板材轧制输送装置及其控制方法

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板材轧制输送装置及其控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及金属压力加工技术领域，尤其是一种轧制生产线的板材输送装置及其输送控制方法。\n背景技术\n[0002] 为了使铝合金中厚板获得较好的表面质量，生产线通常采用双锥形辊道，使板带在运输和轧制时双侧边与辊道接触，而板材表面不与辊道及辊道间格栅接触。但在轧制过程中，随着道次变形量的增加，铝板的宽度逐渐加大，厚度逐渐减小，使得板带极易出现下凹挠曲，即通常所说的塌腰现象。这将导致板带与辊道及辊道间格栅的接触面积增大并发生表面划伤。轧制过程中的塌腰现象已经成为制约超宽薄铝板生产的首要难题。基于上述难题的存在，超宽薄铝板在市场中呈现供不应求的状态，价格持续走高。目前，还未有专门的技术针对此项难题，所以需要设计出合适的支撑装置和相应的控制技术来解决。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种板材轧制输送装置，这种板材轧制输送装置可以解决轧制超宽薄板材出现塌腰的问题。\n[0004] 为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种板材轧制输送装置包括有依次排列在输送通道上的多个双锥形辊子，至少有一个设置在该输送通道上于两个所述双锥形辊子之间的中部的支撑辊子，该支撑辊子的安装架连接有一个驱动该安装架升降的驱动缸。\n[0005] 上述板材轧制输送装置技术方案中，更具体的技术方案还可以是：至少有一个检测所述支撑辊子位置高度的位置传感器，所述位置传感器接在一个控制所述驱动缸的控制器的输入端上。所述支撑辊子的轮面由轻质耐高温材料制成。所述安装架上装有多个支撑辊子。\n[0006] 本发明的另一个目的是提供一种板材轧制输送控制方法，这种板材轧制输送控制方法可补偿轧制超宽薄板材过程中的塌腰量。\n[0007] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：这种板材轧制输送控制方法，采用一种板材轧制输送装置，该板材轧制输送装置包括有依次排列在输送通道上的多个双锥形辊子，至少有一个设置在该输送通道上于两个所述双锥形辊子之间的中部的支撑辊子，该支撑辊子的安装架连接有一个驱动该安装架升降的驱动缸；至少有一个检测所述支撑辊子位置高度的位置传感器，所述位置传感器接在一个控制所述驱动缸的控制器的输入端上；\n[0008] 板材轧制输送控制按照以下步骤进行：\n[0009] A、所述控制器根据轧制的板材材质、温度和宽厚比，判断下道次板材是否会出现塌腰；\n[0010] B、如果判断出现塌腰，则计算其塌腰量，并依据塌腰量通过控制器和驱动缸来调节支撑辊子的高度位置。\n[0011] 上述板材轧制输送控制方法中，更具体的技术方案还可以是：\n[0012] 判断下道次板材出现塌腰后，下道次板材塌腰的补偿量采用以下公式计算：\n[0013] \n[0014] 为预先设定值； 为双锥形辊子圆锥体的斜角，单位为度；E为双锥形辊子中间圆柱形部分的长度，单位为毫米；为双锥形辊子中部上沿到板材宽度方向绝对平直时下沿的距离，单位为毫米， 为板材下道次的出口宽度。\n[0015] 分段升降所述输送通道上的所述支撑辊子，控制所述支撑辊子的驱动缸活塞杆的升起时间点依据下列公式计算：\n[0016] 板材出口长度与轧辊转过的辊面长度之间的关系式为：\n[0017] \n[0018] 其中，前滑值 的计算式为：\n[0019] \n[0020] 轧辊转过的辊面长度计算式为：\n[0021] \n[0022] 根据轧辊转过的辊面长度，实时计算板材出口长度，当 时，板材的长度覆盖轧辊出口侧第一个驱动缸控制的所有支撑辊子时：\n[0023] \n[0024] 当 时覆盖第二个驱动缸控制的支撑辊子时：\n[0025] \n[0026] 当 时覆盖第 个驱动缸控制的支撑辊子时：\n[0027] \n[0028] 则驱动缸开始升起的时间点 为：\n[0029] \n[0030] 其中， 为预先设定好的轧制速度曲线； 是实时的板材出口长度，单位为毫米； 为实时的轧辊转过的辊面长度，单位为毫米； 为工作辊半径，单位为毫米； 为压下量，单位为毫米；为各支撑辊子之间的距离，单位为毫米； 为离轧机最近的一个支撑辊子到轧机的轧辊轴线的距离，单位为毫米；每个驱动缸控制的支撑辊子个数为 ；为板材的咬入时间原点，可取 =0，单位为秒； 为板材出口长度覆盖某支撑装置的时间点，单位为秒； 为驱动缸升起所需的时间，单位为秒。\n[0031] 使用所述位置传感器的实时反馈值精确定位所述支撑辊子的位置高度，若偏差满足 时，则认定液压缸已到位，其中， 是位置传感器测取的支撑辊子的实测高度值，为系统设定的允许误差。\n[0032] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：安装于输送通道即双锥形辊道的可升降支撑辊子，对板带中部起到支撑作用，支撑辊子的升降量可随着板材宽度和厚度的变化进行调整，从而对塌腰量进行实时地补偿；当板材头尾出现“扣头”或其他不规则形状时，可启用分段升降功能，减少板材头尾与支撑装置发生碰撞的可能；该装置及其控制技术的应用能够有效地解决由于板材塌腰引起的表面质量恶化问题，可高质高效地生产出超宽薄板材。\n附图说明\n[0033] 图1是本发明中双锥形辊道和支撑装置结构的俯视图。\n[0034] 图2是本发明中双锥形辊道和支撑装置的主视图。\n[0035] 图3是本发明中支撑装置处于非工作位的示意图。\n[0036] 图4是本发明中支撑装置处于工作位的示意图。\n[0037] 图5是依据板材出口长度升起控制第一组支撑装置升起的示意图。\n[0038] 图6是依据板材出口长度升起控制第二组支撑装置升起的示意图。\n具体实施方式\n[0039] 下面结合附图实施例对本发明作进一步详述：\n[0040] 图1所示的板材轧制输送装置中的支撑装置安装在轧机的前后双锥形辊道之间及其他涉及运输成品的双锥形辊道之间，支撑装置包括有支撑辊子2、安装架5和驱动缸，支撑辊子2通过辊颈4和轴承座3定位于安装架5上，驱动缸由控制器驱动。在两个双锥形辊子1之间的中部设有一个支撑辊子2，双锥形辊子1是两端大中间小的辊子，其两端为锥体、中间为圆柱体。支撑辊子2为被动式空心旋转辊子，为避免接触时划伤板材表面，其材质选为橡胶或其他轻质可耐高温材料，例如在辊面上镀铬等。在保证支承辊子2强度的前提下，应尽量减少支撑辊子2的质量和半径，以达到减小支承辊子2转动惯量的目的。实施例中的驱动缸采用液压缸，安装架5连接固定于液压缸的活塞杆上，安装架5的作用在于只需一个液压缸即可驱动若干个支撑辊子2进行上下移动来调节支撑板材中部的高度位置，以节省造价。本发明对安装架5的水平度有较高要求，以确保安装在其上的支撑辊子2均处于同一水平线，以减小支撑辊子2的升降高度误差。图2所示的板材轧制输送装置的输送通道上的每个安装架5上安装有3个支撑辊子2，双锥形辊子1通过轴承座3安装于机架上，在液压缸7上安装有检测支撑辊子2位置高度的位置传感器6，该位置传感器6可以是外置式传感器，其它实施例中也可以使用内置式传感器，位置传感器6与控制器的输入端电性连接。\n[0041] 图3和图4所示的各项有用参数包括：为非工作状态时，旋转支撑辊子2顶部到双锥形辊子1中部上沿的距离，单位为毫米；为双锥形辊子1中部上沿到板材8宽度方向绝对平直时下沿的距离，单位为毫米；为板材8的塌腰补偿量，单位为毫米；双锥形辊子\n1全长为F，单位为毫米；辊子中间圆柱形部分长度为E，单位为毫米；液压缸7最大行程为，单位为毫米；最小行程为 ，单位为毫米；双锥形辊子1圆锥体的斜角为 ，单位为度。设当前的轧制道次数为 。\n[0042] 板材8轧制至某一道次时，由计算机判断下一道次是否会出现塌腰现象，设某种铝合金板材的实际温度为 ，由合金材料决定的硬度系数为 ，下道次的轧后板材宽度经侧导尺测量为 ，如果板材过薄，无法以侧导尺夹持测量时，可通过轧制过程的宽展计算获得。厚度经计算为 ，计算公式为：\n[0043] \n[0044] 其中 为第 道次的设定辊缝， 为设定轧制力，均由轧制表可得。 为设定轧制力，由辊缝调零可得。 为轧机的刚度，由刚度测试可得。\n[0045] 则判断板材下一道次轧制完毕后是否出现塌腰可依据以下公式：\n[0046] (1)\n[0047] 其中， 为塌腰判定经验系数，来自生产实践。 为以合金温度、材料硬度系数和板材宽厚比为自变量的函数。板材的温度由安装在轧机前后的测温仪测得，板材的宽度由机前机后的侧导尺测得。当上式成立时，说明下一道次板材将出现塌腰现象。当板材\n8未咬入轧机时，轧机另一侧的所有支撑装置将提前升起到位。\n[0048] 由图3可知，塌腰补偿量应由两部分构成，即：\n[0049] (2)\n[0050] 为预先设定值，其值的选取应能保证支撑装置在未投入使用时，不会与板材的行进方向形成干涉。\n[0051] 塌腰补偿量为液压缸7的伸出行程，其决定了液压缸7的最大行程 为：\n[0052] (3)\n[0053] 其中 为工艺决定的板材最大宽度。因此，塌腰补偿量的范围应有：\n[0054] \n[0055] 当实时计算的补偿量不在此范围内时，液压缸不动作。\n[0056] 为了使支撑辊子2能精确定位，利用位置传感器6的反馈值进行闭环控制定位。设位置传感器6测取的支撑辊子2的实测高度值为 ，若偏差满足 时，则认定液压缸已到位，为系统设定的允许误差。\n[0057] 如图5和图6所示，当板材8的头尾形状不规则或板形较差时，若轧机出口侧支撑装置全部预先升起，则有可能会发生板材头尾与支撑装置碰撞的现象，既影响板材的质量，又有可能损坏支撑装置。因支撑辊子2为空心辊子，势必对其强度构成影响，无法耐受长期工作制下的碰撞，刮擦。假设各支撑辊子2之间的距离为 ，单位为毫米；离轧机最近的一个支撑辊子2到轧机工作辊9轴线的距离为 ，单位为毫米；每个液压缸可控制的支撑辊子个数为 。分段启停的原则是当板材出口的长度完全覆盖一组支撑辊子的同时，该组辊子应顶起到位。因此应建立数学模型实时计算板材的出口长度。\n[0058] 1) 首先根据轧辊实时转过长度和轧件实时出口长度的关系，计算轧件的实时出口长度\n[0059] 在轧制过程中由于前滑的存在，因此辊面转过的长度要略小于轧件的出口长度，下面对这两个长度之间的关系做简单的推导：\n[0060] 由前滑公式可知：\n[0061] (4)\n[0062] 变换后可得：\n[0063] (5)\n[0064] 两边同时乘以时间 ：\n[0065] \n[0066] (6)\n[0067] 由于轧辊要先转过变形区长度后，板材才能从另一侧出来，因此板材的出口长度为：\n[0068] (7)\n[0069] 其中 是轧件的轧制速度，单位为毫米/秒； 是轧辊转速，单位为毫米/秒；\n是轧制时间，单位为秒； 是轧件的实时出口长度，单位为毫米；。 为轧辊的实时转过长度，单位为毫米； 为轧辊半径，单位为毫米； 为压下量，单位为毫米； 是前滑值，其算法如下：\n[0070] (8)\n[0071] 2) 根据时间和轧辊转速计算出轧辊转过长度为:\n[0072] (9)\n[0073] 其中， 为轧件的轧制速度曲线函数，为预先设定的值；为起始时间点，也就是咬入时间点，可取 =0。 为轧辊已咬入的时间。\n[0074] 将式(9)代入式(7)可得板材的出口长度为：\n[0075] (10)\n[0076] 假设液压缸升起的速度为 ，单位为毫米/秒，所需要的时间约为 ，单位为秒。因此当 时，板材8的长度覆盖出口侧第一个液压缸控制的所有\n支撑辊子，由式(10)可得：\n[0077] (11)\n[0078] 当覆盖第二个液压缸控制的支撑辊子时：\n[0079] (12)\n[0080] 当覆盖第 个液压缸控制的支撑辊子时：\n[0081] (13)\n[0082] 根据上式可反算出 的数值。考虑到液压缸升起所需的时间 。则液压缸开始升起的时间点 为：\n[0083] (14)\n[0084] 则以板材咬入时间点作为时间原点开始计时，经过 秒后液压缸开始升起。当板材逐渐离开各组支撑装置时，其液压缸顺序回落。\n[0085] 将499毫轧制力 千牛，下一道次板材宽度 =2359.34毫米，辊缝=13.85毫米，轧制力 千牛，轧机刚度 =8000千牛/毫米，调零轧制力 =10000千牛，工作辊半径 ， ，双锥形辊子圆锥体的斜角为1.64°，辊子中部\n圆柱形部分长度 =500毫米，最宽产品规格 =3100毫米，每个液压缸可控支撑辊子个数 ，各支撑辊子间距离为 800毫米；离轧机最近的一个支撑辊子到轧机工作辊轴线的距离 3765.5毫米，支撑装置液压缸的速度 =30毫米/秒。以咬入时间点作为时间原点，则 =0。为方便起见，假设轧辊的转速为恒速 毫米/秒。计算机判断下一道次板材将出现较为明显的塌腰现象，\n[0086] 则板材的塌腰补偿量 为：\n[0087] \n[0088] 支撑装置的极限补偿量为：\n[0089] \n[0090] 本道次厚度 和下道次厚度 分别为：\n[0091] ，\n[0092] 计算前滑值为：\n[0093] \n[0094] 当板材的出口长度覆盖出口侧第一个液压缸控制的所有支撑辊子时，所需的时间为：\n[0095] \n[0096] 当覆盖第二个液压缸控制的支撑辊子时，所需的时间 为：\n[0097] \n[0098] 当覆盖第 个液压缸控制的支撑辊子时：\n[0099] \n[0100] 液压缸升起到位所需的时间 为：\n[0101] \n[0102] 因此液压缸应较板材出口长度覆盖支撑装置的时间点要提前1.152秒，因此，第一个液压缸升起的时间点应为：\n[0103] \n[0104] 第二个液压缸升起的时间点应为：\n[0105] \n[0106] 第 个液压缸升起的时间点应为：\n[0107] 。