CN113714300B - 采用个别变形补偿的轧机机架 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种轧制装置，其具有用于轧机机组中的轧制块的轧机机架，所述轧机机组用于从轧材中轧制金属棒材、线材或管材，其中所述轧机机架包括至少三个星形地包围轧制轴的辊子，所述辊子共同形成一个孔型，其中所述轧机机架还包括用于确定所述轧机机架的轧制力的轧制力测量装置。所述轧制装置的特征在于，针对所述轧制装置而提供数据存储装置，所述数据存储装置被构建成，针对不同的轧制力存储所述轧制力与在所述轧制力下所述单个轧机机架的弹性扩展的程度间的关联，且其中针对给定轧制力的所述弹性扩展的程度可被所述数据存储装置调取。

Description

采用个别变形补偿的轧机机架

技术领域

本发明涉及一种轧制装置，其具有用于轧机机组中的轧制块的轧机机架，所述轧机机组用于从轧材中轧制金属棒材、线材或管材，其中所述轧机机架包括至少三个星形地包围轧制轴的辊子，所述辊子共同形成一个孔型(Kaliber)，其中所述轧机机架还包括用于确定所述轧机机架的轧制力的轧制力测量装置。所述轧机机架可以包括三个、四个或更多辊子。

背景技术

DE 10 2006 009 173 A1和DE 100 15 340A1描述过这种轧机机架，参阅图1a和图1b，其中辊子轴体支承在轧制轴承中并且这些轧制轴承位于偏心轴承内，其中偏心轴套可旋转地布置在机架壳体的轴承孔中。借助调节装置就能无级地改变偏心轴套的旋转位置并将其固定在期望方位中，下文中将对此进行详细说明。

在轧机机架的这种已知结构形式中，轧制力保持在轧机机架内。操纵调节机构时，扭转偏心轴套，从而调节孔型。随后，在所轧制的轧材并非处于期望公差和精度范围内的情况下，需要实施这种孔型校正。

例如EP 0 921 873 A1描述过一种替代的结构原理。在该案所描述的结构形式中，通过液压缸将轧制力直接传递至轧制块并吸收于其中，该轧制块容置具有若干辊子的轧机机架。

以与每个轧机机架具有三个或四个辊子的结构形式无关的方式，轧制力引起轧机机架的变形和轧制块的变形，该轧制块最终通过支承轧机机架或者通过液压缸而必然吸收这些作用力。

在WO 2013/041084 A2中例如描述过在轧制过程中借助位移测量传感器来测量辊子的方位，这些位移测量传感器以与力流无关的方式布置。这种构造的目标是，以与所出现的轧制力和相关变形无关的方式对辊子进行方位控制。

在借助液压缸来对辊子进行方位控制的这种方法中，控制品质取决于测量仪固定在某个不会因轧制力而发生变形的地点上。这一点在实践中是不可能实现的，因而在这种方法中，轧制公差同样受轧制力及其所引起的弹性变形的影响。在WO 2013/041084 A2所描述的方法中，对支承有辊子的杠杆的位置进行测量并将其用作实施位置控制的调节变量。而忽略辊子轴体和辊子轴体支承件的特性变形。该方法试图在位移测量时对轧制块中的机架扩展和轧机机架的位移进行补偿。

但未对辊子轴体、辊子支承件和辊子固定件的弹性变形进行检测。因而这种方法无法对轧制力所引起的辊子位移进行最佳校正。

DE 10 2006 009 173 A1中所示例性描述的轧机机架结构形式将轧制力吸收在机架壳体中。该案试图通过吸力的机架壳体的尽可能刚性的结构形式来将壳体变形降至最低。

该案描述了如何在轧制期间测定轧制力。该案同样指出，可以利用所测轧制力来补偿机架扩展。

但未提出机架扩展的这种补偿是如何实现的。

以与轧机机架结构形式无关的方式总是会出现多少会对轧材公差产生负面影响的弹性变形，即机架扩展。

因此，当前常见做法是在确定辊子孔型时将预期机架扩展的总体校正考虑在内。其中，在考虑到理论上计算出的轧制力和从一般性试验测得的机架模量的情况下，测定相应的机架扩展并将其引入轧机机架的设定值。

测定机架模量或机架刚度的这种方法仅基于根据一般性试验系列所测得的测量值，并且仅通过基于理想材料特性的理论上的计算所确定的轧制力来校正机架扩展，因此，这种方法在很大程度上建立在对实际轧制条件进行近似计算的基础上，必然会与期望公差存在偏差。

此外，根据当前的现有技术，在紧挨轧制块后面布置用来检查轧材的几何形状和尺寸精度的测量仪。随后根据这些测量结果，通过调节辊子位置和/或辊子转速来在轧机机架上实施相应的校正，以便将与轧材额定几何形状的偏差降至最小。

这种方法的缺点是，轧制完毕后才能测定几何形状偏差，因而无法对已轧制的物品进行校正。

进入轧制块的轧材的会对轧制力和机架扩展产生影响的变化，如几何形状的偏差或者轧材温度的波动，会作用于轧制完毕后的轧材的所能达到的公差。如果沿纵向的波动距离短于测量仪与最后一个轧机机架的间隔，则无法用这种方法来校正这些波动。

为使这种方法得以有效应用，进入轧制块的轧材需要在其纵向上尽可能不具有会对轧制力和弹性机架扩展产生影响的特性，或者仅具有变化非常缓慢的这些特性。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术中的前述缺陷并提供上述技术领域的一种装置，其通过以下方式来在轧制轧材时实现较小的公差：采用关于轧制装置和轧机机架的更为详细的信息。

上述技术领域的本发明的轧制装置的特征在于，针对所述轧制装置而提供数据存储装置，所述数据存储装置被构建成，针对不同的轧制力存储所述轧制力与在所述轧制力下所述单个轧机机架的弹性扩展的程度间的关联，且其中针对给定轧制力的所述弹性扩展的程度可被所述数据存储装置调取。所述数据存储装置可以是所述轧制装置的部分或者也可以仅通过数据通信而与所述轧制装置连接。

这样就能将个别的轧机机架的所测变形特性存储在数据存储装置中，并且利用轧制力与扩展程度间的个别测得的关联(如扩展特性曲线)以及在轧机机架中测量出的轧制力，来测定辊子位置的可能的校正，以便在轧制过程中对轧制力所引起的轧机机架的弹性变形直接进行补偿。

为了将轧制公差降至最小，一方面优选直接在轧机机架上测量轧制力变化所引起的弹性机架扩展并立即进行校正。另一方面需要采用某种测量法，其与弹性机架扩展无关。

优选由测力传感器测量轧制力，其与结构原理无关地直接布置在轧机机架中或轧制块中。在借助一或多个电动机调节孔型的情况下，也可以通过电动机的电机转矩或者通过相应的转矩测量装置来间接地测定轧制力。

根据本发明的一个方面，利用直接或间接测量出的轧制力来据此推断出弹性机架扩展及其引起的辊子位移。为此，在本发明中个别地针对每个辊子以及/或者总括地针对单个轧机机架的多个辊子来测定轧机机架的整体刚度。此举例如可以在准备将轧机机架应用于轧制块时，一次性地或者优选重复地实施。在轧制力已知的情况下，就能在未来的工作期间用测得的机架刚度来推断出单个轧机机架的机架扩展或辊子的方位变化。

此外在采用本发明的方法的情况下，如果在轧机机架中辊子支承在杠杆上并且测量杠杆的位置并将其用作实施位置控制的调节变量，则无需忽略轧制块中的轧机机架的弹性变形和机架扩展以及位移。

与其他所有方法不同，本发明对在轧制过程中参与辊子的弹性位移和机架扩展的全部组件和部件一并进行检测。

所述方法建立在测量轧制力的基础上，因而不会受轧机机架的弹性或变形或者轧机机架在轧制块中的位移的影响。

为了实现所述方法，将单个轧机机架的刚度测量值存储在中央数据存储器中或者布置在轧机机架中或其上的个别数据存储装置中。

所述数据存储装置优选整合在所述轧机机架中。所述数据存储装置例如可以是布置在轧机机架中的RFID芯片，其可以非接触式地被轧制块读出并书写在机架车间中。当然也可以将其他存储介质用作数据存储装置。

例如可以在机架车间中用专用装置测定单个机架刚度。例如可以通过将测量芯轴拉入轧机机架来测量轧机机架的刚度。其中，测量将测量芯轴拉入所需的作用力以及辊子的位移，从而确定轧制力与弹性机架扩展间的关联。例如可以将这个关联显示并处理成相应的力-距离图，该力-距离图描述了轧制力与机架扩展间的关联，该关联也可以称为扩展特性曲线。

替代地，也可以使用例如伸入孔型的校准测量芯轴。在这种情况下，可以通过操纵该辊子调节机构来施加轧制力。根据这种方法，能够在施加轧制力期间根据辊子调节机构的位移来测定机架刚度或机架模量。在这种方法中，也可以获得轧制力与弹性机架扩展间的关联，该关联同样可以显示并处理成针对这个个别轧机机架的力-距离图。也可以采用其他方法来确定轧制力与单个轧机机架的弹性机架扩展间的关联。

除了机架变形的线性弹性分量以外，所测定的扩展特性曲线还将在每个轧机机架上各不相同的结构相关的间隙和沉降现象考虑在内。重复地确定轧制力与弹性机架扩展间的关联也能将(例如)磨损在轧机机架的使用期间内所造成的扩展特性曲线的变化考虑在内。

在当前的用于补偿机架扩展的已知模型中，所有这些过程是被总体考虑在内的，这样会造成相应的错误或偏差。

优选定期地，例如在每次更换辊子时，手动或者自动地在机架车间中测定扩展特性曲线，并且针对单个轧机机架对该扩展特性曲线进行存储。这样就能在将轧机机架应用于轧制块中时，更好地对轧制力所引起的弹性机架扩展进行补偿。

可以在轧制过程中测定轧制力。在具有可通过偏心轮而被调节的辊子的轧机机架构造中，除了在理想情况下布置在轧机机架中的力传感器以外，还需要设有理想情况下布置在轧机机架中的用于确定偏心轮的角位置的装置。

力传感器和用于确定角位置的装置的测量值并非直接反映出轧制力，因而进一步有利地，在轧机机架中直接安装控制装置，如可编程控制器，其特别优选地也可以直接读取单个轧机机架的单个扩展特性曲线。这种控制装置也可以布置在其他位置。

可以通过充电电池或者非接触式感应输电来在轧制块或机架车间中对安装在轧机机架中的控制装置和测量技术进行供电。也可以通过可分离插头实施供电。这种方案并非最佳，因为在轧机的粗放操作中，这类连接极易发生故障。

借助针对单个轧机机架所个别测定和存储的扩展特性曲线以及所测定的轧制力，就能测定辊子位置的精确校正，从而对轧机机架和所有参与组件的弹性变形(即弹性机架扩展)进行补偿。

可以通过将校正值传输给辊子的调节单元，如偏心轮的调节单元，也称远程调整，来补偿机架扩展。这样就能用机架扩展所得出的值来精确地校正辊子位置。

为了实施数据交换，优选无线地进行数据传输并且借助充电电池或非接触式的感应输电来在轧制块中为测量技术和可自由编程的控制器供电，这样就无需使用容易发生故障的插头式电连接。

附图说明

图1a为优选轧制装置的截面图。

图1b为图1a所示轧制装置的侧视图。

图2为用于测量轧制力的装置的优选实施方式。

具体实施方式

图1a示出具有机架壳体2的轧机机架1，机架壳体中星形地布置有三个辊子3，其包围轧制轴4，由这些辊子的间距以及与中央轧制轴4的距离定义一个孔型。每个辊子3具有一个专用打入器5，未予绘示的驱动单元将用于辊子3的驱动转矩施加于该打入器。通过抗扭地安装在辊子轴体7上的联轴半部6来将转矩传递至辊子3。

辊子3在两侧上借助辊子轴体7可旋转地支承在轧制轴承13上。轧制轴承13位于偏心轴套14和15上，其中偏心轴套14布置在辊子3的打入器侧上且具有两个用来支承辊子轴体7的轧制轴承13，而偏心轴套15在辊子3的另一侧上仅具有一个轧制轴承13，该轧制轴承中同样支承有辊子轴体7。

在这三个辊子轴体7中的两个中，偏心轴套15具有锥齿轮状齿段16，其卡入端侧相邻的偏心轴套14的齿段16。

在机架壳体2的其中一个端面上布置有调节装置17，其具有可旋转地支承的轴体18和锥齿轮19。锥齿轮19卡入其中一个偏心轴套14的齿段20。可以将用于旋转锥齿轮19的轴体18的扳手通过对应偏心轴套14的齿段20插接至与轴体18抗扭连接的联轴件21。该偏心轴套(与所有偏心轴套14一样)通过环扣辊子3的连接架22而与对应的偏心轴套15抗扭且保持距离地连接，并且齿段16将旋转运动传递给所有辊子轴体7的偏心轴套14、15，这样就能在径向上同步地调节所有偏心轴套14、15和辊子3，并且改变孔型。

图1a和图1b示出位于调节装置17上的圆盘23，其抗扭地与联轴件21和轴体18连接。圆盘23上安装有图1b所示标度盘24，其与指针25一起指示辊子3的当前的径向位置和孔型。夹紧装置26能够将圆盘23和所有偏心轴套14和15以及辊子3沿径向锁定住，从而固定孔型。

此外如图1b所示，联轴半部6配设有齿部27，驱动单元的未予绘示的第二联轴半部可以卡入该齿部。

图2为优选实施方式的局部透视图。轧制装置1的一般性结构对应于图1a和1b所示出和上文描述的结构。与图1a和1b所示轧制装置1不同，在图2所示实施方式中，通过另一调节机构来调节孔型，即辊子3围绕辊子轴4的径向位置。在这个实施方式中，偏心轮14通过涡轮30按所示方式运动。涡轮30直接地与偏心轮14的齿段20啮合。

所出现的轧制力通过偏心轮14而作用于涡轮30或者通过图1a和1b所示构造而作用于调节装置17。

在图2所示实施方式中，设有轴向力测量装置28，使其能够确定偏心轮14施加于涡轮30的轴向力。

此外，图2所示实施方式还具有角度传感器29，通过该角度传感器，偏心轮14的角位置是可确定的并且可被测量。根据偏心轮14的角位置和涡轮30的轴向力而产生轧制力。

图1a和1b所示构造同样实现了通过相应的测力配置来确定轧制力。

根据轧制力与轧机机架1的弹性扩展程度间的存储在未予绘示的数据存储装置中的关联，如扩展特性曲线或表格，就能在测得轧制力的情况下，视情况通过内插法来计算出当前的扩展并且予以补偿。这样就能将基于轧机机架1的弹性扩展的公差基本上降至最低，从而使得轧制装置所轧制的金属棒材、线材或管材具备更高品质。

附图标记表

1 轧机机架

2 机架壳体

3 辊子

4 轧制轴

5 打入器

6 联轴半部

7 辊子轴体

13 轧制轴承

14 偏心轴套

15 偏心轴套

16 齿段

17 调节装置

18 轴体

19 锥齿轮

20 齿段

21 联轴件

22 连接架

23 圆盘

24 标度盘

25 指针

26 夹紧装置

27 齿部

28 轴向力测量装置

29 角度传感器

30 涡轮。

Claims (12)

1.一种轧制装置，其具有用于轧机机组中的轧制块的轧机机架(1)，所述轧机机组用于从轧材中轧制金属棒材、线材或管材，其中所述轧机机架(1)包括至少三个星形地包围轧制轴(4)的辊子(3)，所述辊子共同形成一个孔型，

且其中所述轧机机架(1)包括用于确定所述轧机机架(1)的轧制力的轧制力测量装置(28、29)，

其特征在于，

针对所述轧制装置而提供数据存储装置，

其中所述数据存储装置被构建成，针对不同的轧制力存储所述轧制力与在所述轧制力下单个轧机机架(1)的弹性扩展的程度间的关联，其中所述关联将每个轧机机架上各不相同的结构相关的间隙和沉降现象考虑在内，且

其中针对给定轧制力的所述弹性扩展的程度可被所述数据存储装置调取。

2.根据权利要求1所述的轧制装置，其中所述数据存储装置被构建成，将所述轧制力与所述弹性扩展的程度间的关联存储为扩展特性曲线，所述扩展特性曲线内插式地呈现所测量的轧制力间的针对轧制力的关联。

3.根据权利要求1或2所述的轧制装置，其中所述数据存储装置整合在所述轧机机架(1)中。

4.根据权利要求1或2所述的轧制装置，还包括控制装置，所述控制装置被构建成，

基于所述轧制力测量装置(28、29)所提供的测量值来确定所述轧制力，

其中所述控制装置被构建成，基于所测量的作用力和支承所述辊子(3)的偏心轮(14、15)的所确定的角位置来确定所述轧制力，

确定或调取所述单个轧机机架(1)的弹性扩展的对应于所述轧制力的程度，并且

基于所述弹性扩展的程度来校正所述辊子(3)的位置。

5.根据权利要求4所述的轧制装置，其中所述轧机机架(1)具有用于为所述轧制力测量装置(28、29)和/或所述控制装置供电的充电电池。

6.根据权利要求4所述的轧制装置，其中所述轧机机架(1)借助所述控制装置地能够通过无线连接而与中央单元进行通信。

7.一种校正根据上述权利要求中任一项所述的具有轧机机架(1)的轧制装置中的孔型的方法，包括：

针对不同的轧制力测定一个轧制力与在所述轧制力下所述单个轧机机架(1)的弹性扩展的程度间的关联，

将所述测定的关联存储在数据存储装置中，以及

调取所述弹性扩展的对应于所测量的轧制力的程度，以便据此来如此地校正所述辊子(3)的辊子位置，从而对所述单个轧机机架(1)的弹性扩展进行补偿。

8.根据权利要求7所述的方法，其中自动地在机架车间中测定所述关联并且将其存储在分配给所述轧机机架(1)的数据存储装置中。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中从所述关联中测定扩展特性曲线并将所述扩展特性曲线存储在所述数据存储装置中。

10.根据权利要求7或8所述的方法，其中如此地测定所述扩展特性曲线，从而通过将测量芯轴拉入或推入所述单个轧机机架(1)的孔型来产生轧制力，并且在此过程中测量所述弹性扩展的程度。

11.根据权利要求7或8所述的方法，其中如此地测定所述扩展特性曲线，从而将测量芯轴伸入所述孔型并且通过操纵辊子调节机构来施加所述轧制力，并且在此过程中测量所述辊子调节机构的所需的调节距离。

12.根据权利要求7或8所述的方法，其中在每次实施辊子更换完毕后重新测定并存储所述扩展特性曲线。