外的其余的矫直辊时，所述速度调控公式为 $V_{\mathrm{jn}}=V_Z(1-T_n\·\frac{24{\mathrm{\Δh}}_n}{L^2}+P\text{'}{1}_n+\frac{{P2}_n}{b2}),$ 其中，V_jn为所述n号矫直辊的表面线速度，L为所述矫直机的节距、T_n为所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离、P’1_n为所述n号矫直辊的第二机器修正值，Δh_n为所述n号矫直辊的修正压下量，b2为第二系数。

12.根据权利要求11所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述处理单元还用于根据公式计算所述第一机器修正值P1_n，其中，X_ni为按照公式进行k次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的X_n值，并且X_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第一允许范围内，k为大于或者等于20的自然数，b1为第一系数。

13.根据权利要求12所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述输入单元还用于接收所述第一允许范围和第一系数b1的值，并向所述处理单元输入相应的信号。

14.根据权利要求12所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述输入单元还用于在第i次操作时接收该次操作的X_n值和该次操作时所述n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比并向所述处理单元发送相应的信号，所述处理单元根据所述信号判断是否取用该次操作的X_n值。

15.根据权利要求11所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述处理单元还用于根据公式P'1_n＝u_1n+u_2n·Δh_n+u_3n·H计算所述第二机器修正值P’1_n，u_1n、u_2n和u_3n分别为第一修正系数、第二修正系数和第三修正系数，H为所述钢轨的高度。

16.根据权利要求15所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述处理单元还用于根据公式Y_ni＝u_1n+u_2n·Δh_ni+u_3n·H计算所述第一修正系数u_1n、所述第二修正系数u_2n和所述第三修正系数u_3n，其中，Y_ni为按照公式进行k’次控制所述n号矫直辊的表面线速度V_jn的矫直操作中第i次操作时的Y_n值，并且Y_ni使该n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比控制在第二允许范围内，H为所述钢轨的高度，Δh_ni为所述k’矫直操作中第i次操作时的所述n号矫直辊的修正压下量，k’为大于或者等于20的自然数，b3为第三系数。

17.根据权利要求16所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述输入单元还用于接收所述第二允许范围和第三系数b3的值，并向所述处理单元输入相应的信号。

18.根据权利要求16所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述输入单元还用于在第i次操作时接收该次操作的Y_n值和该次操作所述n号矫直辊的电机的实际扭矩和该电机的额定扭矩之比并向所述处理单元发送相应的信号，所述处理单元根据所述信号判断是否取用该次操作的Y_n值。

19.根据权利要求11所述的水平辊式矫直机的矫直辊的速度调控系统，其中，所述输入单元还用于接收所述矫直机的节距L、所述钢轨和所述n号矫直辊的接触点与所述钢轨的中性层的垂直距离T_n、人工修正值P2n、n号矫直辊的修正压下量Δh_n和第二系数b2中的至少一者，并向所述处理单元输入相应的信号。