韶鋼全液壓九輥鋼板熱矯直機的研制

韶鋼全液壓九輥鋼板熱矯直機的研制

1l1控制系統(tǒng)熱交換機是中厚板生產(chǎn)線的重要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點決定了鋼板的交叉效果。韶鋼熱軋寬板廠全液壓九輥熱矯直機是意大利達涅利公司設(shè)計,關(guān)鍵設(shè)備及L1、L2控制系統(tǒng)均由達涅利公司提供,具有液壓APC輥縫調(diào)節(jié)、液壓彎輥、傾動、傾斜及邊輥調(diào)整等多種矯直功能;同時,成熟完善的矯直模型、自適應控制模型和完善的操作界面能確保鋼板得到最佳的鋼板平直度及最低的殘余應力。該矯直機矯直鋼板的規(guī)格范圍為4.5~40mm×1500~3250mm,目前生產(chǎn)的最高強度級別為X70管線鋼,矯直能力按一道矯直工藝進行設(shè)計,同時具備多道矯直功能。本文就該矯直機的結(jié)構(gòu)和矯直工藝特點進行了介紹。2直機的結(jié)構(gòu)特點2.1中央輥之間的構(gòu)造矯直機由本體和傳動系統(tǒng)組成,見圖1。本體結(jié)構(gòu)主要包括牌坊、上下矯直輥輥盒、液壓輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、彎輥機構(gòu)、邊輥調(diào)節(jié)機構(gòu)、換輥系統(tǒng);傳動系統(tǒng)包括主傳動電機、減速箱、分配箱、萬向接軸等。2.2矯直機部分液壓系統(tǒng)設(shè)計矯直機牌坊采用組合式牌坊,通過4根液壓預緊的大螺柱將底座、立柱、橫梁連接裝配而成。裝有支承輥和矯直輥的上下輥盒安裝在牌坊窗口中,下輥盒座落在底座上,上輥盒則通過8個夾緊缸緊貼上橫梁,并在輥縫調(diào)節(jié)缸的作用下,與上橫梁一起升降,同時因彎輥要求,上輥盒和上橫梁采用左右對稱鉸接組合結(jié)構(gòu),又叫“彎輥框架”組件。4個輥縫調(diào)節(jié)主缸和4個平衡缸共同作用實現(xiàn)輥縫調(diào)節(jié)。每個輥縫調(diào)節(jié)主缸帶一個增壓缸,通過增壓缸的增壓使主缸的工作壓力從250bar提高到500bar,以滿足大矯直力的需要。采用增壓缸不僅能減小主缸的缸徑,使主缸在牌坊上安裝更便利,又能降低液壓系統(tǒng)的供油壓力,降低投資和運行成本。調(diào)節(jié)主缸和增壓缸均設(shè)置壓力和位移傳感器,通過伺服閥及控制程序?qū)崿F(xiàn)自動輥縫調(diào)整及矯直輥的前后傾動和左右傾斜調(diào)節(jié)功能,同時主缸還具有過載保護作用。彎輥機構(gòu)包括1個彎輥缸和鉸接組合結(jié)構(gòu)的“彎輥框架”組件?！皬澼伩蚣堋苯M件在彎輥缸的推拉作用下,上平衡梁對稱兩部分圍繞鏈環(huán)和銷旋轉(zhuǎn),使兩底面夾角發(fā)生變化,并通過上輥盒及輥盒中的支承輥將這種變化傳遞到矯直輥上,使矯直輥彎曲并得到所需要的輥縫凸度形狀,彎輥缸的位置由液壓比例閥和位置傳感器控制。通過液壓馬達驅(qū)動的蝸輪蝸桿垂直調(diào)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)邊輥的高度調(diào)節(jié)。安裝在矯直機底座里,入口、出口各一套。換輥系統(tǒng)由1個長行程換輥缸、4個輥盒抬升缸、2個接軸定位缸驅(qū)動,在PLC程序控制下實現(xiàn)輥盒的快速更換。傳動系統(tǒng)由主電機、減速箱、分配箱及萬向傳動軸構(gòu)成。2臺主電機并列布置,靠入口側(cè)的電機驅(qū)動4條矯直輥,分別為入口第1、2條上矯直輥和下矯直輥,其它5條矯直輥由另一臺矯直輥驅(qū)動。兩臺電機的減速箱和分配箱獨立但共用箱體,由于入口側(cè)矯直輥的矯直力矩大,這種驅(qū)動的方式不僅有利于兩臺電機的負荷相對平衡,同時傳動裝置的機械分隔也利于降低萬向接軸上的最大力矩。矯直機工作輥的冷卻采用內(nèi)冷和外冷結(jié)合的水冷方式;輥盒內(nèi)的支撐輥和工作輥軸承采用油氣潤滑,傳動系統(tǒng)采用稀油循環(huán)潤滑。2.3主要技術(shù)描述如表1所示3直隸技術(shù)的特點3.1初始狀態(tài)缺陷圖2是矯直原理示意圖。在軋制和冷卻過程中,由于存在不均勻變形和不均勻冷卻,鋼板一般會出現(xiàn)鐮刀彎、橫向瓢曲、邊浪(單邊或雙邊)、中間浪、縱向翹曲和扭曲等板型缺陷,即軋件在初始狀態(tài)下具有一定的原始曲率1/ro。矯直機的矯直原理就是使軋件在矯直機中經(jīng)過交錯排列的矯直輥的多次反向彎曲,在鋼板橫向斷面外層金屬產(chǎn)生一定的屈服變形,使長度較短或繃得較緊的部分伸長,原始曲率的不均勻度逐漸減小,從而獲得需要的平直度和較小的殘余應力。3.2矯直輥縫的調(diào)節(jié)為了改善鋼板的矯直質(zhì)量,提高鋼板平直度水平,結(jié)合鋼板原始板型的特點,該矯直機采用了一些非常重要的矯直功能,主要有液壓輥縫調(diào)節(jié)、液壓正負彎輥、液壓輥縫傾動、液壓輥縫傾斜等,如圖3所示。液壓輥縫調(diào)節(jié)見圖3(a),矯直機液壓輥縫調(diào)節(jié)可實現(xiàn)APC功能,根據(jù)來自L2模型的設(shè)置信號,在伺服控制系統(tǒng)控制下,主調(diào)節(jié)缸進行輥縫的準確設(shè)定,定位精度可達0.15mm。液壓彎輥功能見圖3(b),液壓彎輥可以補償矯直輥的撓曲變形,維持恒定輥縫,同時能根據(jù)鋼板中浪或邊浪特點,相應提供正彎輥或負彎輥,邊浪采用正彎輥,中間浪采用負彎輥。傾動功能見圖3(c),傾動功能實現(xiàn)自入口至出口矯直輥縫逐漸遞增的調(diào)節(jié),在入口的1~3號矯直輥給鋼板提供大的矯直曲率,使鋼板得到較大程度的矯直,之后矯直彎曲曲率逐漸減小,消除入口矯直輥對軋件產(chǎn)生的強制彎曲,回到彈性變形范圍,減少或消除殘留應力。傾動的優(yōu)點是既保證鋼板得到大的矯直變形,同時又可以避免過大的矯直力。傾斜功能見圖3(d),傾斜功能調(diào)節(jié)使操作側(cè)和傳動側(cè)得到不同的輥縫值。在軋件兩邊延伸不等的情況下可使用傾斜功能,即軋件厚度大的一側(cè)采用小輥縫,厚度小的一側(cè)采用大輥縫,通過矯直減小軋件兩側(cè)的厚度差,達到矯平的效果。此外,入口和出口的邊輥高度自動調(diào)節(jié),可以保證鋼板出矯直機時不會出現(xiàn)上彎或下彎。3.3模型設(shè)計入值和輸出值在滿足極限矯直力和矯直扭矩的前提下,矯直模型計算出矯直機主傳動和液壓執(zhí)行機構(gòu)的基準值,生成矯直策略,實現(xiàn)自動矯直調(diào)整。模型計算的輸入值有原始數(shù)據(jù)(板坯ID號、材質(zhì)、板厚、板寬、板長)、材質(zhì)特性(屈服強度、抗拉強度、彈性模量)、矯直溫度、鋼板實際狀態(tài)(邊浪等級、單邊浪位置、中浪等級)等。模型計算的輸出值有輥縫值、傾動量、傾斜量、彎輥位置、入口和出口下輥位置、咬入速度、矯直速度等。在矯直過程中,模型還具有自學習功能,并且根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),如高溫計的實測溫度、測厚儀和測寬儀的實測尺寸,進行設(shè)置參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化,提高矯直效果。3.3.1直模型的主要計算參數(shù)3.3.1.ke、kp、hph、ke及彈性應變分析在矯直模型中,以使軋件發(fā)生的塑性變形比率來衡量矯直效果和殘余應力消除的水平。塑性變形比率Pf指在軋件厚度上已發(fā)生塑性變形的厚度(hp)與軋件厚度h的比值,表達式如下:Pf=hph=1?KeKp=1?εεyΡf=hph=1-ΚeΚp=1-εεy式中:Ke、Kp分別為彈性變形曲率、塑性變形曲率;ε、εy分別為實際應變、彈性極限應變。可以看出,塑性變形比率與應變有一個嚴格的對應關(guān)系,在矯直策略中,采用塑性變形比率,更易于確定設(shè)備的極限條件。塑性變形比率作為一個設(shè)置參數(shù),在設(shè)置時可選擇默認配置、線形配置、非線形配置3種在不同矯直輥上的塑性變形比率分配模式,通常入口矯直輥上的塑性變形比率設(shè)置為最大值(一般在70%~100%),而出口矯直輥上設(shè)置為最小值0~10%,通常為0,這樣既可得到最佳矯直平直度,同時殘余應力可減至最小。3.3.1.矯直機跳擊力的調(diào)試矯直機的剛度特性是影響設(shè)置和實際變形量的關(guān)鍵參數(shù)。在調(diào)試時對矯直機的彈跳量進行測試,并儲存在計算機數(shù)據(jù)庫中,供矯直模型運算時取用。彈跳量可分為矯直輥邊部彈跳量和矯直輥中部彈跳量,見圖4。3.3.1.3.交叉力極限圖5顯示了在塑性變形曲率為70%時,不同屈服強度鋼板所對應的最大矯直厚度。3.3.1.4自適應濾波極限矯直扭矩使電機負荷超過電機極限負荷(225%)或最大負荷/主軸(75%),主傳動停轉(zhuǎn),并且輥縫打開。3.3.2鋼板初始不清晰度以25mm×3000mm鋼板為例,Re0.2%:300N/mm2,Me0.2%:93750N·mm,鋼板初始不平度6.4mm,矯直輥徑285mm,矯直輥距300mm。模型計算的設(shè)定可達到的矯直效果為:25mm鋼板上下表面應力可由±100MPa降低到±18MPa的水平,不平度可由6.4mm降低到0.8mm的水平。4矯直機組成及特點全液壓九輥熱矯直機作為板型控制的重要設(shè)備,其全