CN113102509B - 一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置，包括定尺机架及安装在定尺机架的定尺挡板、挡板升降装置和挡板位移装置，所述挡板升降装置包括升降液压缸和曲柄连杆，所述曲柄连杆的一端与升降液压杆的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板铰接，所述曲柄连杆的弯曲部与定尺机架内壁铰接；所述挡板位移装置包括两个推动机构，两个所述推动机构均与定尺挡板铰接，所述推动机构包括位移液压缸和连接杆，所述连接杆的一端与位移液压缸的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板铰接；所述升降液压缸和所述位移液压缸均由PLC控制系统控制。本发明补偿了编组的倍尺母材的横向温度偏差和纵向温度偏差，大大提高了定尺机的定尺精度。

Description

一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置及方法

技术领域

本发明涉及冶金轧钢在线精整技术领域，更具体地说，它涉及一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置及方法。

背景技术

对于特钢大中规格的棒材，每支钢坯的轧后长度从一百多米到五、六百米不等，终轧的温度一般在900-950℃。完成终轧的坯料经过飞剪剪切成60-110米长的倍尺母材，倍尺母材经抛料装置抛钢后成排分布在冷床或横移装置上，经空冷或保温后进行编组，每组倍尺母材的支数从几支到几十支不等，通过锯机或者剪机对编组后的倍尺母材进行锯切或剪切，锯切或剪切后的成品棒材长度一般为6-9米。

由于同一编组内的相邻倍尺母材在空气中的冷却时间差异导致编组后的相邻倍尺母材在横向上的温度差异。例如，假设轧机的终轧速度为2.46m/s，倍尺母材长度为78m，则相邻2支倍尺母材在空气中的冷却时间相差约31.7s，正常空冷条件下的温度偏差约15-30℃(取决于棒材规格和冷却条件)。倍尺母材的横向温度差异导致定尺冷却后的长度偏差(冷却收缩,约5-10mm)。每组倍尺母材第一支由于冷却时间最长所以温度最低，第2支次之，以此类推，横向存在一定的温度梯度。

另外，倍尺母材在纵向上(即倍尺母材的轴向)存在温度差异也会导致定尺冷却后的长度偏差。例如，假设倍尺母材长度为78m，锯切或剪切后的成品长度为6m，则需要锯切或剪切道次为12道，假设每道次时间为40s(锯切周期一般较长、剪切周期相对较短)，则第1道次和最后1道次的间隔时间相差480s。第1道次和最后1道次锯切或剪切时的温度偏差约有150-200℃(取决于棒材规格和冷却条件)。倍尺母材的纵向温度差异导致定尺冷却后的长度偏差(冷却收缩,约30-50mm)。

现有技术中剪切或锯切时，定尺挡板的位置固定不变，在切割过程中，倍尺母材的长度因温度不断下降出现收缩的情况，另外，定尺挡板的位置是根据定尺挡板到锯切或剪切中心线的长度加上预设冷缩量，但预设收缩量是根据倍尺母材整体收缩量与切割段数确定的，并不符合实际的生产情况，会导致切割后的成品在完全冷却后长度参差不齐。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置及方法，补偿了编组的倍尺母材的横向温度偏差和纵向温度偏差，大大提高了定尺机的定尺精度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置，包括定尺机架及安装在定尺机架的定尺挡板、挡板升降装置和挡板位移装置，所述挡板升降装置包括升降液压缸和曲柄连杆，所述曲柄连杆的一端与升降液压杆的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板铰接，所述曲柄连杆的弯曲部与定尺机架内壁铰接；所述挡板位移装置包括两个推动机构，两个所述推动机构均与定尺挡板铰接，所述推动机构包括位移液压缸和连接杆，所述连接杆的一端与位移液压缸的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板铰接；所述升降液压缸和所述位移液压缸均由PLC控制系统控制。

在其中一个实施例中，所述推动机构还包括缓冲部，所述缓冲部位于连接杆与位移液压缸之间，所述缓冲部包括导向套、导向杆和缓冲弹簧，所述导向套固定在定尺机架内且位于连接杆和位移液压缸之间，所述导向套内设置有导向通孔，所述导向杆穿过导向通孔，且所述导向杆的一端与位移液压缸的活塞杆铰接，所述导向杆的另一端与连接杆铰接，所述缓冲弹簧套设在导向杆内且位于连接杆与导向套之间。由于棒材运动至定尺挡板处时会撞击定尺挡板，缓冲部是起到缓冲作用，吸收定尺挡板受到的冲击。

在其中一个实施例中，所述位移液压缸的活塞杆处设置有位移传感器，所述位移传感器与PLC控制系统通讯连接，用于检测活塞杆的伸出长度。其中，位移传感器是MTS内置式位移传感器。

在其中一个实施例中，两个所述位移液压缸分别对应定尺挡板两侧且固定在定尺机架内。两个位移液压缸即可实现定尺挡板的前后移动及角度调整。

在其中一个实施例中，所述位移液压缸由比例阀控制，所述比例阀与PLC控制系统通讯连接。其中，所述比例阀的型号是4WREE6W08-2X/G24K31F1。

在其中一个实施例中，所述曲柄连杆的弯曲部到定尺挡板之间的长度与所述连接杆的长度相同。

在其中一个实施例中，所述曲柄连杆的弯曲部到定尺挡板之间的部分与所述连接杆平行设置。当升降液压缸带动曲柄连杆转动时，曲柄连杆将定尺挡板升起或降下，此时连接杆的运动与曲柄连杆的弯曲部到定尺挡板之间的部分相同，有利于定尺挡板的升降。

一种提高特钢棒材编组定尺精度的方法，使用所述提高特钢棒材编组定尺精度的装置，包括横向温度补偿偏差和纵向温度补偿偏差；

横向温度补偿偏差：根据同一编组内的所有棒材的温度梯度计算同一编组内棒材的冷却收缩量的梯度，根据冷却收缩量的梯度来调整定尺挡板倾斜的角度，使切割成品冷却后的长度保持一致，PLC控制系统通过比例阀控制其中一个的位移液压缸启动，该位移液压缸的活塞杆伸出使定尺挡板的一端向切割装置方向位移，定尺挡板的倾斜方向是从最先被切割的棒材到最后被切割的棒材的方向倾斜；

纵向温度补偿偏差：设定调整次数，调整次数是指驱动定尺挡板移动前切割棒材的次数，完成调整次数的切割所需时间是调整周期，当切割棒材的次数达到调整次数时，PLC控制系统通过比例阀控制两个位移液压缸启动，两个位移液压缸的活塞杆伸出相同的距离，带动连接杆推动定尺挡板向前移动一段距离，定尺挡板整体前移的距离与后一个调整周期内棒材的冷却收缩量相同；

在切割棒材前，根据切割成品的长度将定尺机架移动到定尺位置，定尺挡板随着定尺机架一起移动，定尺挡板到切割装置的距离等于切割成品的长度加上棒材的预设的冷却收缩量，根据横向温度补偿偏差调整定尺挡板的倾斜角度，然后开始切割，每完成一次切割，PLC控制系统控制升降液压缸启动，升降液压缸的活塞杆缩回带动曲柄连杆升起定尺挡板，完成切割的成品通过定尺挡板，当完成切割的成品完全离开定尺挡板后，PLC控制系统控制升降液压缸的活塞杆伸出带动曲柄连杆降下定尺挡板，待切割的棒材抵住定尺挡板等待切割；当切割棒材的次数达到调整次数时，根据纵向温度补偿偏差调整定尺挡板前移距离，然后继续切割；当完成切割一个编组的棒材后，根据后一个编组棒材的冷却收缩量梯度调整定尺挡板的倾斜角度，根据后一个编组的棒材的在一个调整周期内的冷却收缩量调整定尺挡板前移的距离。

在其中一个实施例中，所述调整次数至少为三次。如果调整次数为两次或一次，则会因为棒材的冷却收缩量太小而无法准确控制定尺挡板前移的距离。

在其中一个实施例中，棒材的冷却收缩量根据棒材的规格、钢种、温度及理论收缩率计算。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明在定尺机架内设置有升降液压缸和两个位移液压缸，升降液压缸控制定尺挡板的升降，其中一个位移液压缸控制定尺挡板的前后位移使定尺挡板呈倾斜状态实现编组倍尺母材的横向温度补偿偏差，在切割过程中，每完成一个调整周期，两个位移液压缸的活塞杆伸出相同的距离使定尺挡板前移一段距离，实现编组倍尺母材的纵向温度补偿偏差；本发明针对在切割过程中倍尺母材随温度下降和缩短的问题，通过编组倍尺母材的横向温度偏差补偿和纵向温度偏差补偿，解决了现有技术中切割成品在完全冷却后长度参差不齐的问题，有效地提高了定尺装置的定尺精度。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的控制示意图。

图中：1-定尺挡板，2-棒材，3-升降液压缸，4-曲柄连杆，5-位移液压缸，6-连接杆，7-导向套，8-导向杆，9-缓冲弹簧，10-定尺机架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

值得注意的是，本文所涉及的“上”“下”等方位词均相对于附图视角而定，仅仅只是为了便于描述，不能够理解为对技术方案的限制。

现有技术中，完成切割后的成品长度参差不齐的原因是，在切割时定尺挡板1的位置不变，即切割的长度相同，但是由于切割有先后顺序，先被切割的棒材2的温度在开始切割时下降较少，后被切割的棒材2的温度在开始切割时下降较多，因此会造成先被切割的切割成品温度下降幅度大于后被切割成品温度下降幅度，因此在完全冷却的情况下，先被切割的切割成品的长度小于后被切割的切割成品的长度。

为解决上述问题，本发明提供一种提高特钢棒材编组定尺精度的装置，如图1所示，包括定尺机架10及安装在定尺机架10的定尺挡板1、挡板升降装置和挡板位移装置，所述挡板升降装置包括升降液压缸3和曲柄连杆4，所述曲柄连杆4的一端与升降液压杆的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板1铰接，所述曲柄连杆4的弯曲部与定尺机架10内壁铰接；所述挡板位移装置包括两个推动机构，两个所述推动机构均与定尺挡板1铰接，所述推动机构包括位移液压缸5和连接杆6，所述连接杆6的一端与位移液压缸5的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板1铰接；所述升降液压缸3和所述位移液压缸5均由PLC控制系统控制，其中，PLC控制系统是西门子S7-400可编程逻辑控制器。所述推动机构还包括缓冲部，所述缓冲部位于连接杆6与位移液压缸5之间，所述缓冲部包括导向套7、导向杆8和缓冲弹簧9，所述导向套7固定在定尺机架10内且位于连接杆6和位移液压缸5之间，所述导向套7内设置有导向通孔，所述导向杆8穿过导向通孔，且所述导向杆8的一端与位移液压缸5的活塞杆铰接，所述导向杆8的另一端与连接杆6铰接，所述缓冲弹簧9套设在导向杆8内且位于连接杆6与导向套7之间。由于棒材2运动至定尺挡板1处时会撞击定尺挡板1，缓冲部是起到缓冲作用，吸收定尺挡板1受到的冲击。

进一步地，所述位移液压缸5的活塞杆处设置有位移传感器，所述位移传感器与PLC控制系统通讯连接，用于检测活塞杆的伸出长度，当位移传感器检测到活塞杆伸出的距离达到要求后，将信息反馈至PLC控制系统，PLC控制系统控制位移液压缸5的活塞杆位置锁定。其中，位移传感器是MTS内置式位移传感器。

进一步地，两个所述位移液压缸5分别对应定尺挡板1两侧且固定在定尺机架10内。两个位移液压缸5即可实现定尺挡板1的前后移动及角度调整。

进一步地，所述位移液压缸5由比例阀控制，所述比例阀与PLC控制系统通讯连接。其中，所述比例阀的型号是4WREE6W08-2X/G24K31F1。

进一步地，所述曲柄连杆4的弯曲部到定尺挡板1之间的长度与所述连接杆6的长度相同，且所述曲柄连杆4的弯曲部到定尺挡板1之间的部分与所述连接杆6平行设置。当升降液压缸3带动曲柄连杆4转动时，曲柄连杆4将定尺挡板1升起或降下，此时连接杆6的运动与曲柄连杆4的弯曲部到定尺挡板1之间的部分相同，有利于定尺挡板1的升降。这样的结构有利于连接杆6与曲柄连杆4的同步运动，另外由于位移液压缸5控制连接杆6伸缩的距离较小，不影响升降液压缸3的正常运行。

如图2所示，结合装置说明提高特钢棒材编组定尺精度的方法，具体如下：

横向温度补偿偏差：根据同一编组内的所有棒材2的温度梯度计算同一编组内棒材2的冷却收缩量的梯度，根据冷却收缩量的梯度来调整定尺挡板1倾斜的角度，使切割成品冷却后的长度保持一致，PLC控制系统通过比例阀控制其中一个的位移液压缸5启动，该位移液压缸5的活塞杆伸出使定尺挡板1的一端向切割装置方向位移，定尺挡板1的倾斜方向是从最先被切割的棒材2到最后被切割的棒材2的方向倾斜，先被切割的棒材2的整体温度变化比后被切割的棒材2的整体温度变化小，因此后被切割的棒材2在开始切割时，其整体长度已比先被切割的棒材2在开始切割时的长度要小，如果定尺挡板1不倾斜设置，即先被切割的棒材2在切割时的长度与后被切割的棒材2在切割时的长度相等，则在切割成品在完全冷却的情况下，后被切割的棒材2的切割成品长度比先被切割的棒材2的切割成品长度更长；

纵向温度补偿偏差：设定调整次数，调整次数是指驱动定尺挡板1移动前切割棒材2的次数，完成调整次数的切割所需时间是调整周期，当切割棒材2的次数达到调整次数时，PLC控制系统通过比例阀控制两个位移液压缸5启动，两个位移液压缸5的活塞杆伸出相同的距离，带动连接杆6推动定尺挡板1向前移动一段距离，定尺挡板1整体前移的距离与后一个调整周期内棒材2的冷却收缩量相同；对于同一个棒材2来说，由于切割时间较长，同一个棒材2后被切割的部分在到达切割装置前的冷却时间更长，收缩更多，先被切割的部分在到达切割装置前的冷却时间更短，收缩更少，为了控制同一个棒材2被完全切割后的切割成品的长度相同，需要每切割几次，就将定尺挡板1的位置前移，前移的距离与棒材2的冷却收缩量相同；

在切割棒材2前，根据切割成品的长度将定尺机架10移动到定尺位置，定尺挡板1随着定尺机架10一起移动，定尺挡板1到切割装置的距离等于切割成品的长度加上棒材2的预设的冷却收缩量，根据横向温度补偿偏差调整定尺挡板1的倾斜角度，然后开始切割，每完成一次切割，PLC控制系统控制升降液压缸3启动，升降液压缸3的活塞杆缩回带动曲柄连杆4升起定尺挡板1，完成切割的成品通过定尺挡板1，当完成切割的成品完全离开定尺挡板1后，PLC控制系统控制升降液压缸3的活塞杆伸出带动曲柄连杆4降下定尺挡板1，待切割的棒材2抵住定尺挡板1等待切割；当切割棒材2的次数达到调整次数时，根据纵向温度补偿偏差调整定尺挡板1前移距离，然后继续切割；当完成切割一个编组的棒材2后，根据后一个编组棒材2的冷却收缩量梯度调整定尺挡板1的倾斜角度，根据后一个编组的棒材2的在一个调整周期内的冷却收缩量调整定尺挡板1前移的距离。其中，横向温度补偿偏差和纵向温度补偿偏差的移动距离较短，因为定尺挡板1到切割装置的距离等于切割成品的长度加上每个棒材2的预设的冷却收缩量，横向温度补偿偏差和纵向温度补偿偏差属于细调的步骤。

其中，PLC控制系统控制升降液压缸3和位移液压缸5的流程如如图所示：

两个位移液压缸5分别是第一位移液压缸和第二位移液压缸，在第一位移液压缸与PLC控制系统之间有第一控制阀台，在第二位移液压缸与PLC控制系统之间有第二控制阀台，其中第一控制阀台和第二控制阀台均包括比例阀，在升降液压缸与PLC控制系统之间有第三控制阀台，PLC控制系统分别向第一控制阀台、第二控制阀台和第三控制阀台发送指令，三个控制阀台分别控制对应的液压缸，从而调整定尺挡板1的位置状态，第一控制阀台和第二控制阀台的比例阀将数据反馈至PLC控制系统处，同时第一位移液压缸和第二位移液压缸的位置传感器将位置信息反馈至PLC控制系统处；操作人员在HMI操作界面向PLC控制系统发送指令。

进一步地，所述调整次数至少为三次。如果调整次数为两次或一次，则会因为棒材2的冷却收缩量太小而无法准确控制定尺挡板1前移的距离。

进一步地，棒材2的冷却收缩量根据棒材的规格、钢种、温度及理论收缩率计算。

下面用具体实施例说明：

实施例1

根据倍尺母材的规格、钢种、温度及理论收缩率，计算出棒材2定尺的冷却收缩量，定尺挡板1随定尺机架10一起移动，当要求的成品长度为六米时，操作人员将定尺机架10移动到六米定尺位置定尺挡板1到锯切或剪切中心线的长度为六米+预设的冷却收缩量，单独调整其中一个位移液压缸5，将定尺挡板1一端往锯机或剪机方向水平移动5mm，使定尺挡板1成一定的斜度；对于每个棒材2，当每次锯切或剪切3次后操作人员就将定尺挡板1往锯机或剪机方向水平移动5mm。

实施例2

定尺挡板1随定尺机架10一起移动，当要求的成品长度为九米时，操作人员将定尺机移动到九米定尺位置定尺挡板1到锯切或剪切中心线的长度为九米+预设的冷却收缩量，单独调整其中一个位移液压缸5，将定尺挡板1一端往锯机或剪机方向水平移动7mm，使定尺挡板1成一定的斜度；对于每个棒材2，当每次锯切或剪切3次后操作人员就将定尺挡板1往锯机或剪机方向水平移动6mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高特钢棒材编组定尺精度的方法，使用提高特钢棒材编组定尺精度的装置，其特征在于，所述提高特钢棒材编组定尺精度的装置包括定尺机架（10）及安装在定尺机架（10）的定尺挡板（1）、挡板升降装置和挡板位移装置，所述挡板升降装置包括升降液压缸（3）和曲柄连杆（4），所述曲柄连杆（4）的一端与升降液压缸的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板（1）铰接，所述曲柄连杆（4）的弯曲部与定尺机架（10）内壁铰接；所述挡板位移装置包括两个推动机构，两个所述推动机构均与定尺挡板（1）铰接，所述推动机构包括位移液压缸（5）和连接杆（6），所述连接杆（6）的一端与位移液压缸（5）的活塞杆铰接，且另一端与定尺挡板（1）铰接；所述升降液压缸（3）和所述位移液压缸（5）均由PLC控制系统控制；

具体步骤包括横向温度补偿偏差和纵向温度补偿偏差；

横向温度补偿偏差：根据同一编组内的所有棒材（2）的温度梯度计算同一编组内棒材（2）的冷却收缩量的梯度，根据冷却收缩量的梯度来调整定尺挡板（1）倾斜的角度，PLC控制系统通过比例阀控制其中一个位移液压缸（5）启动，该位移液压缸（5）的活塞杆伸出使定尺挡板（1）的一端向切割装置方向位移，定尺挡板（1）的倾斜方向是从最先被切割的棒材（2）到最后被切割的棒材（2）的方向倾斜；

纵向温度补偿偏差：设定调整次数，调整次数是指驱动定尺挡板（1）移动前切割棒材（2）的次数，完成调整次数的切割所需时间是调整周期，当切割棒材（2）的次数达到调整次数时，PLC控制系统通过比例阀控制两个位移液压缸（5）启动，两个位移液压缸（5）的活塞杆伸出相同的距离，带动连接杆（6）推动定尺挡板（1）向前移动一段距离，定尺挡板（1）整体前移的距离与后一个调整周期内棒材（2）的冷却收缩量相同；

在切割棒材（2）前，根据切割成品的长度将定尺机架（10）移动到定尺位置，定尺挡板（1）随着定尺机架（10）一起移动，定尺挡板（1）到切割装置的距离等于切割成品的长度加上棒材（2）的预设的冷却收缩量，根据横向温度补偿偏差调整定尺挡板（1）的倾斜角度，然后开始切割，每完成一次切割，PLC控制系统控制升降液压缸（3）启动，升降液压缸（3）的活塞杆缩回带动曲柄连杆（4）升起定尺挡板（1），完成切割的成品通过定尺挡板（1），当完成切割的成品完全离开定尺挡板（1）后，PLC控制系统控制升降液压缸（3）的活塞杆伸出带动曲柄连杆（4）降下定尺挡板（1），待切割的棒材（2）抵住定尺挡板（1）等待切割；当切割棒材（2）的次数达到调整次数时，根据纵向温度补偿偏差调整定尺挡板（1）前移距离，然后继续切割；当完成切割一个编组的棒材（2）后，根据后一个编组棒材（2）的冷却收缩量梯度调整定尺挡板（1）的倾斜角度，根据后一个编组的棒材（2）在一个调整周期内的冷却收缩量调整定尺挡板（1）前移的距离。

2.如权利要求1所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，所述调整次数至少为三次。

3.如权利要求1所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，棒材（2）的冷却收缩量根据棒材的规格、钢种、温度及理论收缩率计算。

4.如权利要求1所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，所述推动机构还包括缓冲部，所述缓冲部位于连接杆（6）与位移液压缸（5）之间，所述缓冲部包括导向套（7）、导向杆（8）和缓冲弹簧（9），所述导向套（7）固定在定尺机架（10）内且位于连接杆（6）和位移液压缸（5）之间，所述导向套（7）内设置有导向通孔，所述导向杆（8）穿过导向通孔，且所述导向杆（8）的一端与位移液压缸（5）的活塞杆铰接，所述导向杆（8）的另一端与连接杆（6）铰接，所述缓冲弹簧（9）套设在导向杆（8）内且位于连接杆（6）与导向套（7）之间。

5.如权利要求4所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，所述位移液压缸（5）的活塞杆处设置有位移传感器，所述位移传感器与PLC控制系统通讯连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，两个所述位移液压缸（5）分别对应定尺挡板（1）两侧且固定在定尺机架（10）内。

7.如权利要求6所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，所述位移液压缸（5）由比例阀控制，所述比例阀与PLC控制系统通讯连接。

8.如权利要求7所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，所述曲柄连杆（4）的弯曲部到定尺挡板（1）之间的长度与所述连接杆（6）的长度相同。

9.如权利要求1所述的提高特钢棒材编组定尺精度的方法，其特征在于，所述曲柄连杆（4）的弯曲部到定尺挡板（1）之间的部分与所述连接杆（6）平行设置。

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