CN104028563B - 高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置及方法。本发明包括动态辊心测距装置、板材厚度测量装置及数据处理模块及显示装置。动态辊心测距装置能准确测量上下工作辊辊心的距离，板材厚度测量装置能测得板材纵向和横向上的厚度变化。得到上下工作辊辊心距离和板材厚度后，经数据处理模块处理，即得到轧制界面润滑油膜厚度变化。本发明能实现高速轧制界面润滑油膜厚度的测量，结构简单，维修方便，消除了轧机垂直振动对测量结果的影响，还考虑了工作辊弹性压扁和板材横断面厚度差，使结果更精确。
Description
技术领域
本发明属于轧制测试技术领域，涉及一种高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置及方法。
背景技术
为了降低轧制负荷和轧辊轧件的温度，生产中一般都采用润滑轧制，润滑条件是影响轧机振动的一个重要因素。由于轧辊和带钢之间润滑不良造成振动的现象在钢铁企业中很常见，因而轧制界面润滑特性的研究是当前研究热点。
油膜厚度是润滑条件的一个主要指标，油膜厚度决定着轧辊与轧件间的摩擦润滑状态，润滑不良会使轧辊与带材之间处于不稳定的摩擦状态，造成张力波动，引起轧制力变化，使轧机垂直系统发生振动。油膜厚度过小会使轧辊与轧件处于近干摩擦状态，起不到润滑作用，加速轧辊磨损，减小轧辊使用寿命，增加更换轧辊频率，影响生产效率。润滑过度会使轧辊与轧件处于过液体润滑状态，会造成乳化液的浪费，还会使轧制界面摩擦系数变小，阻尼作用减小，系统的稳定性变差，振动更容易发生。
因此控制轧制界面润滑油膜厚度是十分必要的，控制油膜厚度的前提是要有精确的轧制界面油膜厚度测量技术。目前，国内外测量油膜厚度的技术方法主要有：电阻法、电容法、光干涉法、电涡流法、X射线法、激光衍射法、光线位移传感器法、超声共振法等，但这些方法大多只适用于轴承等处或静态油膜厚度的测量，不适用于高速工作状态下轧制界面油膜厚度的测量，并且轧制界面润滑油膜厚度受轧机垂直振动影响较大，目前对于高速轧制界面润滑油膜厚度的测量一直没有得到良好的解决。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术中的不足而完成的，其目的在于提供一种高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置及其测量方法，能实现高速轧制界面润滑油膜厚度的测量，消除轧机垂直振动对测量结果的影响，使测量结果更精确。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
本发明中的装置包括动态辊心测距装置、板材厚度测量装置及数据处理模块及显示装置。动态辊心测距装置能准确测量上下工作辊辊心的距离，板材厚度测量装置能测得板材纵向和横向上的厚度变化。得到上下工作辊辊心距离和板材厚度后，经数据处理模块处理，即得到轧制界面润滑油膜厚度变化。
所述动态辊心测距装置包括轴承、轴承套、推杆、连接杆、第一弹簧、压力传感器及套筒；所述第一弹簧和所述压力传感器安装在所述套筒内，所述压力传感器位于所述连接杆上端，所述连接杆下端固定连接于所述轴承套；所述第一弹簧下端压靠在所述压力传感器上，上端连接所述推杆一端；所述推杆另一端固定连接于所述轴承套；所述轴承位于所述轴承套内，所述套筒上下各有一个所述轴承，两所述轴承分别装在上下工作辊的辊头上，上下工作辊的垂直运动会通过所述推杆压缩所述第一弹簧，进而将压力传给所述压力传感器，从而将上下工作辊的位移信号转换成电信号，得到上下工作辊辊心的距离。
所述板材厚度测量装置包括测量辊、升降装置和机架；所述升降装置位于机架内，用来调节上下所述测量辊的初始间距；升降装置由液压缸和第二弹簧组成，第二弹簧和液压缸分别位于轴头座的上下两侧，每个所述测量辊的两端各有一套所述升降装置。
所述测量辊由轴头、轴筒和测量环组成。所述轴头连接于所述轴筒的两端，轴筒通过轴头与轴头座固定，不发生旋转运动，所述轴筒贯穿于所有所述测量环，所述测量辊有多个测量环，多个测量环沿轴筒轴线方向等距离分布，以此来测量板材横向上不同位置处的板材厚度。
所述测量环包括滚环、支撑环、支撑杆、弹性材料及极板。所述极板位于所述轴筒内，上极板与轴筒连接，下极板与支撑杆连接，所述支撑杆径向穿过所述轴筒连接于所述支撑环，支撑环通过滚柱与滚环连接，支撑环与轴筒之间填充有所述弹性材料。滚环与板材接触，在摩擦力作用下滚环在板材上滚动，由于板材纵向上厚度的变化，使支撑环带动支撑杆在轴筒径向方向上下移动，从而带动下极板上下运动，进而使上下极板间的距离发生变化，使板材纵向上的厚度变化转化为电信号输出，多个所述测量环能测量出板材横向上的厚度变化。
所述的数据处理及显示装置包括数模转换器、计算机及显示器，能实现对压力信号及电容信号的分析、处理与计算，以及对轧制界面油膜厚度的计算，最后将分析计算得到的数据在显示器上显示。
利用上述装置进行润滑油膜厚度测量的方法：
设定上下工作辊辊心初始距离为l0，将压力传感器显示压力调零，上下工作辊的垂直运动会使第一弹簧压缩或舒张，压力传感器显示压力F在零线上下波动，根据F＝kΔl将压力转化为辊心距离变化量Δl，k为第一弹簧的刚度系数，再根据辊心初始间距l0计算得到辊心实际距离l；板材穿过上下测量辊，调节升降装置，使测量辊压靠在板材上下面，初始板厚设定为h0，将显示电容值调零，板材纵向厚度差会使上下测量辊每个测量环上下极板间的距离发生变化，将测得的电容值C根据转化为极板间距离变化量Δh，再根据初始板厚h0计算得到板材厚度h；板厚测量相对于辊心测量有一定的时间延时，根据轧制速度和测量辊与工作辊间的距离，计算得到延时时间，从而将板材同一位置处的厚度和辊心距离相对应。
测得上下工作辊辊心距离l和板材厚度h后，油膜厚度R'为工辊压扁半径。
本发明的有益效果：能实现高速轧制界面润滑油膜厚度的测量，结构简单，维修方便，消除了轧机垂直振动对测量结果的影响，还考虑了工作辊弹性压扁和板材横断面厚度差，使结果更精确。
附图说明
图1为本发明高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置装配图；
图2为本发明优选的动态辊心测距装置示意图；
图3为本发明优选的动态辊心测距装置局部剖视图；
图4为本发明优选的板材厚度测量装置局部剖视图；
图5为本发明优选的测量环结构示意图；
图6为本发明高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置工作流程图；
图7为轧制界面润滑油膜厚度计算示意图；
附图中：1、上工作辊；2、下工作辊；3、板材；4、轴承套；5、轴承；6、推杆；7、套筒；8、连接杆；9、第一弹簧；10、压力传感器；11、机架；12、液压缸；13、第二弹簧；14、轴头；15、轴筒；16、滚环；17、滚柱；18、支撑环；19、弹性材料；20、支撑杆；21、下极板；22、上极板；23、轴头座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括动态辊心测距装置、板材厚度测量装置及数据处理及显示装置。动态辊心测距装置能准确测量上下工作辊辊心的距离，板材厚度测量装置能测得板材纵向和横向上的厚度变化。得到上下工作辊辊心距离和板材厚度后，经数据处理模块处理，即得到轧制界面润滑油膜厚度H变化。
如图2和3所示，所述的动态辊心测距装置由轴承5、轴承套4、推杆6、连接杆8、第一弹簧9、压力传感器10及套筒7构成。所述第一弹簧9和所述压力传感器10安装在所述套筒7内，所述压力传感器10位于所述连接杆8上端，所述连接杆8下端固定连接于所述轴承套4；所述第一弹簧9压靠在所述压力传感器10上，上端连接所述推杆6；所述推杆6另一端固定连接于所述轴承套4；所述轴承5位于所述轴承套4内，所述套筒7上下各有一个所述轴承5，两所述轴承5分别装在上下工作辊1、2的辊头上，上下工作辊1、2的垂直运动会通过所述推杆6压缩所述第一弹簧9，进而将压力传给所述压力传感器10，从而将上下工作辊1、2的位移信号转换成电信号，得到上下工作辊辊心的距离l。
如图4所示，所述板材厚度测量装置包括测量辊、升降装置和机架11。所述升降装置位于机架11内，用来调节上下所述测量辊的初始间距。升降装置由液压缸12和第二弹簧13组成，第二弹簧13和液压缸12分别位于轴头座23的上下两侧，每个所述测量辊的两端各有一套所述升降装置。
如图4所示，所述测量辊由轴头14、轴筒15和测量环组成。所述轴头14连接于所述轴筒15的两端，轴筒15通过轴头14与轴头座23固定，不发生旋转运动，所述轴筒15贯穿于所有所述测量环，所述测量辊有多个测量环，每个测量环的宽度为52mm，多个测量环沿轴筒15轴线方向等距离分布，测量环之间的间距为0.01mm，以此来测量板材3横向上不同位置处的板材厚度。
如图5所示，所述测量环包括滚环16、支撑环18、支撑杆20、弹性材料19及极板21、22。所述极板21、22位于所述轴筒15内，上极板22与轴筒15连接，下极板21与支撑杆20连接，所述支撑杆20径向穿过所述轴筒15连接于所述支撑环18，支撑环18通过滚柱17与滚环16连接，支撑环18与轴筒15之间填充有所述弹性材料19。滚环16与板材3接触，在摩擦力作用下滚环16在板材3上滚动，由于板材3纵向上厚度h的变化，使支撑环18带动支撑杆20在轴筒15径向方向上下移动，从而带动下极板21上下运动，进而使上下极板22、21间的距离发生变化，使板材3纵向上的厚度h变化转化为电信号输出，多个所述测量环能测量出板材3横向上的厚度h变化。
如图6所示为高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置工作流程图。安装好动态辊心测量装置后，设定辊心初始距离为l0，将压力传感器10显示压力调零，上下工作辊1、2的垂直运动会使第一弹簧9压缩或舒张，压力传感器10显示压力F在零线上下波动，根据F＝kΔl将压力转化为辊心距离变化量，k为第一弹簧9的刚度系数，再根据辊心初始间距l0计算得到辊心实际距离l。板材3穿过上下测量辊，调节升降装置，使测量辊压靠在板材3上下面，初始板厚设定为h0，将显示电容值调零，板材3纵向厚度差会使上下测量辊每个测量环上下极板22、21间的距离发生变化，将测得的电容值C根据转化为极板间距离变化量Δh，再根据初始板厚h0计算得到板材厚度h，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板相对面积。板厚测量相对于辊心测量有一定的时间延时，根据轧制速度和测量辊与工作辊间的距离，计算得到延时时间，从而将板材同一位置处的厚度和辊心距离相对应。
如图7所示，测得上下工作辊1、2辊心距离l和板材3厚度h后，油膜厚度R'为工作辊压扁半径，由Hitchcock公式确定，即：式中：R为工作辊半径，P为轧制力，B为板材宽度，Δh为绝对压下量，C0为Hitchcock常数，E1为弹性模量，γ为工作辊泊松比。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置，其特征在于：包括动态辊心测距装置和板材厚度测量装置；动态辊心测距装置准确测量上下工作辊辊心的距离，板材厚度测量装置测得板材纵向和横向上的厚度变化；
所述动态辊心测距装置包括轴承、轴承套、推杆、连接杆、第一弹簧、压力传感器及套筒；所述第一弹簧和所述压力传感器安装在所述套筒内，所述压力传感器位于所述连接杆上端，所述连接杆下端固定连接于所述轴承套；所述第一弹簧下端压靠在所述压力传感器上，上端连接所述推杆一端；所述推杆另一端固定连接于所述轴承套；所述轴承位于所述轴承套内，所述套筒上下各有一个所述轴承，两所述轴承分别装在上下工作辊的辊头上，上下工作辊的垂直运动会通过所述推杆压缩所述第一弹簧，进而将压力传给所述压力传感器，从而将上下工作辊的位移信号转换成电信号，得到上下工作辊辊心的距离；
所述板材厚度测量装置包括测量辊、升降装置和机架；所述升降装置位于机架内，用来调节上下所述测量辊的初始间距；升降装置由液压缸和第二弹簧组成，第二弹簧和液压缸分别位于轴头座的上下两侧，每个所述测量辊的两端各有一套所述升降装置；
所述的测量辊由轴头、轴筒和测量环组成；所述轴头连接于所述轴筒的两端，轴筒通过轴头与轴头座固定，不发生旋转运动，所述轴筒贯穿于所有所述测量环，所述测量辊有多个测量环，多个测量环沿轴筒轴线方向等距离分布，以此来测量板材横向上不同位置处的板材厚度；
所述的测量环包括滚环、支撑环、支撑杆、弹性材料及极板；所述极板位于所述轴筒内，上极板与轴筒连接，下极板与支撑杆连接，所述支撑杆径向穿过所述轴筒连接于所述支撑环，支撑环通过滚柱与滚环连接，支撑环与轴筒之间填充有所述弹性材料；滚环与板材接触，在摩擦力作用下滚环在板材上滚动，由于板材纵向上厚度的变化，使支撑环带动支撑杆在轴筒径向方向上下移动，从而带动下极板上下运动，进而使上下极板间的距离发生变化，使板材纵向上的厚度变化转化为电信号输出，多个所述测量环能测量出板材横向上的厚度变化。
2.利用权利要求1所述高速轧制界面润滑油膜厚度测量装置进行润滑油膜厚度测量的方法，其特征在于：
设定上下工作辊辊心初始距离为l0，将压力传感器显示压力调零，上下工作辊的垂直运动会使第一弹簧压缩或舒张，压力传感器显示压力F在零线上下波动，根据F＝kΔl将压力转化为辊心距离变化量Δl，k为第一弹簧的刚度系数，再根据辊心初始间距l0计算得到辊心实际距离l；板材穿过上下测量辊，调节升降装置，使测量辊压靠在板材上下面，初始板厚设定为h0，将显示电容值调零，板材纵向厚度差会使上下测量辊每个测量环上下极板间的距离发生变化，将测得的电容值C根据转化为极板间距离变化量Δh，再根据初始板厚h0计算得到板材厚度h；其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板相对面积；板厚测量相对于辊心测量有一定的时间延时，根据轧制速度和测量辊与工作辊间的距离，计算得到延时时间，从而将板材同一位置处的厚度和辊心距离相对应；
测得上下工作辊辊心距离l和板材厚度h后，油膜厚度R'为工作辊压扁半径。
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