萬能軋機(jī)立式壓下AGC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、太原科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)機(jī)械工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專業(yè)班級： 設(shè)計(jì)人： 同組人： 設(shè)計(jì)題目： 萬能軋機(jī)立式壓下AGC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)： 滾徑 壓下量 軋制力 設(shè)計(jì)要求： 通過本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生了解萬能軋機(jī)立式壓下裝置的工作原理、液壓壓下系統(tǒng)的用途、位移傳感器/測速/測厚儀器的功能、信號采集處理方式以及反饋控制原理，為畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后從事相關(guān)的專業(yè)打下必要的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1）根據(jù)參數(shù)，進(jìn)行液壓缸的設(shè)計(jì)；2）選擇位移傳感器/測速/測厚儀器的類型及參數(shù)；3）計(jì)算機(jī)繪制相關(guān)圖紙（AGC控制系統(tǒng)的組成圖、控制原理圖及液壓缸裝置圖）；4）撰寫說明書。 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014 年 11 月 0

2、3 日 至 2014 年 11 月 21 日 設(shè)計(jì)人(簽字) 指導(dǎo)教師(簽字) 教研室主任（簽字） 附注：本課程設(shè)計(jì)任務(wù)書由學(xué)生附入設(shè)計(jì)說明書內(nèi)。摘要厚度控制AGC系統(tǒng)是現(xiàn)代萬能軋機(jī)型鋼上的重要組成部分，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響到產(chǎn)品的合格問題。本文首先對AGC系統(tǒng)做了一些必要的介紹，繪制控制原理圖，以及AGC在萬能軋機(jī)上的計(jì)算。還介紹了液壓缸的選擇與計(jì)算。關(guān)鍵字：厚度控制、AGC系統(tǒng)、型鋼、萬能軋機(jī)、液壓缸目錄摘要2目錄3第一章緒論41.1厚度控制生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展史41.2厚度自動控制的發(fā)展?fàn)顩r4第二章 厚度自動控制基本原理72.1彈跳方程72.2彈塑形曲線92.3影響厚度波動的因素11第三章厚度

3、自動控制策略153.1厚度計(jì)式AGC153.2監(jiān)控AGC173.3前饋式AGC193.4 AGC系統(tǒng)的補(bǔ)償控制21第四章液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算及元件選擇244.1 初選系統(tǒng)工作壓力243.2 液壓缸尺寸計(jì)算及選擇243.3液壓缸主要尺寸確定253.4 液壓缸強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算：26參考文獻(xiàn)28總結(jié)29第一章 緒 論1.1厚度控制生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展史最早期的板材生產(chǎn)方式都是采用單機(jī)架或雙機(jī)架進(jìn)行多道次反復(fù)熱軋，為了保持軋制時(shí)的溫度，采用這種方法生產(chǎn)的鋼材都不能太長，也不能太薄。生產(chǎn)薄板的只能采用疊軋的方法，從發(fā)明以來疊軋方法統(tǒng)治了薄板生產(chǎn)長達(dá)三個(gè)世紀(jì)之久。這種軋制方法的缺點(diǎn)是金屬消耗量大，產(chǎn)品質(zhì)量低，影響

4、熱軋薄板的主要因素是溫降，為了減少熱軋薄板過程中溫降，必須盡量縮短軋制周期，因此人們自然想到了采用多個(gè)機(jī)架連續(xù)進(jìn)行軋制的方法，同時(shí)對不同部位的帶鋼進(jìn)行軋制。世界上第一條半連續(xù)板、帶材熱連軋機(jī)于1 892年在捷克斯洛伐克的特布里茲建成，但受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，所能達(dá)到的$LN速度太低(僅為2ms)，依然不能克服軋制過程中的溫降過大的缺點(diǎn)，無法生產(chǎn)出合格的熱軋帶鋼產(chǎn)品，所以并沒能投入工業(yè)使用。直到1924年美國在阿斯蘭建設(shè)的1470mm帶鋼熱連軋生產(chǎn)線以66ms的速度正式生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，熱連軋帶鋼工業(yè)化生產(chǎn)的序幕才被真正揭開1。隨著第一套熱連軋機(jī)1926年在美國的誕生，帶鋼熱連軋已經(jīng)有70多年的

5、發(fā)展史。在第二、三次科技革命的推動下，交通運(yùn)輸、能源、建筑、通訊、國防等工業(yè)的飛速發(fā)展，對鋼材特別是熱軋帶鋼的需要增加，機(jī)械和電機(jī)制造的技術(shù)的提高，液壓技術(shù)的應(yīng)用以及可控硅供電技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，都極大地推動了熱軋帶鋼的發(fā)展。1.2厚度自動控制的發(fā)展?fàn)顩r在板帶鋼軋制中，減少板帶鋼的厚度偏差，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本，是滿足用戶要求的重要條件。開發(fā)厚度自動控制系統(tǒng)就是為了減少板帶鋼的縱向厚度偏差，提高其厚度精度。板厚精度是板帶材的兩大質(zhì)量指標(biāo)之一，而板厚控制是板帶軋制領(lǐng)域里的兩大關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，軋制產(chǎn)品的高精度是軋鋼技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一2。1.2.1 厚度計(jì)式AGC軋制過程中，軋制力和

6、空載輥縫都可以檢測到。因此可以用彈跳方程計(jì)算出每一時(shí)刻的實(shí)際軋制厚度。相當(dāng)于將整個(gè)機(jī)架作為測量厚度的裝置，這種檢測厚度的方法稱為厚度計(jì)法(GaugeMeter,GM)，根據(jù)彈跳方程得出厚度偏差信號進(jìn)行厚度自動控制的系統(tǒng)稱GM-AGC3。1.2.2 測厚儀監(jiān)控AGC 用壓下位置閉環(huán)控制和軋制壓力變化補(bǔ)償?shù)霓k法可以進(jìn)行壓下位置調(diào)節(jié)，但不能消除軋輥磨損，軋輥熱膨脹對空載輥縫的影響以及位移傳感器與測壓儀本身的誤差對軋制厚度的影響。可利用測厚儀可直接測量帶鋼厚度偏差，通過調(diào)節(jié)軋輥輥縫實(shí)現(xiàn)厚度控制。1.2.3 前饋AGC 測厚儀測量厚度的反饋控制的自動控制系統(tǒng)是一個(gè)滯后的過程，傳輸延遲是不可避免的過程,從

7、而限制其進(jìn)一步提高控制精度。特別是厚度波動較大,更會影響到實(shí)際的精密帶鋼軋制。前饋AGC不是根據(jù)本機(jī)架實(shí)際的軋出厚度的偏差值來進(jìn)行厚度控制,而是在軋制過程尚未進(jìn)行前,預(yù)測來料的厚度公差,前饋給下一機(jī)架,調(diào)整壓下裝置在預(yù)定時(shí)間提前動作,以確保所需的厚度h。因?yàn)樗峭梆佀托盘栠_(dá)到厚度自動控制,所以稱為前饋AGC，或稱為預(yù)控AGC。前饋AGC屬于開環(huán)控制,控制效果不能單獨(dú)檢查,提前控制和反饋應(yīng)該使用相結(jié)合,互補(bǔ)以提高控制精度的厚度控制系統(tǒng)。1.2.4 張力AGC 張力AGC通過改變后幾臺機(jī)架張力來改變軋制壓力，從而調(diào)節(jié)軋件厚度。由位于出口測厚儀測量出的帶鋼實(shí)際厚度與給定的厚度進(jìn)行比較，得到厚度偏差

8、值，反饋到末機(jī)架。此時(shí)末機(jī)架張力產(chǎn)生正比于厚度偏差的波動，從而通過改變末機(jī)架速度，以達(dá)到厚度控制的目的。此方法主要用于連軋機(jī)后機(jī)架，由于后機(jī)架軋件變薄，但軋件的塑性剛度系數(shù)卻很大，如果采用壓下調(diào)節(jié)效果不明顯，采用張力AGC可對板厚進(jìn)行微調(diào)。1.2.5 流量AGC 秒流量液壓AGC的關(guān)鍵是精確測量輥縫中的帶鋼厚度。該方法是將進(jìn)入輥縫的帶鋼通過安裝在軋機(jī)入口的數(shù)字式光電碼盤分成等長度的區(qū)段(50mm-80mm)，然后通過入口測厚儀和安裝在出口的數(shù)字式碼盤分別測出每段的軋前厚度和軋后長度，根據(jù)金屬秒流量相等的原理，計(jì)算出每段的實(shí)際軋出厚度。將其與給定的目標(biāo)厚度相比較得到厚度偏差H，通過壓下裝置控制帶

9、材縱向厚差。激光測速儀的采用，避免了前饋AGC控制厚度偏差精度不高的問題，也避免了反饋AGC時(shí)滯不穩(wěn)定問題。1.2.6 BISRA-AGC BISRA-AGC是20世紀(jì)40年代末由英國鋼鐵協(xié)會（BISRA）最早開發(fā)的，因此稱它為BISRA-AGC21。后來日本、美國、德國等在軋機(jī)彈跳基本方程（h=S0+P/Km）的基礎(chǔ)上，不斷擴(kuò)展和深化，以不同方式引進(jìn)了反映軋件特性的塑性系數(shù)（M），由軋機(jī)彈跳方程測厚與設(shè)定（或鎖定）厚度之差乘以壓下效率系數(shù)（Km+M）/Km,直接調(diào)節(jié)電液伺服閥電流（或壓下電動機(jī)電壓）來消除板厚差的方法。寶鋼2050mm熱連軋機(jī)在2006年初精軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)改造完成后，采用的

10、厚度自動控制系統(tǒng)主要是BISRA-AGC系統(tǒng)。第二章 厚度自動控制基本原理2.1彈跳方程熱帶鋼軋機(jī)在咬入軋件前存在一個(gè)空載輥縫(與厚度控制有關(guān))及空載輥縫形狀(與板形控制有關(guān))。當(dāng)帶鋼咬入軋機(jī)后，軋輥將給軋件一個(gè)很大的軋制力，因而使軋件發(fā)生塑性變形，但與此同時(shí)軋輥輥系亦受到一個(gè)方向相反大小相等的軋制力，使牌坊拉伸、輥系彎曲變形，產(chǎn)生一個(gè)有載輥縫，該輥縫的變化被稱為輥跳或彈跳，如圖2-1所示。如果軋機(jī)還設(shè)有彎輥裝置則有載輥縫還將受彎輥力的影響，而軋出帶鋼的厚度等于有載輥縫。圖2-1軋機(jī)彈跳現(xiàn)象軋機(jī)彈跳量一般可達(dá)2-5mm，對于開坯軋機(jī)或開坯道次來說，由于每道壓下量大，往往在幾十個(gè)毫米以上，所以一

11、般可不考慮軋機(jī)的彈跳量。但對于熱軋精軋機(jī)組來說，尤其是末幾架情況就完全不同了，由于壓下量僅為幾個(gè)毫米甚至小于lmm，軋機(jī)的彈跳量與壓下量屬同一數(shù)量級，甚至彈跳量超過鋼板厚度，因此必須考慮彈跳影響，并需對彈跳值精確計(jì)算，這樣才能得到符厚度公差要求的產(chǎn)品。軋機(jī)操作時(shí)所能調(diào)節(jié)的是軋輥空載輥縫S0，而熱連軋機(jī)操作中一個(gè)最大的困難是如何通過調(diào)節(jié)S0來達(dá)到所需要的帶鋼厚度4。實(shí)踐表明，軋機(jī)的彈跳與軋制力有密切關(guān)系，根據(jù)胡克定律可以寫出軋機(jī)彈跳量與軋制力的關(guān)系為： P=Km(Sp-S0) （2.1）式中 Sp 一 有載輥縫 S0 一 空載輥縫 Km 一 機(jī)架總剛度如果忽略軋件離開軋輥后的彈性回復(fù)，可以認(rèn)為軋

12、件的出口厚度就等于有載輥縫，即h=SP，將它代入式21，整理后得： h=SP=S0+P/Km (2.2)式(22)便是出口厚度h和軋制力P之間的關(guān)系。剛度的定義為軋輥輥縫增大lmm所需要的軋制力大小，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，軋機(jī)彈性變形的特性如圖22所示。圖2-2軋機(jī)彈跳曲線從圖2-2中可以看出剛度是軋制力的函數(shù)Km=f(p)，而且機(jī)架的彈性變形與*LN力并非線性關(guān)系，在小軋制力時(shí)為一曲線，當(dāng)軋制力大到一定值以后，力和變形才能近似成線性關(guān)系。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生可以用零件之間存在接觸變形和軸承間隙等來解釋。這一非線性區(qū)并不穩(wěn)定，每次換輥后都有變化，特別是軋制力接近于零時(shí)的變形很難精確確定，亦即輥縫實(shí)際零位很難

13、確定，因此上面的關(guān)系很難實(shí)際應(yīng)用。在現(xiàn)場實(shí)際操作中，為了消除上述不穩(wěn)定段的影響，采用了所謂人工壓零位的方法，即先將軋輥壓靠到一定的預(yù)壓靠力PO，此時(shí)將輥縫檢測儀表的指示清零，這樣可以克服不穩(wěn)定段的影響。圖23表示了壓靠零位和軋制過程中軋輥輥縫和軋件厚度的相互關(guān)系。Okl線為預(yù)壓靠曲線，在O處軋輥受力開始變形，壓靠力為PO時(shí)變形Of'(為負(fù)值)，此時(shí)將輥縫檢測儀清零，然后抬輥，如抬到g點(diǎn)，此時(shí)輥縫檢測儀指示f'g=S0，g點(diǎn)并不穩(wěn)定，但由于gkl曲線和Okl完全對稱，所以O(shè)f"=gf，因此f'g=Of=S0。如果此時(shí)軋入厚度為H的軋件產(chǎn)生軋制力P(軋件的塑性變形

14、特性為Hnq)，軋出厚度為h(gkl彈性曲線和Hnq塑性曲線相較點(diǎn)n的縱坐標(biāo)為P，橫坐標(biāo)為h)。圖2-3壓靠零位過程從圖2-3可得到以下關(guān)系： P=Q(H+HG) (Q=tan) （2.3） (Km=tan) (2.4)式中 SO 一 人工零位的輥縫儀指示值Km 一 軋機(jī)剛度系數(shù)，即線性段的斜率式(23)為軋件塑性方程，Q為軋件的塑性剛度，式(24)為軋機(jī)彈性方程。2.2彈塑形曲線2.2.1塑性變形方程金屬塑性變形是在一定的軋制壓力P下產(chǎn)生的。而P的計(jì)算式可以用下面的函數(shù)式表示，即： P=f(B，R，H，p，U，x，T，h) （2.5）式中 B一軋件寬度 R一軋輥半徑 H一軋件入口厚度一摩擦系

15、數(shù)t一軋制溫度 U一變形速度 X一化學(xué)成分 T一張力 h 一軋件出口厚度當(dāng)式(25)中除h以外的所有變量都為常數(shù)時(shí)，那么軋制壓力P的變化可用下式表示： P=f（h）=-Qh (2.6)式中 Q-一軋件的塑性系數(shù)，式(26)稱之為塑性方程式，圖2-4為塑性曲線圖。 軋件塑性曲線是非線性的，但在工作段內(nèi)基本上是線性的，因此可用直線來分析圖2-4塑形曲線2.2.2彈塑性曲線(PH圖) 軋機(jī)的彈性曲線和軋件的塑性曲線。圖2-5軋機(jī)彈塑性曲線（P-H圖）在此圖上可以綜合地研究變形區(qū)中軋件(塑性方程式)和軋機(jī)(彈性方程式)間 相互作用又相互聯(lián)系的力和變形關(guān)系。由圖2-5可知：當(dāng)軋制力為P時(shí)，該機(jī)架軋件的出

16、口厚度為： h=SO+S=H-h （2.7）式中 h一軋件出口厚度H一軋件入口厚度S一軋機(jī)彈跳 S0一人工零位設(shè)定的空載輥縫、 h一軋件的絕對壓下量由此可見PH圖的橫坐標(biāo)H上表達(dá)了空載輥縫so、軋件出口厚度h、機(jī)架彈跳S以及軋件的入口厚度H和壓下量h。這樣在PH圖上可以同時(shí)表達(dá)出軋機(jī)彈性變形和軋件塑性變形情況，故PH圖又稱為彈塑性曲線。2.3影響厚度波動的因素彈跳方程是分析厚度自動控制系統(tǒng)的一個(gè)有效工具，通過它不僅可以弄清各種因素對厚度的影響，而且還可定量的分析各種厚度控制方案。一種直觀簡易的分析方法是利用P-H圖直觀的分析造成厚差的各種原因。2.3.1軋件來料厚度的波動因?yàn)榇周垯C(jī)的輥縫系統(tǒng)精

17、度較低，導(dǎo)致精軋機(jī)組的第一架帶坯的入口厚度有3%-5%的偏差。由圖2-6可知，當(dāng)帶坯入口厚度偏差為H時(shí)，其軋出的厚度偏差則為： （2.8） 式中 Q一軋件的塑性剛度 Km一軋機(jī)的剛度系數(shù) H一軋機(jī)的入口厚度 h一軋機(jī)的出口厚 圖2-6來料厚度波動對帶鋼厚度的影響根據(jù)圖2-6，式(28)推導(dǎo)如下：BC=BD+DC=HKm=tan=p/hBD=HP=Km·h同理 （2.9） 因?yàn)镵m與Q均為正整數(shù)，以h<H，因此軋機(jī)本身有自動調(diào)節(jié)來料厚差的能力，經(jīng)過幾個(gè)機(jī)架后，這種偏差就會變得很小了。又因帶鋼在前幾個(gè)機(jī)架中的軋制時(shí)溫度較高，塑性變形系數(shù)較小，因此自動調(diào)節(jié)來料厚差能力大。來料厚度的波

18、動，對成品帶鋼厚度的影響不大，用反饋控制的方式就可解決。2.3.2連軋過程中輥縫的變化這里所謂的輥縫的變化是指壓下機(jī)構(gòu)未動作，而實(shí)際輥縫改變了，使輥縫發(fā)生變化的干擾有：1)軋輥偏心，由于軋輥橢圓偏心的干擾，輥縫偏差一般可達(dá)0.0250.05mm，軋輥旋轉(zhuǎn)一周，其干擾變化一次，故軋輥偏心的干擾，使實(shí)際輥縫發(fā)生高頻周期變化。軋輥偏心主要是指支撐輥的偏心，因?yàn)楣ぷ鬏伒闹睆叫?，偏心量只有幾個(gè)微米，而支撐輥的直徑一般為1600mm左右，加工精度偏心為±10m，上下輥疊加為±20m，此干擾不能用厚度計(jì)AGC方式來克服，而是在AGC中設(shè)置死區(qū)來消除其影響。為什么不能用厚度計(jì)AGC方式來克

19、服，可用圖28來說明。如軋輥在圖28A位置時(shí)，初始輥縫有So下降到So， 使實(shí)際輥縫減小ASh，軋制壓力增加了AP，帶鋼的實(shí)際軋出厚度減少了h，其工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到了A7點(diǎn)。此時(shí)厚度計(jì)AGC方式便根據(jù)軋制壓力的增加，誤認(rèn)為是帶鋼的軋出厚度增加了Ah，于是移動壓下，錯(cuò)誤的進(jìn)一步減小輥縫，將壓下移動h7的量，使工作點(diǎn)由A”點(diǎn)。所以總的輥縫變化為： S=+Sb (2.10)帶鋼實(shí)際軋出厚度偏差由ll增加到。因此用厚度計(jì)AGC方式來調(diào)節(jié)軋輥偏心這一干擾時(shí)，不但不能克服其影響，反而是帶鋼厚度偏差進(jìn)一步加大，故一般采用設(shè)死區(qū)的辦法來解決此干擾。圖2-7軋輥偏心對軋出厚度的影響 2)軋機(jī)各部件的熱膨脹和軋輥的

20、磨損；由于在軋制過程中，升以及相互的摩擦分別引起熱膨脹和磨損，輥縫發(fā)生緩慢變化，度的變化，可采用自學(xué)習(xí)方法來克服這種干擾。 3)油膜厚度的變化?，F(xiàn)熱連軋機(jī)的支撐輥廣泛使用動壓液體摩擦軸承，該軸承的油膜的厚度是隨軋制速度的變化而變化的，當(dāng)升速軋制時(shí)，油膜變厚，輥縫減小，板厚減薄。一般在AGC系統(tǒng)中采用油膜補(bǔ)償功能來克服此干擾。 4)張力變化，帶尾失張。在軋制過程中，由于工藝參數(shù)的波動，使相鄰兩機(jī)架存在秒流量偏差，引起帶鋼拉伸，造成機(jī)架間帶鋼所受張力的變化，從而造成軋機(jī)軋制壓力的變化。由彈跳方程： （2.11）知軋制壓力P的變化導(dǎo)致帶鋼軋出厚度h發(fā)生變化。但由于現(xiàn)代帶鋼熱連軋機(jī)組采用恒定的微張力軋

21、制，因此張力的變化對成品帶鋼的厚度精度影響很小。當(dāng)帶鋼尾部離開某一機(jī)架時(shí)，其張力就立刻消失，使板厚增大。但由于張力消失是在帶尾溢出輥縫是發(fā)生的，故這種帶尾失張所造成帶鋼厚度的增加是一種突變，稱之為厚躍。一般在AGC系統(tǒng)中設(shè)置尾部補(bǔ)償功能來消除厚躍擾動。5)軋制速度的變化。它主要是通過影響摩擦系數(shù)和變形抗力，乃至影響軸承油膜厚度來改變軋制壓力而起作用的。速度變化一般對冷軋變形抗力影響不大，而卻能顯著影響熱軋時(shí)的抗力；對冷軋時(shí)摩擦系數(shù)的影響十分顯著，而對熱軋則影響較小。故對冷軋生產(chǎn)速度變化的影響特別重要。此外速度增大則油膜增厚，因而壓下量增大并使帶鋼變薄。第三章厚度自動控制策略厚度自動控制是通過各

22、種檢測元件(測厚儀、壓頭等)對帶鋼實(shí)際車LN情況進(jìn)行連續(xù)測量，并根據(jù)實(shí)測值與給定值相比較后的偏差值，借助于控制回路和計(jì)算機(jī)程序，來改變壓下位置、張力或軋制速度，把厚度控制在一定的偏差范圍內(nèi)的方法。厚度自動控制系統(tǒng)一般有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1)厚度檢測部分。厚度控制系統(tǒng)能否精確的進(jìn)行控制首先取決于一次信號的檢測。對熱連軋機(jī)來說，測厚儀一般的是X-射線或-射線的非接觸式測厚儀，對帶鋼的全長厚度進(jìn)行連續(xù)測量，并將厚度偏差實(shí)時(shí)反饋給厚度控制系統(tǒng)。2)厚度自動控制裝置。它是整個(gè)厚度自動控制系統(tǒng)的核心部分，將測厚儀實(shí)時(shí)測出的厚度偏差、軋制力等信號經(jīng)過計(jì)算機(jī)相應(yīng)功能程序的計(jì)算后，輸出控制壓下系統(tǒng)的信號。3)執(zhí)

23、行機(jī)構(gòu)。根據(jù)控制信號對帶鋼厚度直接進(jìn)行控制。一般執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是壓下電機(jī)或液壓缸調(diào)整壓下位置，或通過主電機(jī)改變軋制速度，調(diào)節(jié)帶鋼張力，來實(shí)現(xiàn)厚度控制。3.1厚度計(jì)式AGC厚度計(jì)式厚度自動控制系統(tǒng)是英國鋼鐵研究協(xié)會(British Iron and steelResearchAssociation簡稱BISRA)于1955年研究成功并用于生產(chǎn)。一般稱為厚度計(jì)式AGC或BISRA式AGC。此種AGC的基本原理是以彈跳方程為基礎(chǔ)。在軋制過程中，任何時(shí)刻的軋制力P和輥縫是S0都是可以檢測到的，因此可以用彈跳方程計(jì)算出任何時(shí)刻的實(shí)際軋出厚度h，等于把整個(gè)軋機(jī)作為測量厚度的厚度計(jì)，故把這種控制方法稱為厚度計(jì)

24、(Gauge Meter，簡稱GM)方法。根據(jù)軋機(jī)彈跳方程測得的厚度和厚度偏差信號進(jìn)行厚度自動控制的系統(tǒng)稱為GMAGC根據(jù)軋機(jī)的彈跳方程： （3.0）式中 h一為軋機(jī)出口厚度S0一標(biāo)定后空載輥縫P一實(shí)際軋制壓力Km一軋機(jī)剛度系數(shù)當(dāng)來料厚度波動時(shí)，軋制壓力由Pl變成P2，軋出厚度由hl變成h2，則因來料厚度波動引起的軋出厚度波動為h： （3.1）因此，需要調(diào)節(jié)輥縫S來消除此偏差。根據(jù)圖3-1所示的幾何關(guān)系，可以得到h與S之間的關(guān)系： (3.2) 圖3-1h與s的關(guān)系由式(33)知，為了消除帶鋼的厚度偏差h，必須由壓下系統(tǒng)使輥縫移動的距離，因此只有當(dāng)Km越大，而Q越小，才能使h與S之間的差別越小。

25、當(dāng)Km和Q為一定值時(shí)，則h與S之間成正比關(guān)系，只要檢測出差h，便可以計(jì)算出為消除此厚度偏差應(yīng)作出的輥縫調(diào)節(jié)量S。因在實(shí)際生產(chǎn)中各機(jī)架無法真實(shí)的取得本機(jī)架出口的實(shí)際厚度，因此厚度計(jì)式AGC不是控制絕對厚度，而是以一定的板厚為基準(zhǔn)，為了使板厚的偏差h為零而去控制輥縫的一種調(diào)節(jié)方法。厚度計(jì)式厚度自動控制系統(tǒng)是用彈跳方程按照鎖定的厚度進(jìn)行控制，保證通板的厚度均勻性。圖3-2厚度計(jì)式AGC控制系統(tǒng)厚度計(jì)式AGC是用彈跳方程間接測量軋件的厚度，因此最初的輥縫設(shè)定誤差、軋輥的磨損和熱膨脹等引起的輥縫誤差都無法加以消除。若要消除這些因素的影響，只有用測厚儀監(jiān)控AGC系統(tǒng)加以補(bǔ)償消除。3.2監(jiān)控AGC3.2.1

26、傳統(tǒng)監(jiān)控AGC帶鋼從軋機(jī)中軋出后，通過測厚儀測出實(shí)際軋出厚度并與kf相比較，得到厚度偏差h=hrefhfbk，當(dāng)兩者數(shù)值相等時(shí)，厚差為零，即h=0。若厚差不為零時(shí)，此偏差經(jīng)過厚度自動控制裝置變換為輥縫調(diào)節(jié)量S，輸出給壓下設(shè)備作相應(yīng)調(diào)節(jié)，從而消除此厚度偏差，如圖3-3所示圖3-3監(jiān)控AGC控制系統(tǒng)當(dāng)軋機(jī)的空載輥縫S0改變一個(gè)S時(shí)，它所引起的帶鋼實(shí)際軋出厚度的變化量Ah要小于S，如圖3-4所示，h與S的比值為壓下有效系數(shù)，它表示壓下系統(tǒng)的位置改變量究竟有多大的一部分能反映到軋出厚度的變化上。當(dāng)軋機(jī)的剛度很小或軋件的塑性系數(shù)較大時(shí)，h與S的比值很小，壓下效果甚微，即壓下系統(tǒng)移動了較大的位移，但實(shí)際軋

27、出厚度卻往往未見減薄多少，因而增大壓下有效系數(shù)對于實(shí)現(xiàn)快速自動厚度控制有較大的意義。實(shí)際生產(chǎn)中，增加軋機(jī)的剛度系數(shù)是增大壓下有效系數(shù)的重要措施。如果軋機(jī)有無限大的剛度則輥縫的改變值和軋出的厚度變化將達(dá)到一致。3.2.2Smith預(yù)估器監(jiān)控AGC圖3-4空載輥縫對軋出厚度的影響由于測厚儀安裝的位置距離末機(jī)架有一定的距離，所以檢測到的帶鋼厚度有滯后，可以將該過程定義為純滯后環(huán)節(jié)。從控制理論可知，對象純滯后時(shí)間T的存在對控制系統(tǒng)是極為不利的，它使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。本節(jié)將介紹如何用Smith預(yù)估器來補(bǔ)償純滯后系統(tǒng)。3.3前饋式AGC不論是厚度計(jì)式AGC還是監(jiān)控AGC都避免不了控制上的傳遞滯后或過渡

28、過程滯后，因而限制了控制精度的進(jìn)一步提高，特別是來料的情況波動較大時(shí)，更會影響帶鋼的實(shí)際軋出厚度的精度。為了克服此缺點(diǎn)，在現(xiàn)代化的熱連軋機(jī)上都廣泛采用前饋式AGC。3.3.1厚度前饋AGC前饋式AGC不是依據(jù)本機(jī)架實(shí)際軋出的厚度偏差進(jìn)行控制，而是在軋制過程尚未進(jìn)行之前，預(yù)先測定出來料的厚度偏差H，并前饋給下一個(gè)機(jī)架(即Fi機(jī)架)，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)提前調(diào)整壓下機(jī)構(gòu)，以保證獲得所要求的軋出厚度h ，如圖3-5所示。圖3-5前饋式厚度控制系統(tǒng)它的控制原理就是用測厚儀或以前一個(gè)機(jī)架作為測厚儀，連續(xù)測量將要進(jìn)入本機(jī)架的帶鋼的厚度Hi，并與給定的入口厚度值H0相比較，當(dāng)存在厚度偏差H時(shí)，預(yù)先估計(jì)出可能產(chǎn)生的軋

29、出厚度偏差h，從而確定為消除h而需要調(diào)整的輥縫S，并對厚度偏差點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，提前對本機(jī)架輥縫進(jìn)行調(diào)整，使得厚度控制點(diǎn)正好就是AH的監(jiān)測點(diǎn)。根據(jù)圖3-6所示的幾何關(guān)系，可以得到h、S和H三者之間的關(guān)系： (3.3)圖3-6H，h與s的關(guān)系當(dāng)軋機(jī)的剛度系數(shù)越大和軋件的塑性系數(shù)越小時(shí)，消除相同來料厚差H所需調(diào)整輥縫S越小，因此剛度系數(shù)較大的軋機(jī)有利于消除來料厚度差。且軋機(jī)對來料厚差H有一定的自動糾正功能。（a）零調(diào)時(shí)機(jī)架的彈跳量，S0=P0/Km0；(b)機(jī)架的彈跳量，Spo=P/Km；(c)油膜厚度補(bǔ)償量，Soil；（d）彎輥力和軋件寬度引起的彈跳量SB；(e)軋輥熱膨脹引起的輥縫變化，Stemp；

30、(f)軋輥偏心量形成的偏差， ；（g）鎖定時(shí)的厚度h*；（h）AGC積分器；（i，j）數(shù)字系統(tǒng)的特殊匹配；（k）監(jiān)控AGC修正量3.4 AGC系統(tǒng)的補(bǔ)償控制3.4.1 速度補(bǔ)償速度補(bǔ)償是當(dāng)AGC系統(tǒng)對輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)以后導(dǎo)致出VI厚度發(fā)生變化，使機(jī)架間的秒流量發(fā)生變化，為了維持秒流量的恒定，保證微張力軋制，則將前一機(jī)架的出口速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)整值的大小可根據(jù)秒流量相等的關(guān)系得出。 hi-1(vi-1+vi-1)=(hi+hi)vi (3.4) 上是展開： hi-1vi-1+ hi-1vi-1= vihi+ vihi 因?yàn)?hi-1vi-1= vihi所以 hi-1vi-1= vihi （3.5

31、）式中 vi-1 一 第i-1機(jī)架軋件出口速度變化量hi 一 第i機(jī)架軋件出13厚度變化量hi-1 一 第i-1機(jī)架軋件出13厚度vi 一 第i機(jī)架軋件出速度速度補(bǔ)償是控制器根據(jù)下機(jī)架輥縫值的變化Si來調(diào)節(jié)上游機(jī)架主傳動速度，以維持秒流量相等。3.4.2 尾部補(bǔ)償當(dāng)帶鋼尾部離開前一機(jī)架(Fi-1)時(shí)，后一機(jī)架(Fi)的后張力立即消失，使其軋制壓力增大，因而出現(xiàn)尾部失張厚躍現(xiàn)象。為了消除這一厚差，可以采用尾部補(bǔ)償?shù)墓δ?，即在帶鋼尾部離開Fi-1機(jī)架時(shí)，加大Fi機(jī)架的壓下量，將帶鋼的尾部多壓一些，已稱為壓尾，如圖3-7所示。圖3-7張力損失補(bǔ)償當(dāng)Fi機(jī)架尾部的補(bǔ)償值ht時(shí)，其相應(yīng)的輥縫調(diào)節(jié)量為：

32、（3.5）3.4.3 軋輥偏心補(bǔ)償 當(dāng)軋輥偏心較小時(shí)，將采用實(shí)測軋制力減死區(qū)值濾波方法 當(dāng)軋輥偏心較大時(shí)，采用偏心濾波器方法如下：該濾波器是將支撐輥圓周等分為125點(diǎn)、采集N=125點(diǎn)軋制力：Px(O)、Px(1)、Px(2)Px(n-I)。并先求出軋制壓力的平均值，公式如下： （3.6）再計(jì)算支輥撐轉(zhuǎn)一周后每轉(zhuǎn)一點(diǎn)的軋制力變化量： Pn=0.5(Px(n-1)-Px(0) (3.7)濾波器輸出軋制壓力： Px=Pp+Pn 這樣處理后，軋制力信號將不包含軋輥偏心影響。在實(shí)際應(yīng)用中，采樣支承輥轉(zhuǎn)一周的壓力并求出平均壓力之后，開始投入濾波器，每新采樣一點(diǎn)后求出軋制壓力并求新的壓力平均值。3.4.4

33、 油膜厚度補(bǔ)償圖3-8軋制壓力P與油膜厚度壓力修正系數(shù)KFi的關(guān)系曲線現(xiàn)代熱連軋機(jī)基本支撐輥均采用油膜軸承，當(dāng)軋輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，因存在液體的沾附效應(yīng)，油膜厚度Oi將隨著軋輥轉(zhuǎn)速Vi和壓力Pi的變化而變化，因此油膜厚度是軋制速度和軋制壓力的函數(shù)，即Oi=f(vi，Pi)。油膜厚度的變化導(dǎo)致輥縫值發(fā)生變化，從而引起軋出厚度的變化，故需要進(jìn)行油膜厚度補(bǔ)償。第四章液壓系統(tǒng)主要參數(shù)計(jì)算及元件選擇4.1 初選系統(tǒng)工作壓力 根據(jù)各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力數(shù)據(jù)，由表3-1，初定系統(tǒng)工作壓力Ps=30Mpa表4-1 各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力圖機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、建筑機(jī)械、液壓鑿巖機(jī)大中型挖掘機(jī)、液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械萬能軋機(jī)磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力/MPa0.823528810101820324.2 液壓缸尺寸計(jì)算及選擇4.2.1缸尺寸的確定前面初選系統(tǒng)壓力Ps=30Mpa已知：總軋制力Fmax=23MN 則液壓缸最大壓下力 Fmax1 = 11.5MN 液壓缸壓下速度Vc=4mm/s 液壓缸最大行程S=150mm1)活塞直徑D的確定