CN105436205B - 轧机振动报警及抑制方法 - Google Patents
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Abstract
轧机振动报警及抑制方法，包括如下步骤：1)轧机牌坊上的振动传感器实时测量轧机振动信号，并传给数据采集单元；从轧机控制系统中采集轧制速度工艺信号并传给数据采集单元；2)数据采集单元将上述信号进行处理后传给振动报警单元；振动报警单元根据轧制速度工艺信号及轧机振动信号，制定轧机振动报警模型，当振动能量值超过一定阀值时给出轧机振动信号；3)当振动能量值g＞振动报警阀值g0时，发出轧机振动报警信号，并发给轧机振动抑振装置，轧机振动抑振装置使得轧辊轴承座及轧辊弯辊块紧靠轧机牌坊立柱，消除了轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的间隙，从而增加轧辊轴承座摩擦阻力，降低了轧辊振动能量。
Description
技术领域
本发明涉及轧制技术，特别涉及一种轧机振动报警及抑制方法。
背景技术
轧机振动是冷连轧机高速轧制过程中普遍存在和期待解决的问题，也是世界范围内困扰各大钢铁企业的技术难题。轧制速度越高、材质越硬、厚度越薄，越容易发生振动，发生振动轻则影响带钢表面质量和机组产量，重则引起断带或堆钢事故，增加故障时间，影响产能。因此，如何避免冷连轧机高速轧制时发生振动是提高轧机生产能力的一个重要课题。
为了有效解决冷连轧机轧制过程中发生的振动问题，各国学者和专家对轧机振动问题进行了大量的研究，提出了很多抑制或改善轧机振动的方法，取得了一定的成果。
如中国专利CN1976767A公开了一种轧机机架减震的方法和装置，具体是通过在轧机牌坊的两个立柱上方设置振动质量块，振动能量被振动质量块内的不可压缩流体耗散，系统的频率响应及减震系数由振动质量块的尺寸确定，流体缓冲层的厚度控制通过校准孔的流量加以设定。本发明属于主动抑振方法，是通过振动质量块的阻尼改变系统的固有频率，但该方法中的减震装置对所有的生产带钢均起到作用，对冷连轧机的精确厚度控制起到不良影响。
中国专利JP20008212974A公开了一种有效抑制振动的轧机，具体是通过在轧辊轴承座与牌坊之间设置轴承座侧向支撑及抑振装置，该抑振装置有油压控制施加在轴承座上的压力。该方法中给的装置是安装在牌坊和轴承座之间的，因实际生产中，牌坊和轴承座之间的间隙很小，且轧辊需要经常更换，实际应用时，会带来很多麻烦。
中国专利CN103121037A公开了一种轧机振动抑振装置，具体是通过抑振信号发生器产生抑振阻尼信号送到抑振执行单元的主传动速度给定和液压辊缝给定中参与轧机控制来降低轧机振动的能量，以抑制轧机出现的强烈振动，该方法是从轧机控制系统的角度去实施轧机振动的抑制。
中国专利CN1772405A公开了一种检测轧辊机架振动的方法，具体是通过机架上的液压千斤顶内的位置传感器来检测轧机机架的振动，是属于轧机振动检测领域的方面。
如上所述，虽然各国学者在在轧机振动抑制方面提出了很多方法，但轧机振动问题一直没有得到彻底的解决。究其原因，不仅仅是因为轧机系统结构十分复杂，轧制过程中的工艺参数众多，且各参数之间存在耦合关系。即使是同一个轧机在生产同样钢种、同样工艺条件下也存在不同的振动现象，有时发生振动时的特征也有所变化。实际生产中，为了降低轧机振动对生产所带来的危害，一般通过改变轧制工艺参数如入出口张力、改变润滑状态、降速等措施来避免轧制过程中的振动问题，这也导致生产过程中效率低、成本增加。
如此可知，如何可有效防止轧机过程中发生振动问题是困扰现场的一大难题，需要尽快解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轧机振动报警及抑制方法，通过轧机振动信号及轧制速度信号的组合来制度轧机振动报警模型，准确给出轧机振动报警信号，并根据该振动报警信号，采取轧机振动抑制措施，能够有效降低轧制过程中的振动现象。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
本发明通过轧机振动采集单元采集轧机振动信号及轧制工艺信号，并将该信号传送至轧机振动报警单元；轧机振动报警单元中可根据振动信号、轧制速度等工艺信号，制度振动报警模型，当振动能量值超过一定阀值时，即轧机可能要发生振动时，给出振动报警信号；轧机振动抑制装置根据振动报警信号，采取抑制轧机振动的措施，具体是通过安装在轧机牌坊立柱与弯辊块之间的振动抑制装置增加对轧辊轴承座的水平力，从而降低轧机发生振动的概率。是有关轧机振动抑制领域的发明。
具体的，本发明的轧机振动报警及抑制装置，包括用于采集轧机振动信号和轧制速度信号的数据采集单元、用于给出轧机振动报警信号的轧机振动报警单元、用于抑制轧机振动的轧机振动抑制装置，其特征是，还包括，振动传感器，安装在轧机牌坊上部，其输出端连接数据采集单元，数据采集单元从轧机控制系统中采集轧制速度信号；振动报警单元，由数据采集器接收数据，并根据轧机振动信号和轧制速度信号，制定轧机振动报警模型，当轧机振动能量超过振动报警阀值时给出振动报警信号；两对斜楔板，分别设置于轧机操作侧和传动侧的一个牌坊立柱和弯辊块之间，分别包括活动斜楔板和固定斜楔板，固定斜楔板连接弯辊块，活动斜楔板相对牌坊立柱可滑动；两斜楔油缸，其活塞杆分别连接所述活动斜楔板；油缸体固定于轧机牌坊一侧；两平衡油缸，分别设置于安装斜楔板的轧辊另一端，连接弯辊块和轧机牌坊。
进一步，所述活动、固定斜楔板斜角为5度以下，且活动、固定斜楔板斜角相同。
又，所述轧机振动抑制装置适用于六辊轧机的工作辊和中间辊，也可适用于四辊轧机的工作辊上。
本发明的轧机振动报警及抑制方法，其特征是，包括如下步骤：
1)采用轧机振动报警及抑制装置，包括用于采集轧机振动信号和轧制速度信号的数据采集单元、用于给出轧机振动报警信号的轧机振动报警单元、用于抑制轧机振动的轧机振动抑制装置；振动传感器，安装在轧机牌坊上部，其输出端连接数据采集单元，数据采集单元从轧机控制系统中采集轧制速度信号；振动报警单元，由数据采集单元接收数据，并根据轧机振动信号和轧制速度信号，制定振动报警模型，当轧机振动能量超过振动报警阀值时给出振动报警信号；两对斜楔板，分别设置于轧机操作侧和传动侧的一个牌坊立柱和弯辊块之间，分别包括活动斜楔板和固定斜楔板，固定斜楔板连接弯辊块，活动斜楔板相对牌坊立柱可滑动；两斜楔油缸，其活塞杆分别连接所述活动斜楔板；油缸体固定于轧机牌坊一侧；两平衡油缸，分别设置于安装斜楔板的轧辊另一端，连接弯辊块和轧机牌坊；
2)首先通过安装在轧机牌坊上部的振动传感器实时测量轧机振动信号，并将该轧机振动信号传给数据采集单元；从轧机控制系统中采集轧制速度工艺信号并传给数据采集单元；
3)数据采集单元将上述信号进行处理后传给振动报警单元；振动报警单元根据轧制速度工艺信号及轧机振动信号，制定轧机振动报警模型，当振动能量值超过一定阀值时，即轧机将要发生振动时，给出轧机振动信号；
3.1将振动信号中超过1000Hz的噪声信号和低于50Hz的信号成分过滤掉，计算50Hz至1000Hz内每一帧采样数据的振动能量，其振动能量值为g，其计算公式如下：
其中，n为一帧数据中的采样点数，一般为1024或2048、3072个点、x(i)为每一点的振幅；
3.2设定振动报警阀值g0＝ga×k，
其中，ga为振动报警参考值，一般在0.01～0.2G之间，根据每个机架的特性其值有所不同，一般后道机架的ga值大于前道机架；
k为报警值修正系数，其值根据轧制速度V的变化而发生变化，将轧制速度V从小到大分为VA、VB、VC、VD、VE五段；
其中，VA的取值范围为0＜VA＜200m/min，轧制速度V＜VA时，相应的修正系数为k1，一般0＜k1≤1；
VB值取值范围为200≤VB＜400m/min，相应的修正系数为k2，一般k1＜k2≤2，当实际轧制速度V处于VA和VB之间时，按照10m/min对修正系数进行线性插值，即实际轧制速度V处于VA和VB之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
VC值取值范围为400～700m/min，相应的修正系数为k3，一般k2＜k3≤2，当实际轧制速度V处于VB和VC之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
VD值取值范围为700≤VD＜1000m/min，相应的修正系数为k4，一般k3＜k4≤2，当实际轧制速度V处于VC和VD之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
VE值取值范围为1000≤VE＜2000m/min，相应的修正系数为k5，一般k4＜k5≤2，当实际轧制速度V处于VD和VE之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
当实际轧制速度V≥VE时，报警线修正系数为k5，保持不变；
4)当振动能量值g＞振动报警阀值g0时，发出轧机振动报警信号，并发给轧机振动抑振装置；
轧机振动抑振装置在正常轧制过程中，斜楔油缸保持着对活动斜楔板的一定推力，其推力一般为0～15吨；
当轧机振动抑振装置接到轧机振动报警信号后，首先由斜楔油缸加大对活动斜楔板的推力，加大幅度为5～15吨，使活动斜楔板沿着轧辊轴向方向移动，固定斜楔板在活动斜楔板的作用下推动轧辊弯辊块向沿着垂直于轧辊轴向的方向移动；
轧辊轴承座在轧辊弯辊块的推动下，带动轧辊向沿着垂直于轧辊轴向的方向移动，使得轧辊轴承座及轧辊弯辊块紧靠轧机牌坊立柱，消除了轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的间隙，从而增加轧辊轴承座摩擦阻力，降低了轧辊振动能量；如此，当轧机振动能量g降低到振动报警阀值g0以下时，降低斜楔油缸的压力，使斜楔油缸对活动斜楔板的推力重新回到起始数值，并增加平衡油缸的推力，其推力一般为0.5～5吨，使轧辊轴承座及轧辊回到起始设定位置。
进一步，所述轧机振动抑制装置安装于第4机架或第5机架。
又，所述活动、固定斜楔板斜角为5度以下，且活动、固定斜楔板斜角相同。
本发明通过设置在轧机牌坊上部的振动加速度传感器检测轧机振动信号，另外再从轧机控制系统中采集轧制速度信号，并将振动信号及速度信号传给数据采集单元，数据采集单元中对采集信号进行处理后传给振动报警单元。轧机振动报警单元根据轧机振动信号和轧制速度等工艺信号，制定轧机振动报警模型，使轧机振动能量超过振动报警阀值时，即轧机可能要发生振动时，发出轧机振动报警信号并传给轧机振动抑制装置。最后，轧机振动抑制装置接到轧机振动报警信号后，通过安装在轧机牌坊立柱与弯辊块之间的振动抑制装置增加对轧辊轴承座的水平力，从而降低轧机发生振动时的振动能量。
轧机振动抑振装置在正常轧制过程中，斜楔油缸保持着对活动斜楔板的一定推力，其推力一般为0～15吨。当轧机振动抑振装置接到轧机振动报警信号后，首先由斜楔油缸加大对活动斜楔板的推力，加大幅度为5～15吨，使活动斜楔板沿着轧辊轴向方向移动，固定斜楔板在活动斜楔板的作用下推动轧辊弯辊块向沿着垂直于轧辊轴向的方向移动。轧辊轴承座在轧辊弯辊块的推动下，带动轧辊向沿着垂直于轧辊轴向的方向移动，使得轧辊轴承座及轧辊弯辊块紧靠轧机牌坊立柱，消除了轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的间隙，从而增加轧辊轴承座的摩擦阻力，降低了轧辊振动能量。
如此，当轧机振动能量g降低到振动报警阀值g0以下时，降低斜楔油缸的压力，使斜楔油缸对活动斜楔板的推力重新回到起始数值，并增加平衡油缸的推力，其推力一般为0.5～5吨，使轧辊轴承座及轧辊回到起始设定位置。
本发明可为每个机架设置不同的振动报警阀值，可根据实际轧机振动情况，灵活调整报警线阀值，提高轧机振动报警准确率。另外，轧机在生产过程中一般轧制速度越高，振动能量越大，但在低速情况下也有可能发生有轧辊、传动系统等机械问题引起的振动现象，当以高速时的振动能量为报警阀值时，无法兼顾低速时的振动问题，同样，以低速时的振动能量为振动报警阀值时，高速时发生振动误报警现象。本发明中，以振动报警修正系数对振动报警阀值进行实时修正，可同时兼顾低速和高速时的振动报警，其振动报警准确率得到明显提高。
本发明相对现有技术的优点：
1.本发明中轧机振动检测是通过安装在轧机牌坊上部的振动传感器实现，方便维护及更换；
2.本发明考虑在不同的轧制速度下，轧机振动能量不同的特点，制定随着轧制速度变化的振动报警模型，在实际生产中可重点关注高轧制速度下的振动问题；
3.本发明结合振动检测、报警及抑振，实现对轧机振动的闭环控制；
4.本方明轧机振动的抑制是通过设置在轧辊轴承座侧方的振动抑制装置—斜楔来实现，便于维护。
附图说明
图1为本发明轧机振动报警及抑制方法的示意图；
图2为本发明轧机振动抑振装置实施例的示意图；
图3为本发明轧机振动能量曲线示意图。
图4为本发明轧机轧制速度曲线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
参见图1～图4，本发明的轧机振动报警及抑制装置，包括，轧机牌坊1(以轧辊2的一端的轧机牌坊1为例，下同)及其上的轧辊轴承座3、3’与轧辊轴承座3、3’连接的弯辊油缸4、4’，连接弯辊油缸4的弯辊块5、5’；其还包括，振动传感器6，安装在轧机牌坊1上部，其输出端连接数据采集单元7，数据采集单元连接轧机控制系统8；振动报警单元9，电性连接所述数据采集单元7；两对斜楔板9(以轧辊2的一端的斜楔板9，下同)，分别设置于轧机牌坊轧辊2一端的弯辊块5侧面上，分别包括活动斜楔板91和固定斜楔板92，固定斜楔板92连接弯辊块5；两斜楔油缸10，其活塞杆分别连接所述活动斜楔板91；油缸体固定于轧机牌坊1一侧；两平衡油缸11，分别设置于安装斜楔板9的轧辊2另一端，连接弯辊块5’和轧机牌坊1。
进一步，所述活动、固定斜楔板91、92斜角为5度以下，且活动、固定斜楔板斜角相同。
又，所述轧机振动抑制装置适用于六辊轧机的工作辊和中间辊，也可适用于四辊轧机的工作辊上。
下面轧机为六辊五连轧为例，生产带钢规格为宽度1217mm，入口厚度为2.62mm、出口厚度0.45mm。以轧机第4机架为例，具体实施方式如下：
首先，通过设置在轧机牌坊上部的振动传感器测量轧机振动信号，并从轧机控制系统中采集轧制速度信号等工艺信号，然后将该信号传给振动报警单元。此时，轧机第4机架的振动报警相关参数设置如下：振动报警参考值ga为0.06G，振动报警值修正系数k的设置如表2所示。
表2振动报警值修正系数
| 轧制速度m/min | 100 | 300 | 600 | 900 | 1200 |
| k | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1 | 1.2 |
参考图3、图4，轧制开始之后，起初轧制速度为100m/min一下，此时轧机振动报警阀值g0＝振动报警参考值ga×k＝0.06×0.7＝0.042G，轧机振动传感器测量的振动能量值g为0.01G左右，小于振动报警阀值g0，轧机振动报警单元不发出报警信号。之后，轧制速度逐渐升至1100m/min，此时振动报警线修正系数：
因此，轧机振动报警值g0＝振动报警参考值ga×k＝0.06×1.1333＝0.068G，此时，轧机振动能量值g为0.02G左右，小于振动报警阀值g0，轧机振动报警单元不发出振动报警信号。此后，轧机处于稳速轧制过程，其中，当因某些原因，轧机振动能量突然上升，最高值达到了0.1G，超过了轧机振动报警阀值0.068G，此时，轧机振动报警单元发出轧机振动报警信号给轧机振动抑制装置。
轧机振动抑制装置接到轧机振动报警信号后，立即增加斜楔油缸的推力，使其推力从10吨增加至30吨，活动斜楔板在斜楔油缸的作用下，推动固定斜楔板向垂直于轧辊轴向的方向移动，从而再推动弯辊块和轧辊轴承座沿着垂直于轧辊轴向的方法向另一牌坊立柱侧移动，如此增加了轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的摩擦，也改变了整个轧辊振动系统的固有频率，从而降低了轧辊垂直或水平方向的振动能量。如此处理后，轧机振动能量重新回到报警阀值以下水平，达到0.02G左右。
本发明首先通过振动采集单元采集振动及工艺数据，并根据该数据制定轧机振动报警模型，使轧机振动能量超过一定阀值时即轧机可能要发生振动时，给出轧机振动报警信号，并将该信号传给振动抑制装置。振动抑制装置通过设置在牌坊立柱和弯辊块之间的斜楔增加轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的摩擦，降低轧机振动能量。
本发明所采用的技术成熟，实施容易，推广应用完全可行。另一方面，本发明能够有效解决冷连轧机高速生产中经常出现的振动问题对现场生产及设备带来的危害，对提高生产效率及提高设备寿命均有很大意义。因此，本发明在冷轧钢板生产领域具有广阔的应用前景。
Claims (4)
1.轧机振动报警及抑制方法，其特征是，包括如下步骤：
1)采用轧机振动报警及抑制装置，包括用于采集轧机振动信号和轧制速度信号的数据采集单元、用于给出轧机振动报警信号的轧机振动报警单元、用于抑制轧机振动的轧机振动抑制装置；振动传感器，安装在轧机牌坊上部，其输出端连接数据采集单元，数据采集单元从轧机控制系统中采集轧制速度信号；振动报警单元，由数据采集单元接收数据，并根据轧机振动信号和轧制速度信号，制定振动报警模型，当轧机振动能量超过振动报警阀值时给出振动报警信号；两对斜楔板，分别设置于轧机操作侧和传动侧的一个牌坊立柱和弯辊块之间，分别包括活动斜楔板和固定斜楔板，固定斜楔板连接弯辊块，活动斜楔板相对牌坊立柱可滑动；两斜楔油缸，其活塞杆分别连接所述活动斜楔板；油缸体固定于轧机牌坊一侧；两平衡油缸，分别设置于安装斜楔板的轧辊另一端，连接弯辊块和轧机牌坊；
2)首先通过安装在轧机牌坊上部的振动传感器实时测量轧机振动信号，并将该轧机振动信号传给数据采集单元；从轧机控制系统中采集轧制速度信号并传给数据采集单元；
3)数据采集单元将上述信号进行处理后传给振动报警单元；振动报警单元根据轧制速度工艺信号及轧机振动信号，制定轧机振动报警模型，当振动能量值超过一定阀值时，即轧机将要发生振动时，给出轧机振动信号；
3.1 将振动信号中超过1000Hz的噪声信号和低于50Hz的信号成分过滤掉，计算50Hz至1000Hz内每一帧采样数据的振动能量，其振动能量值为g，其计算公式如下：
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其中，n为一帧数据中的采样点数，一般为1024或2048、3072个点、x(i)为每一点的振幅；
3.2 设定振动报警阀值g0＝ga×k，
其中，ga为振动报警参考值，一般在0.01～0.2G之间，根据每个机架的特性其值有所不同，一般后道机架的ga值大于前道机架；
k为报警值修正系数，其值根据轧制速度V的变化而发生变化，将轧制速度V从小到大分为VA、VB、VC、VD、VE五段；
其中，VA的取值范围为0＜VA＜200m/min，轧制速度V＜VA时，相应的修正系数为k1，一般0＜k1≤1；
VB值取值范围为200≤VB＜400m/min，相应的修正系数为k2，一般k1＜k2≤2，当实际轧制速度V处于VA和VB之间时，按照10m/min对修正系数进行线性插值，即实际轧制速度V处于VA和VB之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
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VC值取值范围为400～700m/min，相应的修正系数为k3，一般k2＜k3≤2，当实际轧制速度V处于VB和VC之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
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VD值取值范围为700≤VD＜1000m/min，相应的修正系数为k4，一般k3＜k4≤2，当实际轧制速度V处于VC和VD之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
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VE值取值范围为1000≤VE＜2000m/min，相应的修正系数为k5，一般k4＜k5≤2，当实际轧制速度V处于VD和VE之间时，报警线修正系数k按照下述公式计算：
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当实际轧制速度V≥VE时，报警线修正系数为k5，保持不变；
4)当振动能量值g＞振动报警阀值g0时，发出轧机振动报警信号，并发给轧机振动抑振装置；
轧机振动抑振装置在正常轧制过程中，斜楔油缸保持着对活动斜楔板的一定推力，其推力一般为0～15吨；
当轧机振动抑振装置接到轧机振动报警信号后，首先由斜楔油缸加大对活动斜楔板的推力，加大幅度为5～15吨，使活动斜楔板沿着轧辊轴向方向移动，固定斜楔板在活动斜楔板的作用下推动轧辊弯辊块向沿着垂直于轧辊轴向的方向移动；
轧辊轴承座在轧辊弯辊块的推动下，带动轧辊向沿着垂直于轧辊轴向的方向移动，使得轧辊轴承座及轧辊弯辊块紧靠轧机牌坊立柱，消除了轧辊轴承座、弯辊块、牌坊立柱之间的间隙，从而增加轧辊轴承座摩擦阻力，降低了轧辊振动能量；如此，当轧机振动能量g降低到振动报警阀值g0以下时，降低斜楔油缸的压力，使斜楔油缸对活动斜楔板的推力重新回到起始数值，并增加平衡油缸的推力，其推力一般为0.5～5吨，使轧辊轴承座及轧辊回到起始设定位置。
2.如权利要求1所述的轧机振动报警及抑制方法，其特征是，所述轧机振动抑制装置安装于第4机架或第5机架。
3.如权利要求1所述的轧机振动报警及抑制方法，其特征是，所述活动、固定斜楔板斜角为5度以下，且活动、固定斜楔板斜角相同。
4.如权利要求1所述的轧机振动报警及抑制方法，其特征是，所述轧机振动抑制装置适用于六辊轧机的工作辊和中间辊，也可适用于四辊轧机的工作辊上。
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