CN105988437A - 一种采用分布式控制系统的多级万能轧机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用分布式控制系统的多级万能轧机，该装置采用压扁、粗轧、中轧和精轧多级轧制；原料进入本轧机系统，依次经过压扁装置、一级检测、冷却润滑装置、粗轧机头、二级检测、冷却润滑装置、中轧机头、三级检测、冷却润滑装置、精轧机头、成品检测，矫直收卷；其中每一级执行器后的检测装置将数据实时反馈给控制系统，控制系统采用模糊控制的思想对检测的数据进行分析综合，进而控制相应的轧辊伺服电机进行联动；该装置的冷却润滑均采用油，避免采用油润滑、水冷却所带来的“油水分离”问题；本发明的最大优势在于采用压扁、粗轧、中轧和精轧多级轧制，实现线材轧机生产线的精确闭环控制，提高线材轧制的精度和效率。

Description

一种采用分布式控制系统的多级万能轧机

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种俗称轧机的金属压延机械，尤其是一种多级、分布式的万能轧机系统。

技术背景

万能轧机是由一对水平辊和一对立辊组成主机架，其四个辊的轴线在一个平面内，可对轧件进行四面加工，通过调节轧辊之间的距离和位置，可以加工不同规格及H型钢、钢轨、工字钢、槽钢、钢板桩、U型钢、L型钢、不等边角钢等多种类型的型钢。

世界上第一套万能轧机建于1902年声森堡的Arbed(阿尔贝德)厂，但当时轧出的较宽翼缘的工字钢内恻仍有斜度。1908年按照格林轧制法(必须有一架轧边机和一架万能轧机配合使用)在美国伯利恒公司建成了第一个宽翼缘H型钢厂，1914年德国培因公司也采用同样的方法建成了培因H型钢厂，1955年欧洲煤钢联营开发了IPE钢粱系列，1957年德国的培因H型钢厂生产了第一批IPE钢梁，但直到1970年工字钢的生产仍占较大比例。

20世纪60年代以后，随着世界钢铁工业的发展，万能轧机得以迅速发展，大多数国家的钢铁界都积极筹建新型的万能轧机。各国充分利用原有的大型轧机和轨梁轧机进行技术改造，这种做法在日本得到普遍采用，从1961年到1972年的大约10年期间，日本先后改造了三个大型厂和一个轨梁厂，目的主要是引进万能轧机。1965年日本已经有能力批量生产H型钢，至20世纪60年代末，世界上共有大型轧机74套，轨梁轧机24套，宽边钢梁轧机12套。

国内近年来投产了数条万能生产线，均是引进美国、德国等国外公司的设备和技术。国外设备不仅一次性投入较大，而且后期的维护费用也甚可观，这促使一大批企业家与高校合作或者独立研发具有完全自主知识产权的万能轧机装备。

发明内容

发明目的：

针对上述引进国外万能轧机设备和技术所导致的一次性投入大、后期维护费用高等问题，研发具有完全自主知识产权的万能轧机装备，降低前期投入及后期维护成本，实现线材轧机生产线的精确闭环控制，提高线材轧制的精度和效率。

技术方案：

本轧机系统采用压扁、粗轧、中轧、精轧多级轧制。原料由放线机送入本系统，依次经过压扁装置、检测装置、冷却润滑装置、粗轧机头、检测装置、冷却润滑装置、中轧机头、检测装置、冷却润滑装置、精轧机头、成品检测装置，最终矫直收卷。为便于运输，机架可拆分为前后两部分，通过螺栓连接。上述所有装置固定于机架上，其辊子贴合中心点在同一直线上。

压扁装置的作用是将原材料压扁，是轧制的第一步，在这个过程中，材料形变最大。压扁装置主要由两个压扁辊子组成，其中下辊子固定，上棍子的位置由伺服电机控制，通过控制伺服电机，可以调节两个辊子之间的距离，从而控制材料压扁的厚度。

检测装置的作用是在线测宽测厚并进行实时显示，进一步地将检测的数据反馈到输入端，通过控制器控制相应的轧辊伺服电机进行联动，进而控制型材的宽度和厚度参数并使之满足要求。检测装置由底座、限位机构、测厚机构、测宽机构组成。由于检测装置在检测时对线材的平稳度要求较高，故检测装置的前中后分别设有限位机构，以稳定线材。整个检测装置按照限位机构、厚度测量机构、限位机构、宽度测量机构、限位机构的顺序安装，而且相互之间留有一定的缝隙，以便机构自身独立自由的摆动或者辊轮自由地转动。装置中五对辊轮之间均通过复位弹簧弹性的贴合在一起，既能使线材方便通过，还能使辊轮弹性贴合。厚度测量机构和宽度测量机构均是采用双杠杆结构，两者辊轮安装的角度相互垂直。双杠杆形成一种“悬浮”结构，能使线材处于自然拉伸状态，且利用线材引起辊轮之间的位移变化量，再通过接触式位移传感器产生的形变测得型材的厚度或宽度。本系统包含三个检测装置，其作用和结构完全相同。

冷却润滑装置，顾名思义，其主要作用是起到冷却和润滑作用，此外还可以调节线材的张紧程度，控制线速度。其主要部件包括冷却油池、导向轮、气缸、压紧轮、拉线式位移传感器。冷却油池的上方装有气缸，气缸伸缩带动压紧轮上下运动，从而控制线材的张紧程度，气缸的位置通过拉线式位移传感器测量。冷却润滑装置同时起到冷却和润滑作用，避免采用油润滑、水冷却所带来的“油水分离”问题。本系统包含三个冷却润滑装置，其作用和结构完全相同。

轧机头用于对线材的轧制，本装置的轧机头为万能轧机头，轧机头的四个轧辊分别由三组直线导轨构成的滑动机构实现进给运动，并分别由四个伺服电机驱动，可以对材料进行多种截面形状的轧制，轧辊轧制进口处设有冷却油和润滑脂喷头，轧辊内部设有油路冷却系统。本系统所包含粗轧、中轧、精轧三个轧机，其结构完全相同，区别在于每次轧制的精度不同。

成品检测装置是本系统的最后一道检测环节，其作用是将检测结果反馈给控制器，控制器根据检测的数据按照一定的算法对前面的一级或多级执行器进行控制，尽可能的减小误差。成品检测装置包括水平限位机构、竖直限位机构、宽度测量机构、厚度测量机构和浮动机构。宽度测量机构和厚度测量机构安装于浮动机构上，相比于前级检测装置，进一步消除了线材的抖动，使检测时线材更加平稳，提高了检测的精度。

本系统在压扁装置、粗轧机头、中轧机头、精轧机头后均设有独立的检测装置。检测的数据实时反馈给控制系统，控制系统基于模糊控制的思想，根据反馈值与设定值的误差大小，控制相应的轧机头改变位置或者角度，进而实现线材轧机生产线的精确闭环控制，提高线材轧制的精度和效率。

有益效果：

研发具有完全自主知识产权的万能轧机装备，降低前期投入及后期维护成本，实现线材轧机生产线的精确闭环控制，提高线材轧制的精度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍：

图1为本发明的整体结构示意图，包括机架1、压扁装置2、检测装置3、冷却润滑装置4、粗轧机头5、检测装置6、冷却润滑装置7、中轧机头8、检测装置9、冷却润滑装置10、精轧机头11和成品检测装置12。

图2为压扁装置结构示意图，包括伺服电机13、丝杠14、上辊15、下辊16。

图3为检测装置结构示意图，包括基座17、限位机构18、厚度测量机构19、限位机构20、宽度测量机构21和限位机构22。

图4为冷却润滑装置结构示意图，包括导向轮23、冷却油池24、拉线式位移传感器25、气缸26和压紧轮27。

图5为轧机头结构示意图，包括伺服电机28、内部固定框架29、直线导轨30、栔形安装块31、传动丝杆32、直线导轨34、轧辊固定架35、滑块固定装置36、轧辊37、直线导轨40。

图6为成品检测装置结构示意图，包括水平限位机构41、竖直限位机构42、宽度测量机构43、厚度测量机构44和浮动机构45。

图7为本发明的控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。原料由放线机送入本系统，依次经过压扁装置2、检测装置3、冷却润滑装置4、粗轧机头5、检测装置6、冷却润滑装置7、中轧机头8、检测装置9、冷却润滑装置10、精轧机头11、最终检测装置12，最终矫直收卷。所述装置2-12固定在机架1上，为便于运输，机架1可拆分为前后两部分，通过螺栓连接。上述装置的辊子贴合中心点均在同一直线上。

图2是压扁装置的结构示意图。压扁装置主要由两个压扁辊子组成，其中下辊16固定，上辊15的位置由伺服电机13控制，伺服电机13旋转带动丝杠14转动，上辊15随之上下运动。通过控制伺服电机，可以调节两个辊子之间的距离，进而控制材料压扁的厚度。

图3是检测装置结构示意图。检测装置包括基座17、限位机构18、厚度测量机构19、限位机构20、宽度测量机构21和限位机构22。检测装置按照限位机构18、厚度测量机构19、限位机构20、宽度测量机构21、限位机构22的顺序，独立地通过相应的支架用螺栓固定在基座17上，且相互之间留有一定的缝隙。装置中五对辊轮之间均通过复位弹簧弹性的贴合在一起，既能使线材方便通过，还能使辊轮弹性贴合。厚度测量机构19和宽度测量机构31均是采用双杠杆结构，两者辊轮安装的角度相互垂直。双杠杆形成一种“悬浮”结构，能使线材处于自然拉伸状态，且利用线材引起辊轮之间的位移变化量，再通过接触式位移传感器产生的形变测得型材的厚度或宽度。本系统所包含的三个检测装置3、6、9，其作用和结构完全相同。

图4是冷却润滑装置结构示意图。冷却润滑装置主要包括冷却油池22、导向轮23、气缸24、压紧轮25、拉线式位移传感器26。冷却油池22的上方装有气缸24、压紧轮25和拉线式位移传感器26，气缸24伸缩带动压紧轮25上下运动，控制线材的张紧程度，压紧轮25的位置通过拉线式位移传感器26测量，将压紧轮位置信息反馈给控制系统，以便调整各部分速度。本系统所包含的三个冷却润滑装置4、7、10，其作用和结构完全相同。

图5为轧机头结构示意图。轧机头用于对线材的轧制，每个轧辊37在三组直线导轨30、35、40构成的移动方向上运动，并分别由伺服电机28驱动，伺服电机28驱动传动丝杆32实现轧辊37位置灵活可调，可以方便组合不同形状的轧制孔，实现不同形状轧制材料。本系统所包含粗轧、中轧、精轧三个轧机，其结构完全相同，区别在于每次轧制的精度不同。

图6为成品检测装置结构示意图。成品检测装置包括水平限位机构41、竖直限位机构42、宽度测量机构43、厚度测量机构44和浮动机构45。线材依次通过水平限位机构41、竖直限位机构42、宽度测量机构43、厚度测量机构44、竖直限位机构42、水平限位机构41。其中宽度测量机构42和厚度测量机构43安装于浮动机构44上，相比于前级检测装置，进一步消除了线材的抖动，使检测时线材更加平稳，提高了检测的精度。

图7为本发明的控制系统示意图。压扁装置、粗轧机头、中轧机头、精轧机头后均设有独立的检测装置。检测的数据实时反馈给控制系统，控制系统基于模糊控制的思想，根据反馈值与设定值的误差大小，控制相应的轧机头改变位置或者角度，进而实现线材轧机生产线的精确闭环控制，提高线材轧制的精度和效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (7)

1.本发明提供的一种采用分布式控制系统的多级万能轧机，其特征在于采用压扁、粗轧、中轧和精轧多级轧制；其中该系统包括机架1、压扁装置2、检测装置3、冷却润滑装置4、粗轧机头5、检测装置6、冷却润滑装置7、中轧机头8、检测装置9、冷却润滑装置10、精轧机头11和成品检测装置12。所述装置2-12固定在机架1上，为便于运输，机架1可拆分为前后两部分，通过螺栓连接。上述装置的辊子贴合中心点均在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的压扁装置，其特征在于该装置包括伺服电机13、丝杠14、上辊15和下辊16；其中下辊16固定，上辊15的位置由伺服电机13控制，伺服电机13旋转带动丝杠14转动，上辊15随之上下运动。通过控制伺服电机，可以调节两个辊子之间的距离，进而控制材料压扁的厚度。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于该装置包括基座17、限位机构18、厚度测量机构19、限位机构20、宽度测量机构21和限位机构22；其中检测装置按照限位机构18、厚度测量机构19、限位机构20、宽度测量机构21、限位机构22的顺序，独立地通过相应的支架用螺栓固定在基座17上，且相互之间留有一定的缝隙。

4.根据权利要求1所述的冷却润滑装置，其特征在于该装置包括冷却油池22、导向轮23、气缸24、压紧轮25、拉线式位移传感器26；其中冷却油池22的上方装有气缸24、压紧轮25和拉线式位移传感器26；气缸24伸缩带动压紧轮25上下运动，控制线材的张紧程度，压紧轮25的位置通过拉线式位移传感器26测量，将压紧轮位置信息反馈给控制系统，以便调整各部分速度；冷却润滑装置同时起到冷却和润滑作用，避免采用油润滑、水冷却所带来的“油水分离”问题。

5.根据权利要求1所述的轧机头，其特征在于该装置可以对轧制材料进行四个方向上的异形轧制，每个轧制方向由三组直线导轨组成的侧向滑动机构实现进给运动，可方便实现轧辊的精确定位调节；轧机头的轧辊内部设置有循环油路冷却系统。

6.根据权利要求1所述的成品检测装置，其特征在于该装置包括水平限位机构41、竖直限位机构42、宽度测量机构43、厚度测量机构44和浮动机构45；线材依次通过水平限位机构41、竖直限位机构42、宽度测量机构43、厚度测量机构44、竖直限位机构42、水平限位机构41；其中宽度测量机构42和厚度测量机构43安装于浮动机构44上，相比于前级检测装置，进一步消除了线材的抖动，使检测时线材更加平稳，提高了检测的精度。

7.根据权利要求1所述的一种多级、分布式万能轧机系统特征在于每一级执行器后均装有检测装置，其检测的数据实时反馈给控制系统，然后控制系统根据每一级反馈的结果，采用分布式的PID模糊控制，控制相应的轧辊伺服电机进行联动，进而实现线材轧机生产线的精确闭环控制，以提高线材轧制的精度和效率。