一种用于测量电磁调控轧辊辊型曲线的装置及方法与流程

本发明涉及一种冷轧设备及方法。

背景技术：

板形控制技术是冷轧板带的核心技术之一，特别是加工制造行业的快速发展，用户对轧制板带的几何形状和尺寸提出了更高的要求，进一步突出了板形控制的重要性。基本的板形控制方法有冷却液控制法、压下倾斜控制法、液压弯辊法，而常用的冷轧机型有hc/uc轧机、cvc系列轧机、pc轧机及森吉米尔轧机等。除此之外，还有利用液压技术改变轧辊辊型的vc轧辊和dsr轧辊。有人发明“一种可柔性调节辊型曲线的轧辊”(cn201210010260.8)(根据原理又可称为电磁调控轧辊)。该专利介绍了利用电热胀棒调整辊型的原理及控制电热胀棒温度的方法，但未给出测量辊型曲线的装置及方法。

对现有测量轧辊辊型曲线的方法进行研究，发现其大部分都是用于测量辊径不随时间变化的轧辊，虽然从原理上一些测量方法是可以测量辊径随时间变化的轧辊，但是测量精度较低。电磁调控轧辊随着电热胀棒持续加热，辊径在热-力共同作用下发生变化，变化量在微纳米级，需要极高的测量精度才能获得较为准确的辊型，显然现有的测试技术均无法对其进行有效测量，也无法获得轧辊辊型随加热时间的变化规律。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可获取电磁调控轧辊辊型曲线随加热时间变化规律的用于测量电磁调控轧辊辊型曲线的装置及方法。本发明可以对电磁调控轧辊中电热胀棒温度、辊面温度及辊面径向位移量进行实时测量。

本发明的装置主要包括电磁调控轧辊、温度传感器、温度自补偿应变传感器和动态信号分析仪。其中，电磁调控轧辊上有两处安装温度传感器，其一处设在电热胀棒上，即电热胀棒温度传感器，用于测量电热胀棒温度；其另一处设在辊面上，即辊面温度传感器，用于测量辊面温度，该设在辊面上的温度传感器从轧辊一端到另一端沿轴向等间距分布n个，它们排成与电磁调控轧辊轴线平行的一列。在电磁调控轧辊的辊面上还安装有温度自补偿应变传感器，其也是从轧辊一端到另一端沿轴向等间距分布n个，它们排成与电磁调控轧辊轴线平行的一列，但温度自补偿应变传感器为周向均布的4列，即同一轴向位置在周向均布4个温度自补偿应变传感器。辊面温度传感器第m个(1≤m≤n)与辊面温度自补偿应变传感器第m个位于同一轴向位置，同时温度自补偿应变传感器长度方向与辊的周向一致。温度自补偿应变传感器按1/4桥接线，所述每个温度自补偿应变传感器均通过温度自补偿应变信号线与动态信号分析仪相连，同样，每个辊面温度传感器均通过辊面温度信号线与动态信号分析仪相连，还有电热胀棒也通过电热胀棒温度信号线与动态信号分析仪相连。

本发明测量电磁调控轧辊辊型曲线的步骤如下：

步骤1：通过应变片性能测试装置，获得温度自补偿应变传感器在与轧辊材质相同材料上的应变热输出值与温度的函数关系εt＝f(t)，εt为温度引起应变值，t为温度。因为所述的温度自补偿应变传感器测量精度为1με，对温度敏感度小，但仍对测量结果有所干扰，需要去除温度干扰量，故而要获得温度自补偿应变传感器与温度的函数关系。

步骤2：将温度自补偿应变传感器和温度传感器安装在电磁调控轧辊相应位置，并进行平衡清零，检测各个传感器是否有异常。

步骤3：传感器无异常后，开始对电热胀棒加热，同时利用动态信号分析仪采集各个传感器数据，并记录。

步骤4：获取轧辊直径随加热时间变化曲线。

将从1到n每个点的自补偿应变传感器和辊面温度传感器获得的数据采用下述方法计算：

(1)根据步骤3可以获得x号测量点的应变值和温度随时间函数tx＝h(t)。其中，t为加热时间，为测量应变值即x号测量点周向四个测量位置应变的平均值。

(2)根据步骤1中εt＝f(t)及tx＝h(t)，可以获得x号测量点因温度变化引起应变值

(3)x号测量点真实应变值

(4)依据εx＝δcx/c＝δrx/r，可得x号测量点的半径rx＝r(1+εx)，r为初始轧辊半径，c初始辊周长，δrx为x号测量点的半径变化量；δcx为x号测量点的周长变化量。

步骤5：根据某一时刻不同轴向位置的半径，可以绘制出该时刻电磁调控轧辊的辊型曲线，为分析电热胀棒温度与轧辊辊型曲线关系提供依据。

本发明与现有测量技术相比的优点为：温度自补偿应变片价格便宜，精度高，可以同时对轧辊辊面多点进行测量，更易获得轧辊辊型曲线，而且装置简单，测量操作方便，对环境要求低。

附图说明

图1为本发明的立体示意简图。

图2为图1的径向截面视图。

图3为图1的轴向截面视图。

图中：1、温度自补偿应变传感器；2、辊面温度传感器；3、电磁调控轧辊；4、辊面温度信号线；5、电热胀棒温度信号线；6、动态信号分析仪；7、温度自补偿应变信号线；8、变频电源；9、电热胀棒温度传感器；10、电热胀棒；11、绝热环。

具体实施方式：

在图1所示的用于测量电磁调控轧辊辊型曲线的装置的立体示意简图中，电磁调控轧辊3上有两处安装温度传感器，其一处设在电磁调控轧辊3内由各绝缘环11隔开且与变频电源8相连的电热胀棒10上，即电热胀棒温度传感器9，每个电热胀棒温度传感器由电热胀棒温度信号线5串联，再与动态信号分析仪6相连，如图3所示；电磁调控轧辊3上另一处温度传感器设在辊面上，即辊面温度传感器2，该设在辊面上的温度传感器从轧辊一端到另一端沿轴向等间距分布n个，它们排成与电磁调控轧辊轴线平行的一列。在电磁调控轧辊的辊面上还安装有温度自补偿应变传感器1，其也是从轧辊一端到另一端沿轴向等间距分布n个，它们排成与电磁调控轧辊轴线平行的一列，但温度自补偿应变传感器为周向均布的4列，如图2所示，同一轴向位置在周向均布4个温度自补偿应变传感器，在该同一轴向位置上还设有一个辊面温度传感器2。同时温度自补偿应变传感器长度方向与辊的周向一致，所述温度自补偿应变传感器按1/4桥接线，并且每个温度自补偿应变传感器均通过温度自补偿应变信号线7与动态信号分析仪6相连，同样，每个辊面温度传感器均通过辊面温度信号线4与动态信号分析仪6相连。

本发明测量电磁调控轧辊辊型曲线的步骤如下：

为了进一步说明采用本发明测量电磁调控轧辊辊型曲线的方法，选取电磁调控轧辊3尺寸为电热胀棒选用单一电热胀棒，位于轧辊通孔的中心位置，电热胀棒10直径与电磁调控轧辊3接触区长度50mm。温度自补偿应变传感器1选用康铜温度自补偿应变传感器，型号bhf350-5aa，温度传感器为k型。电磁调控轧辊和电热胀棒均采用45钢。

步骤1：通过应变片性能测试装置，获得康铜温度自补偿应变传感器1在45钢上的应变热输出值与温度的函数关系εt＝f(t)为：

εt＝2.69e-4t³-0.057t²+2.574t-36.18(8℃≤t≤80℃)

εt为温度引起应变值，t为温度。

步骤2：将温度自补偿应变传感器1、辊面温度传感器2和电热胀棒温度传感器9按图1、图2和图3所示位置安装。其中第1个辊面温度传感器和第1个温度自补偿应变传感器位于距辊面一侧边缘10mm，然后按间距35mm依次向辊面另一侧分布9个，并进行平衡清零，检测各个传感器是否有异常。

步骤3：传感器无异常后，采用频率400hz，恒定电压28v，对电热胀棒10加热，同时利用动态信号分析仪6采集各个传感器数据，并记录。

步骤4：获取轧辊直径随加热时间变化曲线。由于应变传感器和温度传感器沿轧辊轴线等距离分布，且数量较多，本次取5号测量点(位于轧辊中心位置)即5号温度自补偿应变传感器和5号辊面温度传感器数据，说明获取轧辊半径的方法，其余相同。

(1)根据步骤3可以获得5号测量点的应变值和温度随时间函数t5＝h(t)。其中，t为加热时间，为测量应变值即5号测量点周向四个测量位置应变的平均值。

(2)根据步骤1中εt＝f(t)及t5＝h(t)，可以获得5号测量点因温度变化引起应变值

(3)5号测量点真实应变值

(4)依据ε5＝δc5/c＝δr5/r，可得5号测量点的半径r5随加热时间的函数即：r5＝r(1+ε5)＝135+(0.03662t+1.503)*10^-3mm，r为初始轧辊半径，c初始辊周长，δr5为5号测量点的半径变化量；δc5为5号测量点的周长变化量。

步骤5：根据某一时刻不同轴向位置的半径，可以绘制出该时刻电磁调控轧辊辊型曲线，进而获得辊型曲线与加热时间之间的关系。本实施例中辊型曲线在300秒时为：

r＝(-1e-12x⁶+2e-12x⁵+6e-8x⁴-5e-8x³-0.0012x²+

0.0003x+12.291)*10^-3+135mm

600秒时的辊型曲线为：

r＝(-2e-12x⁶–5e-20x⁵+1e-07x⁴+1e-14x³-0.0018x²+

9e-11x+23.878)*10^-3+135mm

轧辊轴线方向为x轴，轧辊中心位为原点，式中x取值范围-150mm≤x≤150mm。