李樂毅

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電與信息工程系，四川 德陽 618000)

0 引言

輥式矯直是重要的金屬板材加工工藝，一方面，它可以降低板材已有的不平度并改善板型缺陷；另一方面，還可以減輕金屬板內(nèi)的殘余應(yīng)力，為金屬板材的后續(xù)加工與使用消除隱患[1-6]。目前，針對輥式矯直過程中的矯直力、接軸扭矩與輥間張力等參數(shù)的測量與分析研究很多，也取得了一定的成果，但針對輥式矯直過程中電動機功率的測量與分析實驗尚處于空白，因此，本文設(shè)計了一種輥式矯直過程中電動機功率的測量方法，并分析了其功率曲線特征，為提高矯直生產(chǎn)效率與質(zhì)量提供了參考。

1 電動機功率測量實驗

1.1 實驗原理

實驗選用的輥式矯直機為11輥矯直機，其電動機傳動系統(tǒng)如圖1所示。由圖1可知，該矯直機由1#和2#兩臺600 kW交流電動機同時驅(qū)動11根萬向接軸，其中1#電動機在入口側(cè)，同時驅(qū)動5根萬向接軸；2#電動機在出口側(cè)，同時驅(qū)動6根萬向接軸。

圖1 輥式矯直機電動機傳動系統(tǒng)

實驗過程中的電動機功率采用間接方法進行測量，其具體原理如下：首先在萬向接軸處貼電阻應(yīng)變片用于測量輥式矯直過程中的應(yīng)變值；然后，做電動機功率與萬向接軸上應(yīng)變值之間的標定實驗，即測量出不同電動機功率值對應(yīng)的萬向接軸應(yīng)變值，并保存為動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)庫；接著，進行板材的輥式矯直實驗，通過測量出的萬向接軸應(yīng)變值變化并利用動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)庫記錄電動機的功率曲線。

1.2 實驗裝置

用于測量輥式矯直過程中應(yīng)變值的全橋電阻應(yīng)變片集中貼在萬向接軸的中間位置，如圖2所示。其原因主要有兩點：①在輥式矯直過程中，萬向接軸的中間位置相較于其他部位應(yīng)變變化更為均勻，所測得的數(shù)據(jù)更加合理[7]；②因為實驗所選用的輥式矯直機萬向接軸之間排布非常緊密，其前后段空間較小，安裝在前后段不利于后期的維護和保養(yǎng)。全橋電阻應(yīng)變片安裝完畢后，還需要在外部涂刷防潮液，引出屏蔽導(dǎo)線并安裝在分速齒輪箱輸出聯(lián)軸器的銅制集電環(huán)上，接著用導(dǎo)線將銅制集電環(huán)與隔離放大裝置(如圖3所示)連接。輥式矯直過程中由全橋電阻應(yīng)變片采集的應(yīng)變信號經(jīng)隔離與放大后再傳輸至中央處理電腦進行連續(xù)的記錄和儲存，最后通過動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)庫記錄電動機的功率曲線。在實驗過程中安裝隔離放大裝置一方面是因為輥式矯直過程中環(huán)境比較惡劣，隔離放大裝置能消除部分因外界環(huán)境影響而產(chǎn)生的虛假噪聲應(yīng)變；另一方面，在輥式矯直過程中，全橋電阻應(yīng)變片采集到的應(yīng)變值在傳輸過程中會存在衰減，需要隔離放大裝置進行放大顯示和記錄。

圖2 實驗裝置 圖3 隔離放大裝置

2 實驗結(jié)果分析

輥式矯直實驗過程中，矯直輥距為100 mm，輥徑為95 mm，入口處輥縫值為4.5 mm，出口處輥縫值為5.8 mm；被矯板材選用Q345板，外形尺寸為1 200 mm×600 mm×6 mm。實驗得到的入口處和出口處電動機功率曲線分別如圖4和圖5所示。

圖4 入口處電動機功率曲線

圖5 出口處電動機功率曲線

由圖4和圖5可知：在輥式矯直過程中，兩臺電動機的功率曲線都在發(fā)生動態(tài)變化，其中最主要的原因是由于在輥式矯直過程中Q345板的屈服強度也在動態(tài)改變。通常來說，金屬板材輥式矯直過程中的參數(shù)設(shè)定都是依照理論計算的結(jié)果，如此形成的包括板材屈服強度在內(nèi)的矯直參數(shù)數(shù)據(jù)庫能基本滿足鋼廠對出廠板材質(zhì)量的要求[8-10]。

目前，許多大型的鋼廠都在進一步豐富他們的矯直參數(shù)數(shù)據(jù)庫，其中最重要的一環(huán)就是鋼廠對多種被矯板材進行拉伸實驗，用來確定其在不同環(huán)境下的屈服強度值，這對提高被矯板材的質(zhì)量有極大的促進作用，但仍然存在許多缺陷。一方面是由于影響被矯板材屈服強度值的因素有很多，其中最重要的兩個因素是矯直溫度與變形速率，但是，目前在矯直過程中通常用被矯板材在某個溫度范圍內(nèi)的屈服強度值來確定矯直參數(shù)，但板材在實際矯直過程中，經(jīng)常會由于溫度的變化而導(dǎo)致其屈服強度值也同樣發(fā)生改變，如此一來，降低了板材的矯后質(zhì)量，進而導(dǎo)致出廠板材的板型有不平度波動；另一方面，如果被矯板材是新型金屬材料，其屈服強度數(shù)據(jù)不在數(shù)據(jù)庫中，那么在正式輥式矯直前，只能由技術(shù)人員憑借經(jīng)驗經(jīng)多次調(diào)試后才能選定矯直參數(shù)，如輥縫等，這不僅會降低生產(chǎn)效率，還會使矯后的板材質(zhì)量難以控制。所以在工廠的實際生產(chǎn)過程中，可以嘗試建立電動機功率曲線與被矯板材屈服強度值之間的對應(yīng)關(guān)系，如果被矯板材的屈服強度值在原有的數(shù)據(jù)庫中，則正常進行矯直參數(shù)設(shè)定；但如果被矯板材的屈服強度值超過了數(shù)據(jù)庫的范圍，就可以依照電動機功率曲線與被矯板材屈服強度值之間的對應(yīng)關(guān)系指導(dǎo)并調(diào)節(jié)矯直參數(shù)的設(shè)定，使數(shù)據(jù)庫的模型更加豐富，進而提高新型板材矯直的生產(chǎn)效率與矯后質(zhì)量。

依照上述思想，可以建立起電動機功率曲線與矯直輥縫值之間的動態(tài)調(diào)整模型，如圖6所示。第一步，被矯板材進入矯直前準備階段，通過原有數(shù)據(jù)庫模型與預(yù)設(shè)的屈服強度值在線計算矯直輥縫，完成相關(guān)參數(shù)設(shè)定；第二步開始正式矯直，同時監(jiān)測矯直過程中的電動機功率波動，如果電動機功率曲線與預(yù)設(shè)屈服強度值對應(yīng)的曲線相符，則繼續(xù)進行矯直，否則則退出矯直過程，在電動機功率模型中依照實際電動機功率曲線對應(yīng)的屈服強度值重新設(shè)定矯直輥縫和相關(guān)參數(shù)，開始新的矯直過程；第三步完成所有輥式矯直過程，進入下一道工序。

圖6 電動機功率曲線與矯直輥縫值之間的動態(tài)調(diào)整模型

3 結(jié)語

本文提出了一種測量輥式矯直過程中電動機功率曲線的方法，并分析了造成電動機功率曲線波動的原因，主要是由于矯直過程中板材屈服強度的改變，最后提出可以通過建立電動機功率曲線與矯直輥縫值之間的動態(tài)調(diào)整模型，進而提高新型板材矯直的生產(chǎn)效率與矯后質(zhì)量。