軋鋼機械第六章

第六章工作機座剛度與軋件厚度控制第一節(jié)工作機座剛度與軋件厚度關(guān)系一、工作機座彈性變形對軋件厚度的影響軋制時，在軋制壓力作用下軋件產(chǎn)生塑性變形。同時，在軋件反力的作用下，工作機座中的軋輥、軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲和螺母、機架等一系列受力零件，也產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，總變形量可達幾毫米(2～6)。對于成品軋機，尤其是板寬較大的板帶軋機，機座的彈性變形對軋件尺寸精度有很大影響。圖6一l表示了二輥鋼板軋機的彈性變形情況。軋件進入軋輥前，軋輥的原始輥縫設(shè)為，如果軋輥的原始輥型為圓柱形，那么輥縫是均勻的。當軋制時，在軋制力P作用下，機座產(chǎn)生彈性變形，使實際輥縫呈不均勻地增大．軋制后的軋件斷面呈中部較厚的弧形，軋件的厚度大于原始輥縫，設(shè)機座在軋輥輥身中部處產(chǎn)生的彈性變形為，那么(6—1)式中——軋制后的軋件厚度；——軋輥原始輥縫；——機座彈性變形(機座在軋輥輥身中部處的彈性變形量)。由上式可見，機座彈性變形對軋制后的軋件厚度影響很大，要想得到厚度為的軋件，軋輥的原始輥縫應(yīng)調(diào)整到比軋件厚度小一個機座彈性變形量的數(shù)值。機座的彈性變形可分為兩局部。一局部是除軋輥彎曲變形以外的其他各受力零件的彈性變形，包括由軸承、軸承座、墊板、壓下螺絲、螺母等零件產(chǎn)生的壓縮變形，軋輥的彈性壓扁，機架立柱的拉伸變形和機架橫梁的彎曲變形等造成的。這些變形使軋輥輥縫均勻地增大。另一局部是軋輥的彎曲變形，使軋輥軸線撓曲，除了加大原始輥縫外，還使輥縫在寬度方向產(chǎn)生不均勻變化，這使軋件沿寬度方向產(chǎn)生橫向厚度偏差。由于機座的彈性變形，是由軋制力產(chǎn)生的，如果在軋制過程中軋制力有波動，那么在一定原始輥縫下，機座的彈性變形也有相應(yīng)的波動，這就使軋件沿長度方向的厚度發(fā)生變化，產(chǎn)生了縱向厚度偏差。對于縱向厚度偏差，在現(xiàn)代板帶連軋機上，設(shè)置了厚度控制裝置，使軋機能在軋制過程中迅速調(diào)整輥縫，控制軋件的縱向厚度偏差。至于軋件沿寬度方向產(chǎn)生的橫向厚度偏差，。一般是通過合理的輥型沒計、輥型凋整等措施來控制的。由上可知，機座的彈性變形直接影響軋后的軋件厚度以及軋件的縱向和橫向的厚度偏差，因而也影響到軋機的調(diào)整、軋制工藝規(guī)程的制定和輥型設(shè)計等。二、機座彈性變形曲線、彈跳方程及剛度概念為了控制成品軋件厚度精度，必須對機座的彈性變形在數(shù)值上加以確定。目前，可以用計算法獲得近似值，但為了得到精確值，最可靠的方法還是通過實驗，對機座彈性變形進行測定。一般采用以下兩種測定方法。1．軋制法在冷軋機上，軋件的厚度可以精確測量，一般采用軋制法，即在一定的原始輥縫下，軋制不同厚度而寬度相同的一組板坯，分別測出軋制力和軋后的軋件厚度，測得的板厚減去軋輥原始輥縫值。即為在相應(yīng)的軋制力作用下的機座彈性變形量。將測得的與數(shù)值一一對應(yīng)繪成曲線，即為機座彈性變形曲線，如圖6—26所示。機座彈性變形曲線也稱為彈跳曲線。在用軋制法測定機座彈性變形時，應(yīng)注意不要使軋輥發(fā)熱，以免軋輥熱膨脹而影響軋輥輥縫的數(shù)值。用軋制法測定，符合生產(chǎn)實際情況，能測得較精確的數(shù)值。2．軋輥壓靠法軋制法不可能在生產(chǎn)中屢次經(jīng)常地進行，大軋機用軋制法也較困難，此時可用軋輥壓靠法。用壓靠法測定時，軋輥中役有軋件。軋輥一面空轉(zhuǎn)，一面調(diào)整壓下螺絲，使上下工作輥直接接觸壓靠。軋輥接觸壓靠后，壓下螺絲仍繼續(xù)下降，壓靠力使工作機座產(chǎn)生彈性變形。將壓下螺絲的移動量(相當于機座的彈跳值，從軋輥輥縫指示器讀出)與壓下時的壓靠力(相當于軋制力)一一對應(yīng)，即可繪成機座的彈跳曲線，如圖6—2c中的曲線。用壓靠法測定時，因與實際軋制情況有所不同，測量誤差較大。由機座彈跳曲線可見，在軋制力不大時，機座彈性變形曲線與軋制力成曲線關(guān)系，這是因為機座各零件間存在間隙和接觸不均勻而形成的。當軋制力到達一定值后，機座彈性變形與軋制力成直線關(guān)系，此直線的斜率tan(圖6—26)一般稱為機座剛度系數(shù)，或稱為自然剛度系數(shù)，以C(kN／mm)表示，即式中——彈跳曲線直線局部的軋制壓力變化量，kN；——機座變形的變化量，mm。機座剛度系數(shù)C的物理意義是使機座產(chǎn)生1mm彈性變形所需的軋制力，它表示了機座抵抗彈性變形的能力。機座的剛度系數(shù)愈大，表示機座的剛度愈好；在同樣大軋制力作用下，機座彈性變形愈小。將實測得到的彈跳曲線，按式(6—2)計算直線段的斜率，即得到機座的剛度系數(shù)C。注意，機座的彈跳曲線或剛度系數(shù)是在一定的工藝條件下，即不變的軋制速度和一定板寬條件下才是個常數(shù)。

有了機座彈跳曲線，那么軋后的軋件厚度?？山频赜孟旅婀奖硎臼街小堓佋驾伩p；——軋制力。式(6—3)稱為機座彈跳方程，它反映了軋件厚度與機座彈性變形的關(guān)系。由于機座中各零件闖存在的間隙和接觸不均勻是一個不穩(wěn)定因素，彈跳曲線的非直線局部經(jīng)常是變化的。為了消除非直線段的影響，現(xiàn)場操作時往往采用人工零位法進行軋制。即在軋制時，先將軋輥預(yù)壓靠到一定的壓力，并將此時的軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)為零，稱為人工零位。在圖6—2c中的彈跳曲線。就是預(yù)壓靠隨線，在O點處軋輥開始接觸，當壓力靠力為時，軋輥輥縫指示器讀數(shù)是一個負值。今以點作為人工零位，即將壓靠力為時的軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)為零(清零)。顯然，當壓靠力等于零時，實際的原始輥縫為零，而輥縫指示器讀數(shù)那么為，如果軋輥繼續(xù)上升，當實際的原始輥縫為時，輥縫指示器讀數(shù)那么為，曲線為在此輥縫下的機座彈跳曲線，它與壓靠曲線完全對稱。當軋制力為時，機座彈性變形，故線段可代表軋制力為時人工零位的軋輥輥縫指示器讀數(shù)。如果軋制力為P時，那么軋后的軋件厚度可用下面公式表示(6—4)式中——人工零位時的軋輥輥縫指示器讀數(shù)；——軋輥預(yù)壓靠力。式6—4為采用人工零位時的彈跳方程。采用人工零位操作，町以消除壓靠曲線非直線段零位的不穩(wěn)定性，使彈跳方程便于應(yīng)用。式(6—3)、(6—4)所示的彈跳方程，對于軋機的調(diào)整有重要意義：在實際操作時，要應(yīng)用彈跳曲線或彈跳方程來確定軋輥原始輥縫；彈跳方程也給軋機板厚自動控制系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。此外，由于彈跳方程直接表示了軋件厚度與軋輥輥縫和軋制力的關(guān)系，可以用來作為間接測量軋件厚度的一個根本公式。機座剛度與軋件厚度尺寸精度有密切關(guān)系，特別是軋制板材時，從保證板厚出發(fā)，希望軋機剛度大，從式(6—3)、(6—4)可看出，機座的剛度系數(shù)愈大，由于軋制力的波動產(chǎn)生的軋件厚度波動就愈小，在未裝設(shè)厚度自動控制系統(tǒng)的軋機中，正是依靠機座的大剛度來到達產(chǎn)品厚度尺寸的高精度。從控制板厚的要求出發(fā)，當連軋機用調(diào)整壓下控制板厚時，軋機的剛度大效果好。因此，板帶軋機的剛度系數(shù)，既是板帶生產(chǎn)的重要工藝參數(shù)，又是板帶軋機設(shè)備的重要參數(shù)。第二節(jié)工作機座剛度的計算及提高剛度的途徑由于機座中各零件的形狀和受力情況較復(fù)雜，各零件間的接觸面存在間隙和接觸不均勻，理論計算時作了許多簡化，故計算所得的機座剛度或彈性變形只是一個近似值，目前還沒有比擬簡單而精確的理論計算方法。工廠對現(xiàn)有軋機的剛度主要是通過實測法得到的。但是，在設(shè)計新軋機時，近似計算仍是提供參考依據(jù)的一種手段。一、工作機座的剛度計算在一定軋制壓力的作用下，機座各受力零件彈性變形總和求出后，便可按下式計算出機座的剛度系數(shù)，即(6—5)以四輥軋機為例，工作機座的彈性變形包括軋輥系統(tǒng)的彈性變形(由支承輥彎曲變形、支承輥和工作輥的彈性壓扁、工作輥間的彈性壓扁三局部組成)、支承輥軸承的彈性變形、支承輥軸承座的彈性變形、壓下系統(tǒng)的彈性變形(電動壓下時，那么由壓下螺母的壓縮變形、壓下螺絲的壓縮變形和螺紋牙的彎曲變形三局部組成)、機架的彈性變形(由橫梁的彎曲變形和立柱的拉伸變形組成)和其他受載零件的彈性變形(其他受載零件有墊板、止推球面墊和測壓儀等)。上述各零件的彈性變形總和，即為機座的彈性變形=+++++(6—6)軋輥系統(tǒng)和機架的彈性變形計算，已在前面表達過。這兩局部變形一般占機座總變形的60％～70％。其他零件的變形計算，可參閱有關(guān)書籍上提供的計算式。例如某1700精軋機座彈性變形計算結(jié)果如表6一l所示。將計算結(jié)果繪成坐標圖，便可得到工作機座的理論彈性變形曲線，進一步即可求得剛度系數(shù)。由于機座各零件尺寸大致有一定的比例關(guān)系，一般都與支承輥的直徑和輥身長度有關(guān)。因此，機座剛度系數(shù)可近似地用支承輥直徑來表示。按某些軋機的統(tǒng)計資料，工作機座的剛度系數(shù)與支承輥直徑(mm)的一些經(jīng)驗公式表示如下：對于小型四輥軋機=3為1200～1400mm寬冷帶軋機=(3～4)為1200～1400mm寬熱帶軋機=(2．5～3．5)(6—7)二、提高機座剛度的途徑為了保證成品軋件的尺寸精度，軋機應(yīng)有足夠大的剛度。根據(jù)軋機的不同用途，選取不同的剛度系數(shù)。各種軋機的剛度系數(shù)如表6—2所示。由于對成品軋件的尺寸精度，特別是板帶材厚度公差的要求不斷提高，對機座剛度的要求也相應(yīng)提高。提高機座剛度的途徑有三種。1．提高承載零件的剛度在普通結(jié)構(gòu)的工作機座彈性變形中，軋輥及軸承的變形很大，占總變形的40％～70％，饑架變形占10％～16％，因此，提高承載零件的剛度，即加大機座剛度的主要方向是：1)加大支承輥直徑，提高輥系剛度，可以顯著地改善機座的剛度。例如，熱帶鋼軋機的支承輥直徑由1141mm增加到1632mm；對于輥身長度超過4m的厚板軋機，支承輥直徑超過2m；現(xiàn)代型鋼軋機的輥身長度與輥徑比，也由原來的3．5～4縮小到1．5～2。2)增加機架立柱和橫梁的斷面尺寸。例如，熱帶鋼軋機機架立柱的橫斷面面積由3000cm2增加到7000cm2，輥身長4m的厚板軋機的立柱橫斷面積達10000cm2。應(yīng)該指出，隨著軋輥直徑和機架斷面的增大，機架高度也相應(yīng)增加(影響機座剛度的提高)，也使軋輥彈性壓扁量增大，因此，采用這種方法來提高機座剛度受到一定限制，不能使機座結(jié)構(gòu)過于龐大。3)采用多列圓柱軸承和動壓液體摩擦軸承，可減少軸承的彈性變形。2．采用預(yù)應(yīng)力軋機——對機座施加預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力軋機采用四根剛性拉桿將軋機的上下軸承座(或半機架)聯(lián)接起來，這里，剛性拉桿代替了普通軋機的立柱，軸承座代替了普通軋機的上下橫梁，使之聯(lián)接成為一個剛性整體(如圖6—3)。通過液壓螺母給拉桿施加相當?shù)念A(yù)緊力(約為軋制力的1．5倍)，使軋機在軋制前就處于受力狀態(tài)，各接合面無縫隙緊密貼合。而在軋制時，由于預(yù)應(yīng)力的影響，使軋機的彈性變形減小，從而提高軋機的剛度。預(yù)應(yīng)力軋機主要用在中小型和線材軋機上。

為了說明其原理，把拉桿和被壓縮件(上軸承座與半機架等)的受力與變形情況，分三種狀態(tài)列于圖6—3中。圖6～3以表示未施加預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，此時拉桿未受拉力，被壓縮件也未受力，而各接合面已無縫隙緊密貼合；圖6—3b表示拉桿上已施加預(yù)緊力拉桿因受作用而伸長，而被壓縮件因受作用，產(chǎn)生了壓縮變形，縮短了；圖6—3c表示，當軋制壓力為時，拉桿的受力由預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的增大為，此時拉桿的變形也由增加了，即拉桿實際變形量為+，隨著拉桿伸長的同時，被壓縮件的壓縮量也彈回了，即實際變形量為一，被壓縮件的受力也由減小為。在最大軋制力(小于)作用下，上輥軸承座與半機架接合面仍不致分開，保持有一定大小的預(yù)壓力。以上分析說明，預(yù)應(yīng)力軋機的剛度系數(shù)要比普通軋機的剛度系數(shù)大，假設(shè)=，那么為其4倍。3．縮短軋機應(yīng)力線長度——采用短應(yīng)力線軋機結(jié)構(gòu)根據(jù)虎克定律，受力零件的彈性變形量與其長度成正比，軋機機座中受力零件的長度之和，就是該軋機應(yīng)力回線的長度。因此，縮短軋機應(yīng)力回線的長度，就能減小機座的彈性變形，提高機座的剛度。根據(jù)這一原理設(shè)計的短應(yīng)力線無機架軋機(如圖6～5)，可較大地提高機座剛度(見表6—2)。圖6—5b所示為無機架軋機，它用四根立柱式的具有左、右螺紋的拉桿螺栓，將剛性很大的上、下軸承座固定在一起，實現(xiàn)了上、下輥系相對于軋制線的對稱調(diào)整，且取消了壓下和壓上螺絲，從而大大縮短軋機的應(yīng)力線長度。由于將集中于壓下螺絲處的載荷分散到軸承座的兩邊，使軸承壽命大為提高。這種軋機剛度高，且實現(xiàn)了對稱調(diào)整，使得軋制線保持不動，從而減少了生產(chǎn)事故，提高了軋機作業(yè)率。目前無機架式短應(yīng)力線軋機在我國中小型車間的技術(shù)改造中得到普遍推廣應(yīng)用。圖6—6為“GY”型短應(yīng)力線軋機，它主要由軋輥輥組、拉桿、軋輥徑向調(diào)整機構(gòu)、平衡機構(gòu)、軸向調(diào)整機構(gòu)和三角架等組成(圖6—6a)。徑向調(diào)整機構(gòu)為手動壓下，轉(zhuǎn)動手柄經(jīng)蝸桿蝸輪使拉桿1轉(zhuǎn)動，通過拉桿上、下端的左右螺紋與固定在軸承座6內(nèi)部的壓下螺母4相配合，從而帶動上、下軸承座、軋輥作對稱的壓下調(diào)整。球面墊5與壓下螺母4凸弧相配合調(diào)心，起一個鉸鏈作用，以適應(yīng)安裝誤差，減小軸承的邊緣負荷，提高軸承壽命。平衡彈簧2和平衡螺母3的作用是，消除由于自重產(chǎn)生的壓下螺母螺紋的上間隙，以防止軋件咬入時的沖擊。由于平衡螺母與壓下螺母之間沒有相對運動，從而保證彈簧平衡力不變。第三節(jié)當量剛度與厚度控制一、彈一塑曲線與原始輥縫調(diào)整1．軋件塑性變形曲線與塑性方程軋制中軋輥原始輥縫的調(diào)整與機座彈性變形有關(guān)，同時電和坯料條件有關(guān)。板材軋機的軋制壓力，在第二章中已給出了計算式其中，平均單位壓力是絕對壓下量、軋制溫度、變形速度、摩擦系數(shù)等因素的函數(shù)。當軋制工藝條件一定時，即、、、、R……等因素為常數(shù)時，那么軋件的軋制壓力(6—16)為一非線性方程。上述關(guān)系也可由試驗方法作出相應(yīng)的曲線，如圖6～7所示。此曲線稱為軋件的塑性變形曲線，式(6—16)那么稱為軋件的塑性方程。在一般情況下，采用很小或很大的壓下量軋制軋件的情況較少，軋件塑性變形曲線可近似地用直線表示(6—17)式中——軋件的塑性剛度系數(shù)，=，反映了軋件變形的難易程度，它與一系列因素如張力、變形溫度、變形阻力……等有關(guān)。見圖6—7中的曲線2、3；——軋件壓下量，即坯料厚度與軋件出口厚度的差值，=一。將軋件塑性方程與機座彈跳方程聯(lián)立求解，就可根據(jù)需要來確定軋輥的原始輥縫，或得到軋件厚度。

2．彈跳方程圖解法——P—H圖由于彈跳曲線與塑性曲線的縱坐標都是軋制力P，而其橫坐標都與軋件厚度H()有關(guān)，因此彈跳方程與塑性方程的聯(lián)立求解可采用圖解法，即彈一塑曲線(P—H)進行。下面以確定軋輥的原始輥縫為例，說明P—H圖的應(yīng)用。在圖6—8所示的P—H圖上，塑性曲線用近似直線表示，其與橫坐標的交點H為坯料厚度。要想得到厚度為的軋件，在塑性曲線上找到相應(yīng)的一點，點的縱坐標那么為壓下量為時的軋制力P，過點作機座彈跳曲線，由曲線與橫坐標交點，便得到軋輥應(yīng)調(diào)整到的原始輥縫。P—H圖對于軋機的調(diào)整和厚度控制都有重要作用，是一個有效的分析工具。P—H圖比擬直觀的表示了坯料厚度H、軋件厚度、軋制力P以及輥縫等的參數(shù)關(guān)系，可以形象地分析造成厚度差的各種原因，并能探討補償厚度偏差的根本方法。二、機座當量剛度與厚度控制方式1．機座當量剛度在軋制過程中，有很多因素會引起軋制壓力P的不穩(wěn)定，比方軋件的化學成分、坯料厚度以及軋制溫度的不穩(wěn)定等，必然導(dǎo)致軋制力波動。而軋制力的變化也必定引起機座彈性變形量的變化，直接影響軋輥輥縫值，使軋件厚度發(fā)生變化。對帶鋼來說，帶鋼的縱向厚度偏差是一個主要的質(zhì)量指標。為了減少帶鋼厚度偏差，除采用剛度較大的機座外，在現(xiàn)代帶鋼連軋機上，都采用了厚度自動控制裝置，在軋制過程電及時調(diào)整輥縫，使輥縫調(diào)整量能夠局部或全部抵消由軋制力變化引起的機座彈性變形量，就能減不葚至完全消除軋件的厚度偏差，這就是厚度自動控制的根本出發(fā)點。在進行厚度自動控制的軋機上，往往用機座當量剛度系數(shù)K來表示機座進行厚度控制的能力。注意，這里的機墮當量旦!鐾墨螫與前面介紹的機座本身剛度系數(shù)(自然剛度)是根本不同的。16—18)式中——軋制力的波動量；一一軋件的厚度偏差。今以坯料厚度不均勻時的厚度控制為例，說明機座當量剛度控制的根本原理。如圖6～9所示，曲線是機座彈跳曲線，曲線是坯料厚度為時的軋件塑性曲線。當實際原始輥縫為時，軋后的軋件厚度為，軋制力為。如果坯料厚度增加了槲，那么軋件塑性曲線變到，位置，此時軋制力變?yōu)?，增加了，軋后的軋件厚度增加了一個厚度偏差。為了完全補償產(chǎn)生的厚度偏差，就要及時調(diào)整軋輥輥縫，使輥縫減小。調(diào)整輥縫后的機座彈跳曲線位置為虛線MN所示。此時，軋制力為P，軋制力的波動量為，軋件的軋后厚度仍保持為。由圖6—9所示幾條曲線的幾何關(guān)系，不難推導(dǎo)出、和之問的關(guān)系：得輥縫調(diào)整量為式中——機座自然阿《度系數(shù)，=；——軋件塑性剛度系數(shù)，=。上式說明，當消除相同的坯料厚差影響時，愈大和愈小，壓下所需的輥縫調(diào)整量就愈小。因此，軋機剛度系數(shù)較大是有利于消除坯料厚差對軋件厚度影響的。2．厚度控制方式采用上述調(diào)整軋輥輥縫方法進行軋件厚度控制時，在不采用人工零位操作的軋機上，軋后的軋件厚度可用下式表示式中——軋輥原始輥縫；——軋制力；——機座自然剛度系數(shù)；——軋輥輥縫調(diào)整量。對式(6—20)微分，可得軋件厚度偏差的公式將式(6—21)代人式(6一18)，可得出機座當量剛度系數(shù)與之問關(guān)系表達式由式(6—21)可知，軋件厚度偏差與機座彈性變形波動量和有關(guān)。當和相等時，軋件厚度偏差等于零，即完全消除了軋件的厚度偏差，軋后的軋件厚度保持為。軋后的軋件厚度實際上反映了軋機受載時的軋輥輥縫，可以認為軋后的軋件厚度是軋輥的“有載輥縫”。因此這種能維持“有載輥縫”不變的控制方法稱為“恒輥縫”控制法。根據(jù)式(6—22)，“恒輥縫”控制時的機座當量剛度系數(shù)為無窮大，表示機座有“無窮大”的厚度控制能力，能夠完全消除軋件的厚度偏差，而機座本身的剛度(自然剛度)并未改變。采用“恒輥縫”控制時，雖然可以完全消除軋件的縱向厚度偏差，但由于軋輥的彎曲變形較大，故軋件的板形較差。當軋機的補償機座彈性變形能力較差時，即機座當量剛度系數(shù)較小時，那么可獲得較好的板形，而軋件的厚度偏差較大。因此，在某些板帶軋機上，希望機座的當量剛度系數(shù)是“可變”的，以便根據(jù)不同的工藝要求，采用不同的控制方式，故機座的當量剛度又可稱為可控剛度。如果用輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)，來表示與的比值，即那么機座當量剛度系數(shù)可表示為從上式可知，改變輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)的大小，就可改變機座的當量剛度系數(shù)，實現(xiàn)不同的控制方式(圖6—10)：1)恒輥縫控制。當=1時，K=∞，即軋機具有無限大的控制能力(特性最硬)，軋輥輥縫的調(diào)整量完全補償了機座彈性變形波動量，軋制過程的工作點始終在圖6—10直線l上。2)硬特性控制。當l>>0時，∞>K>C，軋輥輥縫調(diào)整量只能局部補償機座彈性變形波動量(圖6—10中直線2)。實踐證明，要使調(diào)節(jié)系數(shù)=1是很困難的，目前可到達=0．9左右，也就是說，軋機當量剛度最大等于軋機自然剛度的10倍。厚度控制的目的是使軋制的成晶帶鋼厚度保持在其允許的厚度公差范圍內(nèi)即可。3)恒定原始輥縫控制。當=0時，K==C，即軋機當量剛度等于機座自然剛度，在軋制過程中壓下不進行調(diào)節(jié)，軋輥原始輥縫恒定，軋制過程的工作點始終在自然剛度曲線上(圖6～10直線3)。4)恒壓力控制。當K=0時，即機座的當量剛度為零(特性最軟)，軋輥輥縫調(diào)整方向與機座彈性變形量的方向相同，以保證軋制過程中軋制力恒定(即=0)，軋制過程的工作點始終保持在圖6一10直線5上。恒壓力控制時，軋件的板形最好。恒壓力控制一般用在平整機操作上，以改善軋件板形。在連軋機的前幾架通常采用大當量剛度，以盡快消除坯料縱向厚度的不均勻，使板材縱向厚度差最小。但采用大當量剛度的“恒輥縫控制”時，由于軋輥的彎曲變形，會使板材橫向厚度偏差增大，因此在連軋后幾架，采用較小的當量剛度，以消除軋件的橫向厚差。在最后一架，那么采用近似“恒壓力控制”進行平整，以改善板形，并使軋輥偏心對厚度的影響降至最小限度。三、厚度自動控制原理近代帶鋼連軋機已根本實現(xiàn)了應(yīng)用計算機全面控制整個生產(chǎn)線。厚度的自動控制是自動控制中的重要環(huán)節(jié)之一。厚度自動控制系統(tǒng)(AGC)為典型的反應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括以下三局部：1)測厚儀，用來檢測軋件實際厚度；2)厚度比擬和調(diào)節(jié)器，根據(jù)給定厚度和實測厚度相比擬，得出厚度偏差值，再根據(jù)工藝要求給出輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)后，輸出輥縫調(diào)節(jié)信號；3)輥縫調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)壓下系統(tǒng)，改變輥縫，以減小或消除軋件的厚度偏差。1．液壓AGC的類型采剮液壓壓下的軋件厚度自動控制系統(tǒng)，通常稱為液壓AGC。根據(jù)軋件的測厚方法不同，液壓AGC可分為三類：1)采用直接測厚法。應(yīng)用測厚儀直接測量軋機出口處軋件厚度。這種方法的優(yōu)點是控制系統(tǒng)較為簡單，但從輥縫到測厚儀有一段距離．帶鋼的測量點和軋制控制點不在同一處，有較丈的滯后性，控制精度不高。這種厚度控制方法一般用在軋制速度不高的軋機上。2)采用間接測厚法。將通常的測厚儀直接放在輥縫處是不可能的，故有問接測厚法，即利用測壓儀測出軋制力，通過彈跳方程來間接得出軋件厚度或厚度偏差，故又稱為P—AGC，是目前應(yīng)用最廣的一種型式。間接測厚法的優(yōu)點是測厚裝置簡單、便于維護，同時，測得的是輥縫處的軋件厚度，所以信號傳遞時差小。但缺點是精度差些，主要是有些因素不易考慮，如軋輥磨損、熱膨脹、軋輥偏心及軸承間隙都會使空載輥縫改變，影響軋件厚度的測量精度。這一缺點，目前利用出口側(cè)的測厚儀信號來不斷校正。3)預(yù)控液壓AGC。上述兩種測厚方法的一個共同缺點就是都有一個滯后時間。而預(yù)控調(diào)整是將測厚儀設(shè)置在軋機入口處，測出軋．件入口處的坯料厚度。并與給定的軋件坯料厚度比擬后，輸出軋件坯料厚度偏差信號。通過計算機計算出將產(chǎn)生的軋件厚度偏差，以及所需的輥縫調(diào)節(jié)量(公式6一18)。然后，根據(jù)軋件上該檢測點進入軋輥的時間和壓下移動所需的時間，提前進行控制，使厚度控制點匹好就是軋件入口檢測點，以消除可能產(chǎn)生的厚度偏差。預(yù)控AGC系統(tǒng)如圖6—1l所不。預(yù)控AGC是開環(huán)控制，不能檢查控制效果，其控制精度取決于計算精度。為了提高控制精度，預(yù)控AGC往往與P—AGC聯(lián)合使用。上述三種類型的液壓AGC各有其使用特點?，F(xiàn)代帶鋼連軋機組，在機組入口和出口處，一般設(shè)有測厚儀，而中間各架軋機的工作機座那么根本上采用P—AGC系統(tǒng)。2．P—AGC系統(tǒng)的根本原理P—AGC屬于閉環(huán)反應(yīng)控制系統(tǒng)。圖6一12表示了P—AGC系統(tǒng)簡圖，系統(tǒng)主要是出壓力反應(yīng)回路和位置反應(yīng)回路組成。壓力反應(yīng)回路包括測壓儀、壓力比擬器、壓力和位置轉(zhuǎn)換器等裝置；位置反應(yīng)回路由位置傳感器、位置比擬器等裝置組成。在壓力反應(yīng)回路中，根據(jù)軋件的給定厚度，預(yù)先向壓力比擬器4輸入與給定厚度相對應(yīng)的軋制力，當測壓儀3測出軋件的實際軋制力，并輸入壓力比擬器與比擬后，如有差值那么輸出壓力波動值，經(jīng)過壓力和位置轉(zhuǎn)換器5轉(zhuǎn)換為機座的彈性變形波動量／C。然后，輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)裝置6將調(diào)節(jié)系數(shù)與相乘舌，即可輸出根據(jù)規(guī)定的機座當量剛度應(yīng)該補償?shù)能堓佪伩p調(diào)整量。在位置反應(yīng)回路中，根據(jù)軋件的給定厚度，預(yù)先向位置比擬器9輸入與給定厚度相對應(yīng)的液壓壓下的液壓缸行程，當位置傳感器1測出液壓缸的實際行程后，即向位置比擬器輸入，并與給定的相比擬后，輸出液壓缸行程的差值。綜合比擬調(diào)節(jié)器7將上述兩個回路的反應(yīng)信號與相比擬，如果二者不相等，那么綜合比擬調(diào)節(jié)器有信號輸出，控制伺服閥8使液壓缸動作，直到和二者相等，綜合比擬調(diào)節(jié)器無信號輸出，液壓缸停止動作。此時，軋機完成一次按給定的機座當量剛度系數(shù)的輥縫調(diào)整。在壓力反應(yīng)回路中，由調(diào)節(jié)系數(shù)裝置給出不同的輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)，就能實現(xiàn)各種特性的厚度自動控制。

第四節(jié)板帶軋機的輥型調(diào)整一、板材的橫向厚差與板形1．橫向厚差板材沿寬度方向的厚度偏差，稱為橫向厚差。它決定于板材的橫截面形狀(圖6—13)。矩形截面的橫向厚差為零，屬于理想情況；楔形截面的橫向厚差，是因為左右壓下裝置調(diào)整不當引起的。只有對稱的凸形或凹形截面的橫向厚差，是由于軋制時實際輥縫形狀(輥型)所造成的，它決定于輥型的設(shè)計和調(diào)整。所謂輥型就是指軋輥輥身外表輪廓形狀。以下僅討論凸形(或凹形)截面的橫向厚差問題。橫向厚差可表示為(6—25)式中——軋出板材橫截面的中部厚度；——軋出板材橫截面的邊部厚度。2．板形板形的好壞是指板帶材各部位是否產(chǎn)生波浪，它決定于板帶材沿寬度方向的延伸是否相等。如果軋制時的軋輥輥縫不良，當板材邊緣的延伸大于板材中部延伸時，那么產(chǎn)生雙邊浪(圖6—14)，如果板材中部延伸大于邊緣局部，那么產(chǎn)生中間浪(瓢曲)(圖6—14)。假設(shè)兩邊的壓下不當，使一邊的延伸大于另一邊，那么產(chǎn)生單邊浪或鐮刀彎，這只有靠調(diào)整左右壓下量才能消除。雙邊浪和瓢曲是兩種常見的板形不良現(xiàn)象，必須靠調(diào)整輥型加以解決。衡量板形好壞的標準是平直度(波浪度)。取一定長度的板材，自然地放到一個平面上(圖6一15)，以觀察其翹曲，那么平直度可用下式表示：(6—26)

式中——波浪高度；——波浪長度。3．橫向厚差與板形關(guān)系顯然，板形與橫向厚差有著密切的關(guān)系，它們都與軋輥輥縫形狀有關(guān)。由于板材軋制根本上屬于平面變形(無寬展或?qū)捳箍珊雎?，只要沿板材寬度上各點的壓下率相等，就能使板材縱向延伸均勻，可以得到良好的板形。因此，根據(jù)板材中部和邊緣局部壓下率應(yīng)相等的原那么，可以推導(dǎo)出用軋前和軋后板材斷面的橫向厚差表示的獲得良好板形的幾何條件是(6—27)式中、——軋前和軋后的板材橫向厚差。其中為軋前板材斷面中部厚度和邊部厚度之差，即=一(圖6～16)；、——軋前和軋后的板材平均厚度。在冷軋板帶生產(chǎn)中，板形對廢品率的影響，較之橫向厚差的影響更為嚴重，故在冷軋板帶軋機上的輥型調(diào)整，應(yīng)以控制板形為主。在熱軋生產(chǎn)中，特別是在熱軋厚板時，因軋件有足夠的厚度和溫度，允許側(cè)面寬展，板形發(fā)生波浪的情況很少見。因此在熱軋板帶軋機上，應(yīng)按橫向厚差為零的要求來控制初期輥縫，從而消除板材橫斷面的凸度，使進入后期輥縫的板材為無凸度(=0)的板材，由于此時板材已經(jīng)變薄，溫度已降低，后期輥縫對板形的影響變得較敏感，因此后期輥縫的調(diào)節(jié)，應(yīng)從最正確板形條件出發(fā)，從而獲得最好的板形，也使板材的橫向厚差最小。二、影響軋輥輥縫形狀的因素板材的橫向厚差和板形都與軋輥輥縫形狀有密切關(guān)系，在軋制中，影響軋輥實際輥縫形狀的有以下諸因素：1)軋輥的彈性彎曲變形。它使輥縫中部尺寸大于邊緣局部尺寸，板材斷面產(chǎn)生凸度。2)軋輥的彈性壓扁。影響輥縫形狀的不是壓扁量的大小，而是壓扁量沿輥身長度的分布情況。實驗說明，四輥軋機工作輥和支承輥間的壓力和相互彈性壓扁沿輥身長度的分布是不均勻的。帶鋼寬度與輥身長度的比值／和工作輥與支承輥直徑的比值D1／D2愈小，壓扁的分布愈不均勻。由于軋輥中部和邊部壓扁量的不同，會使工作輥產(chǎn)生附加撓度。3)軋輥的磨損。軋輥的磨損量沿輥身長度方向的分布也是不均勻的，通常中部大于邊部。由于影響軋輥磨損的因素很多，且是時間的函數(shù)，因此很難用計算方法求得。4)軋輥的熱膨脹。在軋制過程中，由于軋輥受熱和冷卻條件沿輥身長度是不均勻的，通?？拷侇i局部受熱較少，冷卻快，故軋輥中部比邊部熱膨脹大，導(dǎo)致軋輥產(chǎn)生熱凸度。5)軋輥的原始輥型。為了補償上述各因素對輥縫的影響，一般軋輥都磨削成一定的原始凸度。所謂原始輥型即指磨削后的軋輥輥身外表輪廓形狀，一般用輥身中部直徑與輥身邊緣直徑差值來表示，=一。軋輥的原始輥型有凸形、凹形和圓柱形三種。四輥軋機的支承輥一般都磨成圓柱形，即=0，而工作輥那么磨成凸形的(可以一個或兩個都磨成凸形)，即>0。在設(shè)有彎輥裝置的軋機上，工作輥可以不磨原始凸度。在二輥迭軋薄板軋機上，由于軋輥在高溫下工作，沿輥身長度方向溫差較大，會產(chǎn)生相當大的熱凸度，故此種軋機軋輥的原始輥型一般做成凹面的，即<0。綜合上述各影響因素，軋出板材的橫向厚差可用下式表示=十十一+(6—28)式中——軋輥原始輥型，凸形為正，凹形為負，圓柱形為零；——軋輥熱凸度，取為正，可按輥身中部與邊部溫度差進行計算；——軋輥的彈性彎曲變形對輥縫的影響值；——軋輥的彈性壓扁不均對輥縫的影響值；——軋輥的磨損凹度。如果軋制時各影響因素都是穩(wěn)定的，那么可通過合理的軋輥原始輥型設(shè)計，使橫向厚差為零或在規(guī)定范圍以內(nèi)，以便獲得良好板形。但是，在軋制過程中，由于多種原因，各因素是在不斷變化的，不能僅依靠一個固定的原始輥型來補償各種隨時變化的因素對軋輥輥縫的影響。隨著板帶軋機的開展，出現(xiàn)了各種輥型調(diào)整方法，以減少板材的橫向厚差和改善板材的板形。三、軋輥輥型的調(diào)整軋輥輥型調(diào)整的根本思想，是根據(jù)軋制過程中實際變化情況，隨時改變軋輥的實際凸度，即調(diào)整軋輥實際輥型，滿足式(6—28)的要求，使橫向厚差和板形控制在合理范圍內(nèi)。在實際生產(chǎn)中，常用的輥型調(diào)整方法有以下幾種。1．調(diào)整軋輥的溫度，以改變熱凸度輥溫控制法是采用沿輥身長度方向分段調(diào)節(jié)冷卻水的分布和冷卻強度，以改變軋輥的熱凸度，從而控制軋輥的實際凸度，到達輥型調(diào)整的目的。這種方法的優(yōu)點是沒備簡單，操作方便，但它的調(diào)整速度很慢，不能滿足高速軋制的要求。2．采用液壓彎輥裝置調(diào)節(jié)軋輥撓度液壓彎輥控制法是在軋輥兩端裝設(shè)液壓缸，以彎輥力調(diào)節(jié)軋輥撓度，即按式(6—28)的需要，加大或減小軋輥在軋制過程中所產(chǎn)生的撓度。這種方法的優(yōu)點是快速、準確，能滿足高速度、高精度軋制的要求，實現(xiàn)板形自動控制，減少換輥次數(shù)，提高生產(chǎn)率，因此，這是現(xiàn)代軋機上廣泛采用的方法。它往往與液壓壓下系統(tǒng)同時采用，形成帶材縱向和橫向厚差聯(lián)合自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此法的缺點是彎輥力使軋輥有關(guān)零件的負荷增加，降低零件使用壽命等。液壓彎輥有兩種根本方式：1)工作輥彎曲方式。當工作輥輥身長L與直徑D之比L／D<3．5～4時，通常都采用工作輥彎曲方式，因彎曲工作輥較靈活，結(jié)構(gòu)簡單，彎輥力較小，又能到達滿意的效果。當L／D>3．5～4時，如仍采用彎曲工作輥方法，那么由于工作輥剛度不夠，彎曲作用的影響不能到達輥身中部，就起不到改善輥型的作用，有時反會使板材出現(xiàn)復(fù)合波浪。彎曲工作輥又有正彎輥法和負彎輥法兩種，如圖6一17所示。正彎工作輥是將液壓缸設(shè)置在兩工作輥軸承座之間(圖6—17)，對上下工作輥軸承座施加與軋制力P方向相同的彎輥力，以減少軋制時產(chǎn)生的軋輥撓度。調(diào)節(jié)彎輥力的大小，即可改變值。采用正彎工作輥時，工作輥原始輥型凸度應(yīng)小一些，然后借助彎輥力來減小工作輥撓度，這相當于增加了工作輥原始凸度，故稱正彎輥。此法優(yōu)點是設(shè)備簡單，彎輥缸與工作輥平衡缸合為一體，且當軋件咬人或拋出時，液壓系統(tǒng)不需切換。其缺點是使工作輥與支承輥間在輥身邊緣處的接觸壓力增大，會增加這一部位疲勞剝損的可能性，其次，彎輥力也加大了工作輥輥頸、軸承、壓下裝置和機架的負荷，特別是對工作輥軸承壽命影響較大。負彎工作輥是將液壓缸設(shè)置在工作輥軸承座和支承輥軸承座之間(圖6—17b)，對工作輥軸承座施加一個與軋制力方向相反的彎輥力，它使工作輥撓度增加，故稱負彎輥。采用負彎輥時，應(yīng)大些。增減彎輥力，同樣能改變工作輥的撓度，到達調(diào)整輥型目的。負彎輥法同樣增大了工作輥軸頸和軸承的負荷，但它不增加壓下裝置和機架的負荷，而對支承輥與工作輥輥身邊緣的接觸壓力減小了。當采用正彎工作輥時，支承輥輥身邊緣處可磨成一定的錐度，以降低工作輥和支承輥間的接觸壓力，同時還可增加彎輥效果，減小所需彎輥力。工作輥正彎和負彎兩種方法同時采用，可擴大輥型調(diào)節(jié)范圍。因此，在帶鋼連軋機中，前面幾個機座只設(shè)正彎輥裝置，后面幾個機座那么正、負彎輥裝置都有。2)支承輥彎曲方式。當軋輥輥身較長L／D>3．5～4時，宜采用支承輥彎曲方式，因支承輥剛度大，可防止產(chǎn)生板材復(fù)合波浪。目前常用的是正彎輥法(圖6—17c)，以減少支承輥撓度。此時彎輥力作用方向與軋制力方向相同。彎曲支承輥的方法需要延長支承輥輥頸，以便安裝液壓缸，同時，液壓缸的位置還影響工作輥換輥，一般只用于寬度較大的中厚板軋機。由于支承輥比工作輥的剛度大得多，故這種方法所需彎輥力也較大，會增大支承輥輥頸、軸承、壓下裝置和機架的負荷。在某些軋機上，采用了結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的彎曲支承輥的特殊裝置，可使壓下裝置和機架不承受彎輥力。3．新的輥型控制軋機目前廣泛使用的四輥板帶軋機，通常是采用具有原始凸度的工作輥，同時采用液壓彎輥裝置來控制板形。由于原始凸度不能適應(yīng)軋制規(guī)程的變化，彎輥力又受輥頸強度等的限制，板形控制的效果還不十分理想。70年代以來，相繼出現(xiàn)了一些新的輥型控制軋機：1)高性能輥型凸度控制軋機——HC軋機的原理。在一般的四輥軋機上，工作輥與支承輥間的彈性壓扁是不均勻的，因而影響軋輥輥型。這種輥間不均勻的彈性壓扁，是由于工作輥與支承輥的接觸長度不等于工作輥與板材的接觸長度而造成的，而且在板寬范圍以外的接觸局部，其接觸壓力對工作輥形成一個彎矩，使工作輥產(chǎn)生彎曲變形。板材愈窄，板寬