在线矫直机（精选7篇）
在线矫直机 篇1
0 引言
机械、汽车、电机等行业大量使用轴类、杆类零件,这些零件的原材料在粗加工或热处理等过程中不可避免的会出现弯曲变形,如果不进行校直处理会直接影响工件的后序加工和使用。为了能获得下道工序所允许的最小切削量或通过精密校直保证工件达到严格的最终设计公差要求,校直机成了工件热处理后不可缺少的关键设备。自动校直是一种先进的生产制造工艺,得到被越来越广泛地应用。
为了开发我国自主知识产权的自动校直设备,国内不少学者围绕自动校直工艺理论展开了大量的研究[1]。其中,一个研究重点集中在校直工艺参数的分析和计算上[2~5]。从所建立的计算模型来看,都需要用到被校工件的材料性能参数。然而,由于工件材质及热处理等方面的原因势必会造成材料性能参数的波动,从而影响到计算的准确性。为此,本文提出一种基于神经网络的材料性能参数在线识别的方法,这样既提高了工艺参数的计算精度,又能实现自动校直机的实时智能控制。
1 校直工件的性能参数
校直过程材料性能参数识别的目的是为了获得准确的材料参数,作为校直工艺参数计算模型的输入量。对于一批工件,其性能参数的大致范围是明确的,但因材质和热处理等原因存在着性能参数的波动问题,从而导致每个工件的参数仍各有差异。对此,可采取参数识别的方法来加以解决。
校直工艺过程是弹塑性变形过程,在线识别的材料性能参数主要有弹性模量和屈服极限,若采用线性强化弹塑性材料模型则还包括线性强化系数。目前弹塑性变形过程中材料性能参数识别的特征数据都是依据其载荷-行程曲线的初始阶段数据。与板材成形不同的是,校直产生的工件弯曲程度是很有限的。板材成形的弯曲程度大,弯曲过程的载荷-行程曲线中的初始阶段数据含有能够充分地反映材料性能特征的信息,数据差别明显,易于进行参数识别[6,7]。而校直工艺过程是属于小应变的弹塑性弯曲问题,弯曲的程度小,在校直过程中又要求尽可能早地对材料性能参数进行在线实时识别以便于校直行程的预测计算。也就是说,校直过程载荷-行程曲线初始阶段的数据反映材料性能的特征信息不明显,这就为校直过程材料参数的准确识别带来了一定的困难。
2 基于神经网络的参数识别
2.1 神经网络类型的选择
鉴于BP网络应用的广泛性,开始的研究选用了BP神经网络进行校直过程材料性能参数的识别。研究发现,应用校直过程的样本数据进行训练时,BP神经网络很难达到所要求的精度。改变BP神经网络的隐层数和结点数,以及选用不同的学习规则后,训练时依然难以达到要求。
考虑到基于神经网络的校直过程材料参数识别是以载荷-挠度曲线的数据作为样本数据,类似于函数逼近的求解问题。而且,校直智能控制系统中是依据载荷-挠度曲线的初始阶段数据对材料性能参数的波动进行识别,所以要求神经网络的函数逼近能力较强。因此,在选择神经网络类型时,考虑选用径向基函数网络进行校直过程的材料性能参数识别。径向基函数(RBF)网络是以函数逼近理论为基础而构造的一类前向网络,这类网络的学习等价于在多维空间寻找训练数据的最佳拟合平面[8]。径向基函数网络与BP网络相比规模通常较大,但学习速度较快,并且网络的函数逼近能力、模式识别与分类能力都优于后者。
2.2 训练样本的确定
训练样本一般均来自于大量的实验数据,在进行相关研究时,亦可以采用数值模拟计算结果或有限元计算结果来生成训练样本数据的方法,其前提是数值模拟计算结果或有限元计算结果应有足够的准确性[7]。这样可以获得适用范围更广的输入-输出量的关系,解决实验数据获取困难的矛盾,生成更多数据,加快了研究的节奏。在本文的研究,采用了应用校直过程数学模型进行计算的方法来生成训练样本数据,这是基于校直过程数学模型的准确性和计算精度已得到验证[4~5]。
现以某45#钢轴类零件为例进行相应研究。确定的已知参数为:截面直径为25mm,支点距离为360mm。对此类零件材料的弹性模量和屈服极限进行识别。经实验分析,确定弹性模量的变化范围180~210GPa,屈服极限的变化范围为3 5 0~400MPa。计算表明,材料性能各参数在其范围内变化时的校直过程(F~δ)曲线中,弹塑性弯曲变形均在下压行程1.5mm至2.5mm的范围内开始发生,如图1所示。为此,根据校直过程特点,可将上述的行程范围等分成10个区段,即从1.5mm到2.5mm每隔0.1mm确定一个点,共11个点,可在线读取每个点的载荷值。不同参数情况下的载荷值各不相同,但11点的行程值是一样的,故只需将11个点的载荷值作为训练样本的输入矢量即可,从而使输入数据减少一半。
根据所确定的识别参数变化范围进行训练样本的设计。将弹性模量分成180 GPa、190GPa、200GPa和210GPa四种情况,将屈服极限分成350 MPa、360MPa、370 MPa、380 MPa、390 MPa和400 MPa分成六种情况,共组成24种情况。对每一种情况进行校直过程计算获得载荷-行程曲线,根据行程值从1.5mm到2.5mm每隔0.1mm共确定11个点,拾取每个点的载荷数据作为一个训练样本的输入矢量,与目标矢量(弹性模量和屈服极限)组成一个训练样本。这样,共生成24组训练样本。当需要更大量的训练样本时,可以加大两参数的划分密度。
2.3 神经网络模型结构设计与训练
采用径向基函数网络进行参数识别研究,并选用MATLAB软件的神经网络工具箱进行分析。一个典型的径向基函数网络包括两层:隐层(径向基层)和输出层,如图2所示。网络的输入维数为R,隐层神经元采用主斯函数radbas作为传递函数,输出层的传递函数为线性函数。
工具箱函数newrb可用于设计径向基函数网络。函数newrb利用迭代方法设计径向基函数网络,该方法每迭代一次就增加一个神经元,直到平方和误差下降到目标误差以下或隐层神经元个数达到最大值时迭代停止。函数newrb的调用形式为:
net=newrb(P,T,GOAL,SPREAD,MN,DF)其中,GOAL表示目标误差,MN表示最大神经元个数,DF表示迭代过程的显示频率。SPREAD是扩展常数,其值的选取决定了网络的逼近性能。
现应用函数newrb进行径向基函数网络设计,确定目标误差GOAL=0.01,最大神经元个数MN=20,迭代过程的显示频率DF=1。扩展常数SPREAD的选取对网络的性能有较大影响,需结合仿真识别比较加以优选。利用前面所设计的24组训练样本对该径向基函数网络进行训练,训练结果如图3所示。由图可知,在训练到第1 7步时网络性能达标且训练后目标误差可以达到非常小的值(4.6852e-26),说明径向基函数网络应用于校直过程材料参数识别的优越性。另外,相比BP神经网络而言,在误差指标相同的情况下,径向基函数网络还具有训练时间短、训练步数少的显著优点。
2.4 在线识别效果检验
为了检验神经网络识别的准确性,随机选取以下三种情况进行计算生成三组检验样本:
1)弹性模量E=200GPa,屈服极限σs=378.52MPa;
2)弹性模量E=190GPa,屈服极限σs=366MPa;
3)弹性模量E=195GPa,屈服极限σs=375MPa。
由经过训练的径向基函数神经网络对上述三组样本数据进行材料性能参数的仿真识别。考虑到扩展常数SPREAD的选取对网络的识别性能有较大影响,故选用不同的SPREAD取值对网络的仿真识别进行比较,以确定最佳的SPREAD取值。将SPREAD分别取值为0.1、0.2、0.25时的仿真识别结果列于表1、表2和表3中。
由上述三表的仿真识别结果表明,函数newrb所建立的径向基函数网络的识别效果良好,但仿真结果在一定程度上受到扩展常数SPREAD取值的影响。比较表明,当扩展常数SPREAD=0.2时的神经网络识别效果最好,弹性模量和屈服极限的识别误差均在1%以内。研究结果表明,应用径向基函数神经网络进行校直工艺过程材料参数识别的可行性,识别结果具有很高的准确性,也进一步证明了神经网络在线识别技术在校直过程智能控制中的成功应用,为校直工艺过程的智能实时控制提供了良好的基础支持。
3 结束语
研究表明,对于校直工艺的弹塑性变形过程,可以通过材料性能参数在线识别的方法来解决校直工艺参数计算中材料性能参数波动的难题。由于校直过程材料的弹塑性弯曲程度较小,在线识别必须在材料发生弹塑性变形的初期阶段进行,本文提出的基于径向基神经网络的识别方法具有良好的识别效果。实例分析表明,选取合适的扩展常数,可达到很高的识别精度,验证了本方法正确、实用。
摘要：全自动校直机因其校直精度好和生产效率高,得到日益广泛的应用。在校直工艺的参数计算时,校直工件材料性能参数的波动将影响计算结果的准确性。本文在分析校直工艺过程的基础上,提出基于径向基函数神经网络的性能参数在线识别方法。经实例研究表明,该方法识别精度高,可直接应用于校直工艺参数的计算,为全自动校直机的开发提供理论指导。
关键词：校直,参数识别,神经网络,径向基
参考文献
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在线矫直机 篇2
在大型直缝焊管的生产过程中, 受焊管材料的性能不均、成形设备及模具整体直线度、焊接热应力等因素的影响, 最终成形管件的直线度总是不达标!。鉴于大型直缝焊管的几何特殊性, 目前国内厂家多采用压力矫直的方式修正其直线度。
长期以来, 大型直缝焊管压力矫直工艺的实施多由操作者凭经验估计确定矫直行程来完成, 需反复测量和试校。近年来国内外学者对压力矫直工艺进行了研究, 其中以崔甫为代表的国内学者从弹塑性理论出发对矫直的反弯过程进行了力学分析, 建立了矫直曲率方程式, 进而计算出了最大挠度处的矫直行程[1,2]。Katoh等[3]、King等[4]阐述了依据矫直过程中载荷-挠度的关系, 通过在线测量计算弹性回弹量, 达到矫直控制的目的。在上述两种解析方法中, 无论是通过计算行程还是计算回弹量去控制矫直过程, 其前提均是需要知道焊管真实的材料性能参数。但由于焊管的材料批次、热处理、变形情况的差异, 会导致其材料性能参数的波动, 所以获取每一个待矫焊管精确的材料性能参数是实现精密矫直的必备条件。
借鉴文献[5-7]的研究, 本文利用管件在压力矫直过程中的载荷-行程曲线, 精确识别出了管件的材料性能参数。
1 小曲率曲管压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系
管件的压力矫直过程实质是小曲率曲管的三点弯曲弹塑性变形过程, 由于待矫曲管的初始曲率分布各不相同, 故很难通过建立通用的力学模型去确定压力矫直过程中载荷-行程之间的理论关系。
本文以相同截面形状、相同材质的小曲率曲管与直管为研究对象, 使其产生等量的弯曲变形, 比较这两个成形过程中载荷-行程曲线之间的相似性关系, 寻求将直管弯曲成形过程的规律应用于曲管压力矫直过程的可能性。
1.1 相同截面特征的小曲率曲管和直管准备
对某大型直缝焊管生产企业生产线上规格不满足直线度要求的管件进行了测量, 现场如图1所示。采用美国星科 (CimCore) 公司生产的3000iTM系列便携式三坐标测量仪进行测量, 其测量精度为0.01mm。待矫大型直缝焊管材料为X70钢, 其几何参数如表1所示, 管件初始挠度分布的测量结果如图2所示。依据上述数据, 建立了待矫管件的三维几何模型, 同时建立了一根与待矫管件相同截面特征相同管长的直管件的三维模型。
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1.2 管件三点弯曲有限元模型的建立
依据有限元分析软件ABAQUS分别对上述曲管、直管的三点弯曲成形过程进行模拟。由于大型管件的压力矫直过程为小变形弹塑性问题, 且其边界条件和几何模型都比较简单, 故算法采用静力隐式算法。管件单元类型为C3D8I (8个节点非协调实体单元网格) , 它可以避免积分单元出现剪切闭锁现象;将管壁厚度划分为4层, 总体共包含22 400个单元。管件材料模型为弹塑性模型, 材料性能参数如图3所示, 泊松比ν=0.3。
分别建立曲管弯曲与直管弯曲的有限元模型, 如图4所示。由图4可知, 压头、两支点的几何特征与该大型直缝焊管生产企业的矫直设备相同, 且在模型里这三个部件均被设置为离散刚体, 在载荷作用下不发生变形, 其中两支点间距与实际相同固定为L=6000 mm, 对称分布在压点两侧。
1.3 数值模拟结果分析
当压头行程h=67mm时, 曲管和直管加载后管长方向变形区的应力云图见图5。由图5可知, 加载后, 虽然在宏观上曲管和直管挠曲变形情况不同, 但微观上看, 曲管应力的分布情况与直管的应力分布情况相同, 均为典型的弯曲应力分布, 即外层受拉内层受压、塑性变形在管长方向上由压点附近向两侧外延, 而在管截面方向上由管外缘向管内部深入。对比两管坯的最大应力可知, 曲管最大拉应力为629.0MPa, 直管最大拉应力为639.2MPa, 曲管与直管最大拉应力相差1.6%;曲管最大压应力为638.2MPa, 直管最大压应力为639.6MPa, 曲管与直管最大压应力相差0.2%。故由应力分布结果可知, 在小变形情况下, 小曲率曲管的压力矫直过程的应力状态与直管在三点弯曲时的应力状态等价。
曲管和直管加载过程中载荷-行程曲线见图6。由图6可知, 对应相同行程值时, 直管弯曲时的载荷值与小曲率曲管的载荷值相近, 最大相对误差不超过3%。实验结果证明:在工程应用范围内, 小曲率曲管的压力矫直过程可等价于相同截面特征、相同材质的直管的三点弯曲过程, 进而可以通过解析直管三点弯曲成形时的载荷-行程理论关系, 来代替对曲管压力矫直过程的解析。
2 识别系统建立
由小曲率曲管压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系可知, 已建立的直管三点弯曲过程中的载荷-行程的数学表达式[8]同样适用于曲管的压力矫直过程。
由于大型管件的压力矫直过程为小变形弹塑性问题, 选用双线性硬化材料模型可以保证在弹性变形区和小塑性变形区都有较好的吻合度, 其表达式为
式中, D为塑性切线模量;σs为材料初始屈服应力。
2.1 识别模型
由文献[8]可知, 压力矫直过程中载荷-行程抽象表达式可写为
该式中 (P, h) 的一组数据作为在线监测量已知的情况下, 在线识别问题就被具体化为下述问题:即在式 (1) 中确定一组合适的参数E、D、σs, 使得由式 (2) 计算得到的P-h曲线与通过在线监测所获得的载荷-行程曲线吻合得最好。数学中处理此类问题的最好方法是最小二乘法曲线拟合。因为在式 (2) 中E、D和σs是非线性的, 所以, 此处智能化压力矫直系统的在线识别问题是一个非线性函数的最小二乘曲线拟合问题。因此, 在线识别材料性能参数的数学问题可进一步描述为:
已知一组实测数据 (Pi, hi) (i=1, 2, …, n) , 要求确定式 (1) 中的非线性参数
使得下述目标函数的值为最小:
计算数学中求解上述问题的计算方法很多。通过对多种算法的分析及笔者以往的经验, 利用载荷-行程曲线解析式求关于材料性能参数的梯度函数是比较困难的。因此, 本文采用直接法中的坐标轮换法作为在线识别的算法。坐标轮换过程中, 一维搜索采用黄金分割法[7]。
2.2 识别系统
根据上述识别模型, 开发出一套“压力矫直过程中材料性能参数的在线识别系统”, 该系统可以依据载荷-行程数据在线识别出不同矫直参数下不同几何尺寸管件的材料性能参数。图7为依据图5中曲管压力矫直时的实测数据 (Pi, hi) (n=59) 对曲管材料性能参数进行识别时系统的主界面。由于识别模型的建立是基于最小二乘原理, 所以可以发现图中的拟合曲线与实验数据吻合程度较高。识别结果中, E=200.06 GPa、σs=500.2MPa, 与材料的真实弹性模量和屈服极限相比相差不到0.05%, 具有较高的识别精度。
图8为依据识别参数绘出的双线性硬化模型对应的应力-应变曲线与曲管的真实应力-应变曲线的对比。由图8可知, 当ε∈[0, 0.055]时, 识别结果与真实材料性能参数吻合程度很高;而当ε∈[0.055, 0.16]时, 随着ε的增大, 识别结果与真实数据就相差越大。这是由于在上述曲管压力矫直成形过程中最大应力为638.2MPa, 最大应变为0.055, 相应其载荷-行程数据中只包含了ε∈[0, 0.055]时的应力应变特征值。识别参数在ε∈[0, 0.055]区域内与真实应力应变数据的误差不足1%, 而该区域的应力-应变数据的准确识别恰恰将会直接影响到矫直结果。识别结果证明了识别系统的可行性和可靠性, 可为后续精密矫直提供理论依据。
3 识别系统在压力矫直实验中的应用
3.1 小管坯材料性能参数的在线识别
在实验室条件下, 对未知材料性能参数的初始最大挠曲为9.47mm的圆管坯进行在线识别, 其中圆管坯的几何尺寸如表2所示。采用WDD-LCT-150型电子拉扭组合多功能试验机作为矫直设备, 可在线记录载荷-行程数据, 其行程控制精度可达到0.01mm。实验模具如图9所示, 其中两下模支点间距为600mm。将曲管进行压力矫直实验, 在线识别其材料性能参数, 实验结果如图10所示。由图10可以发现, 识别系统的拟合曲线与实验数据十分接近。
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3.2 识别系统的试验验证
通过实测小尺寸管坯的材料性能参数来验证识别系统的识别结果。小尺寸管坯的材料性能通过单向拉伸试验获得, 拉伸试样通过纵向切取管壁制备, 拉伸试验结果与识别结果的对比如图11所示。由图可知, 在小弹塑性变形范围内, 识别结果与真实材料性能数据吻合程度较高, 最大误差不足1%。试验结果表明, 在工程应用范围内, 该识别系统具有较高的可靠性和准确性, 可以满足工程需求。
4 结论
(1) 采用有限元方法对小曲率曲管的压力矫直过程和直管的三点弯曲过程进行了仿真, 仿真结果表明:在工程应用范围内, 小曲率曲管的压力矫直过程可等价于同截面、同材质的直管三点弯曲过程。该等价关系为后续对压力矫直过程的研究提供了便捷途径。
(2) 基于直管三点弯曲数学模型建立了在线获取管件材料性能参数的识别模型, 只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、压力矫直过程中实测载荷-行程数据, 即可获取管件的材料性能参数。
(3) 大管的仿真实验与小管坯的物理试验均证明了识别系统的可靠性与可行性, 识别误差不足1%, 这为智能化矫直、自动化矫直提供了理论基础。
摘要：鉴于大型直缝焊管的几何特殊性, 多采用压力矫直的方式修正其直线度。受材料批次、热处理、变形情况等因素的影响, 焊管的性能参数会有较大波动, 准确地识别出管件的材料性能参数是提高矫直精度的一个重要条件。采用有限元方法验证了相同截面形状、相同材质的小曲率曲管在压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系;依据直管三点弯曲过程的理论模型建立了在线识别材料性能参数的识别系统, 只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、载荷-行程实验数据, 即可获取管件的真实材料性能参数。大型管件的有限元仿真结果和小尺寸管坯的试验结果均验证了识别系统的可行性、可靠性。
关键词：管件,材料性能参数,压力矫直,在线识别
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新型矫直机矫直辊系模态分析 篇3
生产刀具所用短圆柱合金钢一般由长直棒料或盘料供货的钢筋首先经过矫直,然后通过剪切机剪切钢筋获得所需长度的短圆柱合金钢。剪切过程会对矫直后的棒料直线度产生一定的影响。此外,随着建筑、铁路等行业的发展,工业生产对钢筋直线度提出了较高的要求。因此,需要精密矫直机对剪切后的短圆柱合金钢进行精密矫直。
新型矫直机能够实现对短圆柱合金钢的精密矫直,较多科研工作者对其进行了研究。近年来矫直技术发展迅速,矫直设备矫直质量提高,控制检测系统性能得到改善[1,2,3]。文献[4]设计了一种新型管材矫直机,对矫直机矫直后管材的椭圆度、直线度、残余应力进行了分析,并验证了新型矫直机设计的合理性;文献[5]对精密矫直机的辊系受力情况进行了分析,并用MATLAB编程、ADAMS仿真验证了矫直辊系设计的合理性,为矫直机的进一步优化提供理论依据;文献[6]研究了十五辊矫直机的矫直模型,验证了板材在十五辊组合矫直机中矫直可以达到较高的矫直精度。
本文研究一种新型全自动精密矫直机,矫直机可以实现自动上料、夹紧、检测钢筋挠度、下料等工作。在对压辊施加一定压下量、上主动辊施加一定预紧力条件下,建立矫直辊系动力学微分方程,计算了辊系固有频率,用ANSYS Workbench对矫直辊系各阶模态和辊系阵型进行了分析,并研究了各参数对矫直辊系模态频率的影响规律。研究结果为矫直机工作时主动辊的转速设置及矫直机辊系的优化设计提供理论依据,避免矫直时辊系振动对矫直精度的影响。
1 辊系结构组成及工作原理
新型矫直机矫直辊系由十五辊组成,分别为压辊和左、右辊系,矫直机辊系结构图如图1所示。辊系由主动辊、矫直辊、辅助辊组成,电机带动主动辊旋转,主动辊通过摩擦带动上、下矫直辊旋转,左右矫直辊通过摩擦带动钢筋旋转,矫直过程是在钢筋旋转过程中进行。矫直辊系左右对称安装,辅助辊、矫直辊中心平行,上主动辊、上矫直辊采用浮动安装,实现矫直辊系对不同直径钢筋的夹紧作用,压辊可以左右移动,实现对棒料不同弯曲点的矫直,同时压辊的上下移动改变对矫直钢筋的压下量,经过几次接触后,减小钢筋的残余曲率,达到矫直的目的。
1.下主动辊;2.下矫直辊;3.棒料;4.上矫直辊;5.上主动辊;6.辅助支承辊;7.压辊
2 动力学模型建立
2.1 动力学模型
新型精密矫直机的矫直辊系在动力学分析中作以下假设:
1)各辊只受辊系间压力的影响;
2)压辊下压δ后固定,压辊与短圆柱合金钢之间的接触力为正弦力;
3)矫直辊系各辊及短圆柱合金钢简化为刚体,各啮合处简化为线性弹簧;
4)辅助支撑辊与下主动辊固定。
在短圆柱合金钢端面所在平面建立直角坐标系x Oy,考虑矫直辊、棒料、上主动辊的平移自由度,建立动力学模型如图2所示。矫直辊系的上主动辊、上矫直辊、棒料具有平移自由度,左、右两侧上主动辊自由度分别为yz5、yr5,左、右两侧上矫直辊自由度分别为yz4、yr4,棒料自由度为yz3,四个下矫直辊自由度分别为yzz2、xzz2、yzr2、xzr2、yrz2、xrz2、yrr2、xrr2。
2.2 各构件动力学微分方程
将短圆柱合金钢安装在矫直辊上,压辊与钢棒恰好接触。对上主动辊施加预紧力F,并将压辊向下微移动δ后固定,根据各辊之间相对位移关系,利用牛顿第二定律建立精密矫直机辊系各构件动力学微分方程,微分方程为:
式中:
θ3为下矫直辊与棒料接触线法平面与y轴夹角;
θ2为下矫直辊与下主动辊接触线法平面与x轴夹角。
3 有限元模态分析
3.1 有限元模态频率与阵型
辊系尺寸参数参如表1所示。
通过Solid Works软件建立矫直辊系三维实体模型,将模型导入到ANSYS Workbench中,将矫直辊、压辊及辅助辊设置成结构钢材料,待矫钢棒设置成合金工具钢,对矫直辊系进行网格划分,该模型共有单元数2031,节点数共有12635,进行有限元模态分析[7,8,9,10],得到辊系各阶模态频率。
对矫直辊系进行模态分析,低阶模态阵型决定矫直辊系的动态振动特性,低阶频率更容易激励引起总成振动,Workbench分析中提取了矫直辊系前13阶模态频率,并对振型进行了分析,结果如表2所示。图3提取了模态阵型变化比较大的2、3、6、12阶模态阵型图。
固有频率与模态频率对比如表2所示,第5阶频率误差最小,误差值为1.19%,第12阶频率误差最大,误差值为4.58%,各阶频率误差均在5%以下,模态仿真验证了理论推导的合理性。
由图3模态阵型图可知,第2阶模态频率导致钢筋弯曲,影响精密矫直机对钢筋最大挠度点的判断,对矫直精度有一定影响;第3阶模态频率导致钢筋中部下凹,左、右主动辊扭转,对矫直质量产生影响;第6阶模态频率主动辊同侧扭转,影响辊系之间的摩擦传动;第12阶模态频率对钢筋、主动辊、压辊变形影响较大,钢筋弯曲、主动辊和压辊扭转,导致矫直精度降低。
3.2 参数对模态频率的影响分析
改变矫直辊系结构参数值,分析各参数对2、3、6、12阶模态频率的影响。选取短圆柱合金钢直径Φ1、压辊厚度hy、压辊直径Φ2、矫直辊厚度h作为变化参数,分析参数变化对模态频率变化的影响。
钢筋直径Φ1的变化对模态频率影响如图4所示。Φ1小于9.5及大于11时,ω2曲线斜率发生较大变化;Φ1小于10及大于11时,ω3曲线斜率发生较大变化;随着钢筋直径Φ1的增加,ω6曲线斜率先减小后增大,ω12曲线斜率逐渐减小。
压辊厚度hy的变化对模态频率影响如图5所示。模态频率ω2、ω3、ω12值随着压辊厚度增加而减小,ω2曲线斜率发生微小变化,ω3曲线斜率逐渐增大,ω12曲线斜率逐渐减小;ω6随着压辊厚度的增加不发生变化。
压辊直径Φ2的变化对模态频率影响如图6所示,模态频率ω2、ω3、ω6、ω12值随着压辊直径增加而减小,ω2与ω3曲线斜率先减小后增加;Φ2小于90mm和大于110mm时,ω6曲线斜率发生较大变化;Φ2小于90mm时ω12曲线斜率逐渐减小,Φ2等于90mm时ω12曲线斜率为零,Φ2大于90mm时ω12曲线斜率逐渐增大。
矫直辊厚度h的变化对模态频率影响如图7所示。模态频率ω2、ω3、ω6、ω12值随着矫直辊厚度增加而增大,ω2、ω3、ω12曲线斜率先减小后增大。h小于9.5mm和大于11mm时,ω6曲线斜率逐渐增大;h大于9.5mm和小于11mm时,ω6曲线斜率逐渐减小。
4 结论
在对上主动辊施加预紧力F、压辊向下微移动δ条件下,建立动力学模型,推导动力学微分方程,对理论计算进行仿真验证,并进行参数分析。结果表明:
1)计算频率与仿真频率相对误差较小,模态仿真验证了计算结果的准确性,理论计算较全面的揭示新型矫直机的模态特性。
2)增加钢筋直径,模态频率ω2、ω3、ω6、ω12值增加;增加压辊厚度,模态频率ω2、ω3、ω12值减小,ω6保持不变;增加压辊直径,模态频率ω2、ω3、ω6、ω1 2值减小;增加矫直辊厚度,模态频率ω2、ω3、ω6、ω12值增大。模态频率随参数的变化规律为矫直机工作时主动辊的转速设置提供参考。
3)增加钢筋直径、减小压辊厚度及直径、增加矫直辊厚度,可以避免辊系振动对矫直机的影响。研究结果为全自动矫直机矫直辊系结构设计提供理论参考。
参考文献
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在线矫直机 篇4
辊式矫直机主要是利用轧件的残余曲率差值的收敛特性进行矫直,也就是轧件经过多次交变的弹塑性弯曲后,其残余曲率逐渐趋向于一致,形成单值残余曲率,进而矫平。五辊矫直机是辊数最少的矫直机,主要应用在冷轧带钢的连续热镀锌机组,连续退火机组的入口段。主要作用是对带钢头部进行矫直,方便机组穿带。在有色金属的退火机组中,五辊矫直机也有应用,主要是对板带进行全线的粗矫。
矫直力矩是矫直机的重要力能参数,直接关系到矫直功率大小的选择,将其计算模型进行对比研究,对提高板带矫直质量具有重要意义。
2 力能参数计算
2.1 矫直力计算
五辊矫直机矫直辊上的作用力大小可以通过带钢弯曲变形时所需力矩来计算。矫直辊对带钢的压力等于带钢对辊面的反作用力。
根据图1所示,各辊子上的力可根据冷轧带钢断面的力矩平衡条件求出,即
上下排辊子总压力为:
式中:t-辊距;Mi-第i辊子的弯曲力矩。
带钢在第2辊时,压下量较大,带钢处于塑性弯曲,M2为塑性弯曲力矩,M2=Ms;
带钢在第4辊时,压下量较小,带钢处于弹性弯曲,M4为弹性弯曲力矩,M4=Mw;
带钢在第3辊时,带钢处于弹-塑性弯曲,M3为近似等于Ms和Mw平均值,M3=(Mw+Ms)/2
Mw-轧件的屈服力矩;Ms-轧件的塑性弯曲力矩。
将以上代入各辊子受力公式可得出:
σs-带钢的屈服极限;e-断面形状系数;b-带钢的宽度;h-带钢的厚度;
2.2 矫直力矩计算方法
2.2.1 计算方法一
基于以下假设条件:(1)带钢在各矫直辊的弯曲变形均为塑性弯曲;(2)弹性弯曲变形对能量消耗不影响;(3)对原始曲率为的轧件,其原始平均曲率为,式中(r0)min的数值,对于钢板,(r0)min=(10~30)/h。
得到矫直辊上的矫直力矩计算公式:
式中:平均原始曲率,最大残余应力曲率,矩形截计算公式:
2.2.2 计算方法二
基于以下假设条件:
(1)除第2辊外,各辊下的相对塑性变形曲率Cpi均是前一辊残余曲率与本辊残余曲率之和,即Cpi=Cri-1+Cri;
(2)轧件的原始曲率Cr0与第二辊的反弯曲率Cρ2相等且Cp2是二者之和,即Cp2=Cr0+Cρ2,对于瓢曲或带有单、双边波浪形的钢板,推荐Cp2=10;仅有波浪形弯曲的钢板Cp2=4.5~6。
(3)第3辊的反弯曲率等于第2辊,Cρ3=Cρ2,弹复曲率Cy3=e=1.5,所以Cp3=Cρ2+Cr3=Cρ2+Cρ3-1.5=Cp2-1.5
(4)从第3辊开始,各辊下的Cpi值线性递减,Cpn-1=1,;得到矫直辊上的矫直力矩计算公式:
式中:D-矫直辊直径;a-塑性变形折算系数,
2.2.3 计算方法三
带钢发生弹塑性弯曲变形,为确定弹性区和塑性区的边界,引入塑性变形渗透率k塑,表示塑性区占整个截面的比值,0≥k塑≤1;对于矫直机第2辊的k塑最大,k2=0.8~0.62.
矫直机总的塑性系数
得到矫直辊上的矫直力矩计算公式:
2.3 矫直机传动功率计算
矫直机传动功率包括三部分,一部分是使带钢塑性变形所需的矫直功率N塑,第二部分是上下工作辊轴承处摩擦消耗功率N摩1,第三部分是轧件与辊面滚动摩擦消耗功率N摩2。
式中:V-矫直速度,m/s;η-电机传动效率,η=0.7~0.85;Mk-使冷轧带钢产生塑性变形的矫直力矩,k N·m;ΣP-各辊压力之和,k N;f-辊子与冷轧带钢的滚动摩擦系数,钢板取f=0.0002m;μ-辊子轴承的摩擦系数,滚动轴承μ=0.005;滚针轴承μ=0.01;滑动轴承μ=0.05~0.07;d-辊子轴承中径,m。
综上,冷轧带钢塑性变形矫直力矩Mk和各辊子上的总压力ΣP与矫直机主传动电机功率计算有直接关系。ΣP的大小对于指定辊数的矫直机是个定值,Mk由不同的计算方法得到不同的计算值,直接影响传动电机功率的选择。
3 矫直力矩计算模型比较
已知某钢厂连续热镀锌机组,机组的工艺参数具体为:冷轧带钢的屈服极限σs=800MPa;带钢宽度b=700mm~1250mm;带钢厚度h=0.2mm~1.6mm;带钢矫直速度V=1m/s;辊子轴承中径d=100mm。
(1)计算方法一:小变形矫直方案的残余应力曲率最大值
(2)计算方法二:对于瓢曲或带有单、双边波浪形的钢板,Cp2=10;塑性折算系数
仅有波浪形弯曲的钢板Cp2=4.5~6,塑性折算系数a=0.45n(Cp2-0.35)-0.225Cp2+2.25=3.825~6.86
(3)计算方法三:总的塑性系数,得到矫直辊上的矫直力矩计算公式:
将上面三种方法得到的矫直力矩结果代入矫直机传动功率计算公式,分别得到:N1=4.07k W;N2=19.15k W
当Cp2=10时,N3=66.2k W,当Cp2=4.5~6时,N3=17.7~31k W。
对于被矫直的带钢原料一般不会存在瓢曲或带有单、双边波浪形这种严重的板型缺陷,故Cp2=10计算的传动功率偏大。
第一种方法计算的结果要比另外两种计算结果小得多,这是因为小变形矫正方案只能在矫直机上部分实施,对于五辊矫直机以大变形方案为主,并且1/r0的选值对矫直力矩的计算结果影响很大,我们1/r0取值为最大原始曲率的一半,以平均原始曲率计算,导致结果偏小。
第二种计算方法与第三种计算方法,原理相同,只是塑性变形的系数a和塑性渗透率k塑取值方法不同,从传动功率的计算结果看,第二种计算结果在第三种计算结果范围之内(Cp2=4.5~6)。
4 结论
钢厂连续热镀锌机组五辊矫直机的实际传动功率为22k W,应用效果完全满足工艺要求,由此可知,根据第二种算法计算的结果与实际电机功率值最接近,第一种计算结果偏小,第三种计算结果,Cp2=10时偏大,Cp2=4.5~6时,与实际电机功率值也比较接近,也可以作为功率计算选择的参考依据。
参考文献
热矫直机原理及其维护 篇5
关键词：热矫直机,矫直原理,维护,改进技巧
1 矫直机设备特点
宝山钢铁股份有限公司厚板部5m产线采用九辊热矫直机, 布置在轧机与ACC后, 对称设计, 能够实现反矫。具有动态辊缝调整、弯辊、整体倾动、出入辊调整等功能, 能最大限度地消除可能出现的各种板型缺陷。机械构造如下:
1) 总框架。上工作辊和支撑辊系安装在一个可移动的框架上。支撑辊固定在上框架上。上框架在中间被分开, 由铰接点连接。通过安装在框架顶部的偏心轴使得支撑辊可以弯曲, 从而矫直辊也可以被弯曲。
2) 4个主油缸。最大行程450mm, 杆侧压力为系统压力 (250bar) , 实现基本辊缝调节, 以及左右倾动, 前后倾动功能。
3) 4个增压油缸。最大行程450mm, 实现高压模式, 在钢板进入矫直机内, 通过增压油缸带主油缸实现辊缝调节。
4) 4个平衡缸。平衡上框架自重。
5) 弯辊油缸。最大行程825mm, 可实现±8mm正弯与负弯功能。
6) 两液压马达。实现入/出口辊的单独调节, 调节范围为-30~10mm。
7) 换辊系统。用于换辊的一些液压缸, 包括辊系的位移油缸, 上中下横梁支撑油缸, 8个夹紧缸等。
2 矫直原理
钢板轧制时, 由于轧件温度不均匀, 钢板延伸存在偏差, 以及随后的冷却和输送原因, 不可避免的造成轧后钢板出现波浪和瓢曲。随着控轧技术在宽厚板生产中应用, 终轧与加速冷却后钢板温度较低, 钢板的屈服强度有了很大的提高。为了使钢板的平直度符合用户的要求, 轧后的钢板必须进行矫直。
1) 矫直原理。辊式矫直轧材从上下两排相互交错排列的辊子之间通过时因受到多次反复弯曲而得到的对形状缺陷的矫正。通常一张钢板的弯曲程度不一样, 钢板在较大反弯条件下, 弹复曲率相近, 钢板经过连续弯曲, 从而使钢板的残余曲率逐渐接近, 然后再经过一次小的适当反弯, 钢板全长就可得到矫直。由于各辊的压下量是逐渐减小的, 则钢板必将在减少残余曲率差的同时使残余曲率值也逐渐减小, 最后趋近于零, 达到矫直目的。
2) 不同板形缺陷 (见附图) 的矫直方法。基本板形缺陷及其矫直方法:辊缝调节+纵向倾动+入出口辊升降, 主要矫直1、2、3类板形;正弯矫直5类板形;负弯矫直4类板形;横向倾动+弯辊矫直6类板形。
3 维护要点
对设备的日常维护是保证设备良好精度、提高作业率的最重要的手段, 下面从现场基础维护、点检标准、日常点检、设备检修、故障管理以及设备改进这六个方面展开, 阐述如何做好设备维护工作。
1) 基础维护。根据所处工况不同, 对现场元器件及执行机构进行分类维护, 保证现场每个信号的可靠性, 保证每个执行机构动作可靠, 保护措施到位。
2) 点检标准。点检标准关系到日常点检工作的有效性, 要从定点、定法、定量和定期着手。即:确定设备需要点检的部位、确定点检的方法、熟悉标准参数值范围、确定点检的周期四个方面制定标准, 开展日常点检工作。
3) 日常点检。点检作业要按照点检标准开展。点检要有效, 要能通过点检过程掌握设备的状态, 发现设备运行的隐患, 预防事故的发生。
4) 设备检修。检修工作要做到两点, 一是为应该检修的设备检修, 避免不必要的浪费;二是保证检修的质量, 避免重复事故。
5) 故障管理。故障管理的关键是要找到故障发生的根本原因, 针对根本原因采取有效措施, 消除故障的隐患, 确保重复事故不再发生。
6) 设备改进。一名优秀的设备维护人员, 不仅要能够见微知著, 而且要有追求完美的改进意识, 在不断地改进设备中, 提高自己的能力, 提高设备的稳定性和功能精度。
4 设备改进技巧
即使我们日常维护工作做得再好, 设备也可能发生这样那样的问题, 下面将结合过去处理的几个设备故障案例, 来阐述设备改进技巧。
1) 为设备设定一个安全值。案例:在矫直机运行期间, 出现过按照L2设定辊缝进行矫直时, 实际矫直力过大, 导致安全联轴器脱落的情况。针对此缺陷, 增加过载保护功能, 即对L2设定矫直力乘以一适当放大因子, 作为过载限定值, 一旦实际矫直力超限, 触发辊缝快开, 保护机械设备。
2) 双重保险保设备安全。案例:在辊缝倾斜超限后, 通常需要进入服务模式, 即去除逻辑保护, 以启动设备, 恢复生产。在生产初期, 曾出现因现场故障未正确排除, 在去除保护、启动设备时, 倾斜再次增大, 造成油缸卡环断裂的恶性事故。因此增加了二级保护控制, 一旦在服务模式下, 倾斜超出一较大限定值时, 再次触发保护, 封锁设备动作, 避免事故。
3) 围绕生产方的需求做改进。案例:生产方提出, 由于进钢冲击原因, 造成脱落铁屑经矫直辊碾压后, 在辊面与钢板表面形成粘钢压痕。围绕这一问题, 增加了穿带矫直模式, 自动矫直过程将根据钢板位置跟踪, 在矫直钢板完全进入矫直机后实现辊缝压下, 避免进钢是钢板对矫直辊的冲击。
5 结语
良好的设备状态需要设备方和生产方的共同配合和努力。设备的不稳定性决定了维护人员改进的无止境, 一名合格的设备维护人员, 不仅要严格执行标准化作业, 而且要不断提高自身的技能, 只有这样才能保证设备各项指标良好, 才能满足生产方的需求。
参考文献
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型钢矫直机故障分析及解决措施 篇6
年产80万吨型钢生产线主要产品有角钢、矿用U形钢、热轧圆钢、U形钢板桩、热轧方钢、槽钢、工字钢、乙字钢、球扁钢、L形钢。生产线精整区矫直工序采用德国进口9辊双支撑变节距式矫直机,电气系统采用西门子公司产品,具备自动换辊功能。
1矫直机系统配置及工作原理
矫直机为德国KOCH公司设计制造。冷床辊道将冷却到<80℃的型钢轧件,通过冷床输出辊道运输到矫直机,通过入口导板对中和翻钢机,型钢轧件被送入矫直机矫直。矫直辊可以在轴向、垂直和水平3个方向进行调整,使用特殊的换辊设备可以快速更换矫直辊。矫直过程中产生的铁屑沿着皮带机被运送到铁屑箱,矫直辊的固定和泄压由便携式的液压装备完成,矫直后的型钢通过出口辊道运送到编组,生产过程中为设备提供润滑和其他辅助设施的系统有干油润滑站和液压站,干油站和辅助装置位于矫直机附近,矫直机上的润滑点被连接到润滑系统中。生产过程中液压系统为液压设备提供液压,液压系统的相关设备都在附近的液压站里,液压阀台位于相应机械设备的附近。矫直机的矫直轴与承载轴承的装配形式首次采用液压夹紧头形式进行装配,此技术为KOCH公司在矫直机设计中的核心技术。矫直机由7个变频器控制的交流主电机组成,为了在矫直过程中达到统一的负载分配,7个主电机采取负载补偿控制,即主从原则。水平调整、垂直调整和轴向调整数据保存在数据库里(矫直计划),矫直辊依据这些数据进行定位,矫直机外形见图1。
2矫直机故障分析
2.1故障现象
2014年11月至2015年12月,因矫直机发生故障造成型钢生产线停机13次,每次故障停机时间一般在7 h以上。故障现象表现为以下5种形式。
(1)矫直机矫直轴套夹紧销不能回位,具体部位见图2。
(2)矫直辊轴轴端液压夹紧头泄压,具体部位见图3、图4。
(3)矫直辊轴端与液压夹紧头紧固双头螺柱断裂,导致液压夹紧头窜动,无法进行矫直作业,具体部位见图5。
(4)矫直机万向节轴断裂,数次更换十字包,需要班班对连接螺栓进行紧固。
(5)矫直机各轴南北侧标高不一致,设备受力不合理,导致矫直不准确。
2.2原因分析
矫直机矫直轴为组合轴,通过双头连接螺栓连接,连接断面位于承载矫直辊中部,矫直过程中存在巨大的周期性冲击负荷(弯曲应力、扭矩、剪切力),材料理化分析和拉应力检验结果表明,周期性冲击负荷以弯曲应力为主。
3解决措施
(1)在矫直机矫直辊轴分体结合面之间加装2 mm厚垫片,解决矫直轴套夹紧销不能回位的问题。
(2)矫直辊轴轴端液压夹紧头泄压改造措施:①改进夹紧头液压管路的内部工艺孔圆球形密封件为紫铜密封垫,用丝堵进行密封。②在矫直机矫直辊夹紧头安装压力表(图6),便于观察夹紧头的泄压量,及时确定何时用补压泵进行人工补压,准确确定补压量。
(3)选用更好的材料制作矫直辊轴与夹紧头连接双头螺柱;采用更好材料制作万向节轴法兰连接双头螺柱,并制作专用细牙自锁高强螺母。在矫直25#及以上大规格角钢时,将大规格角钢作为角钢生产的最后一个品种。生产方圆钢时,角钢可继续矫直,并每班检查螺栓情况,同时控制压下量及负荷,对无法达到矫直标准的钢材,允许二次回矫。
(4)加大万向联轴器十字包,将外回转直径由315mm改为350 mm,并加大十字头的圆角,改进十字包材料。
(5)用激光跟踪仪对矫直机进行重新标定并制作机械标尺。重新标定后南北两侧轴承位于一个水平度,上层和下层轴分别在一个水平度,保证矫直辊轴距准确。标定后制作的机械标尺,能方便直观确认各矫直参数的实际状态,提高矫直作业率,减少设备事故。定位标尺安装位置见图7。
参考文献
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热轧板材矫直机设计模式的优化 篇7
关键词：热轧板桥,矫直机,设计模块,管理探究
前言
在现实工作模式中, 受到外界因素的控制, 比如运输环节、储放环节等的影响, 轧件会产生一系列的塑性变形, 比如弯曲或者塑性变形等, 其内部会产生一系列的残余应力。这需要进行专业机械设备的应用, 也就是矫直机的应用。我们通常所说的矫直机就是矫正机, 针对不同的扎件模式其应用规格也是不同的。
1 关于热轧板材矫直机应用模块的分析
为了更好的进行热轧板材矫直机应用体系的剖析, 做好矫直机的分析准备工作是非常必要的。通过对矫直机应用结构形式的分析, 可以满足现阶段的矫直机设计工作的需要。一般来说, 不同应用情景下, 矫直机的结构形式是不同的, 其矫直方式也存在着诸多的差异。这需要我们根据其用用途及其应用原理展开剖析, 可以分为以下几个模式。压力矫直机-矫直大断面的钢轨、钢梁、型材、棒料和管材;平行辊矫直机-矫直板材和型材或少量的棒料和管材;斜辊矫直机-矫直棒料和管材;拉伸矫直机-矫直薄板及有色金属板材和型材;拉弯矫直机-矫直薄带材和带材;扭转矫直机-矫直型材。
通过对各个矫直机应用结构的分析, 可以解决现实矫直机设计诸多问题。一般来说, 矫直机的应用结构受其工作模式的限制, 即使其应用于同一类产品, 其规格也是不同的, 其内部应用结构也存在着差异。也就是说, 即使是同一规格的产业其内部的结构设计也存在着诸多的差异, 这对其应用性能也提出了更高的要求。通过对不同设计环节的研究及其改善, 可以满足日常工作环节的需要。设计者在进行结构设计时依据的矫直理论基本是相同的, 轧件在矫直过程中产生弹塑性变形, 内部的应力应变状态很复杂, 很难精确分析和计算。到目前为止, 也是基于假设条件下, 结合试验和生产实践来进行设计。以下仅就热轧板材矫直机进行分析计算, 并就其结构特征进行论述。
在热轧板材矫直机工作过程中, 平行辊式是比较常见的应用模式, 这与其自身的应用要求是密切相关的。一般来说, 其热轧板具备较厚的厚度, 对于精度的需求没有那么的严格, 所以满足了日常生活中的一些需要。在粗矫应用模块下, 通过对单层辊的应用, 确保结构设计的简单性, 以方便现实工作操作模式的优化。所以其一般均采用单层辊, 即只有上下两排工作辊, 不加支承辊, 这样在结构设计中就简单了很多, 对于不同的板材, 选择不同的辊径、辊身长度、辊距和辊数。矫直速度也取决于板材的规格和产量要求。
通过对板材曲率半径公式的剖析, 可以满足热轧板材矫直机的应用需要。通过对其屈服极限及其板材弹性模量的控制, 进行设计模式的优化。从其应用公式可以得知, 反曲率半径与其板的厚度是密切相关的, 也就是其板越厚, 其辊子的直径也就越小, 反曲率半径也小。设计一台矫直机矫直板材的厚度要有一定的范围, 因此, 设计时按最薄板材厚度决定辊径D和辊距t, 同时用板材最大厚度校验辊的强度。
在板材曲率半径公式应用过程中, 进行辊径D的控制是非常必要的, 一般来说, 在设计模式中, 需要进行常规辊身长度的控制, 实现其最大板宽的控制, 以方便现实板材应用工作的开展, 实现其整体控制水平的优化。目前来说, 由于现在对板材运行中的对中控制水平提高, 就没有必要把辊身长度加长太多, 辊子短些可改善弯曲强度, 因此, 辊身长度L=1560mm, 只比最宽板材宽130mm, 这是目前矫直机设计的一个改变。
2 热轧板材矫直机应用方案的更新
在热轧板材矫直机应用过程中, 通过对板材质量的控制, 以满足热轧板材矫直机的设计需要。在板材设计应用过程中, 要针对其现实工作的质量需要, 展开辊数的优化, 实现其结构的简单应用, 以提升其设备的造价水平。比如在五辊模式中进行出口转向辊的添加, 实现其转向辊的矫直功能的优化。按以前的水平, 0.5~4mm板材, 矫直速度0.5~6.0m/s;4~30mm的板材, 矫直速度1.0~3.0m/s, 此热轧重卷机组中, 进行设定。重卷机组可以较高速度工作, 还因为技术水平和加工精度的提高。
在矫直板材设计过程中, 通过对辊子作用力的控制, 实现板材所受弹性弯曲力矩的具体剖析, 从而进行其合力的探究, 方便矫直机设计模式的具体应用。一般来说, 如果板材在辊间所受的弹性弯曲力矩产生变化, 其轧件在不同辊子的应用力是不同的, 通过对矫直机传动功率的计算模式的探究, 可以方便我们日常矫直机相关模块的设计, 实现其传动总功率的优化, 这需要进行各个轧件塑性变形矫直功率环节的剖析。一般来说, 所有工作辊子在轴承处摩擦消耗功率Nm1;轧件与辊子之间流动摩擦消耗功率Nm2。则总功率为:该五辊矫直机辊系部分所需功率为200kw, 另外, 还有一个出口转向辊, 入口夹送辊也与该矫直机经联合减速机, 由一台电机传动, 经全部计算功率后, 主电机选用650kw。因此认定, 该矫直机理论设计合理, 能够完成工作需要。
在矫直机结构形式分析过程中, 通过对矫直机的应用模式的剖析, 可以进行矫直设备类型的深入了解。对于一些次品板材来说, 可以进行定尺板的剪切, 实现板材的矫平, 通过对开卷机板材开卷模式的应用, 可以进行矫直机工作模式的优化。矫直机出口加一转向辊, 必要时也可参与矫直, 然后, 经侧导板使板带沿中心线运行, 这样, 也就使矫直辊相应缩短了。
为了满足现实工作的需要, 进行矫直机框架式焊接结构的优化是非常必要的, 实现其自身重量的控制, 确保其刚度的提升, 实现制造周期的缩短。在轴承座设备中, 进行下三辊的优化, 实现通钢线及其辊面的协调, 在辊重磨环节之后, 进行相关设计模块的优化, 统一调整高度, 上辊为分别调整, 这样在调节压下量的同时, 可保证入口与出口的压下量不同, 由此来保证板材矫直质量。
在上辊压下量调整过程中, 可以进行电动微调模式的应用, 通过对液压缸的应用, 实现两侧轴承座的提升, 从而实现两侧的平行优化。这需要进行轴齿轮齿条平行机构的应用, 进行压下量数据的优化, 实现脉冲发生器的应用, 实现对其信息的有效反馈, 当然, 在应用过程中, 也要进行自动设定模块的调整, 避免其传统的指针显示模袋的应用, 确保新型调整模式的应用。还应提到的是矫直辊采用鼓形辊, 即辊面采用弧线, 这样可保证矫直过程中矫直辊变形后, 辊面与板材为直线接触, 可获得良好的板材质量。以前由于加工的困难, 我厂都采用梯形辊面, 这只能相对改善矫直质量, 前者的加工难度主要在于辊面的磨削加工。
在上述环节的结构设计过程中, 有些结构应用模式是应具体工作需要来进行应用的, 比如实现矫直机及其入口夹送辊的半个机架的应用, 实现其整体结构的紧凑性, 从而满足现实工作的需要。另外加工工艺中也有很多先进之处, 这里不进行探讨了。通过对该设备的分析计算研究, 使自己在轧钢设备设计水平上有了很大的提高。
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