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东北大学硕士学位论文 摘要 大侧压机运动特性及其同步控制方法研究 摘要 大侧压机作为一种新型调宽技术，已经被广泛应用到热轧过程中，作为调宽 的一种主要设备，宝钢股份1 5 8 0 热轧是国内首次引进该技术，经过几年的生产实 践，证明该技术具有很多优点，同时也由于是一种新型技术，对该设备的各项性 能还不能完全掌握，处于消化吸收阶段。 本文通过对现代热轧调宽技术的比较阐述，介绍了热轧调宽技术的现状和发 展趋势，而后着重介绍了1 5 8 0 大侧压的相关控制功能、控制原理及轧制过程的运 动学规律，研究了大侧压在轧制过程中的受力情况，并对其在生产过程中存在的 问题提出了解决方案。 首先通过对大侧压的适当简化，建立了运动数学模型。在此基础上，对其运 动特性做了分析，特别是同步控制特性，导出了初始角与侧压过程的关系，结合 1 5 8 0 大侧压的技术参数，研究了侧压过程的运动学规律；其次研究了影响s p 轧制 力的几个重要因素( 采集到的现场轧制力数据以及相关参数) ，通过回归分析，得 到相关回归曲线和函数关系，并且通过实测数据对回归方程的结果进行比较，证 明了该函数关系能精确预测板坯轧制过程中的最大轧制力：另外，通过实验的方 法，对大侧压的衬板的工作状态进行了研究，提出了科学的衬板管理办法：最后， 在全面分析大侧压运动特性基础上，深入研究了其控制功能，特别是同步控制特 性，通过分析、优化，提高了大侧压工作的稳定性。 通过本文的研究，对大侧压的运动学和动力学特性有了一个全面的了解，同 时通过研究也得到了一些研究和维护大侧压的方法和工具，为今后的深入研究打 下了良好的基础。 关键词：大侧压运动特性同步机构 最大轧制力 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h ek i n e t i cc h a r a c t e r i s t i ca n d s y n c h r o n o u sc o n t r o lm e t h o d o fs p a b s t r a c t s i z ep r e s s ，an e ww i d t h c o n t r o lt e c h n o l o g y ，h a sb e e nw i d e l ya p p l i e d i nm e t a lh o t r o l l i n gp r o c e s s a l t h o u g ht h i st e c h n o l o g yh a sb e e np r o v e d a d v a n t a g e o u si np r a c t i c e ，w eh a v en o tf u l l yg r a s p e di t sc h a r a c t e r i s t i c ，s i n c et h i s k e yt e c h n o l o g yi sf i r s t l yi m p o r t e di nc h i n ab y1 5 8 0h o tr o l l i n gm i l l ，b a o s h a n i r o n & s t e e lc o l t d a f t e rc o m p a r i n gs e v e r a lw i d t h - c o n t r o lt e c h n o l o g i e s ，t h i sp a p e re x p l i c a t et h e c i r c u m s t a n c e sa n dt e n d e n c yo f t h i sf i e l d t h e ni tp u tl i g h to ns p sm e t h o d ，t h e o r y ， f u n c t i o n ，t h ek i n e t i cp r i n c i p l ea n df o r c ed u r i n g t h e p r e s s i n gp r o c e s s a r e a n a l y z e d f u r t h e r m o r e s o l u t i o n s h a v eb e e nr a i s e d a c c o r d i n g t of i e l dp r o b l e m s c o l l e c t e di na p p l i c a t i o no f t h i st e c h n o l o g y f i r s t ，t h i sp a p e r b u i l dam a t h e m a t i c a lm o d e lw i t hr e a s o n a b l e s i m p l i f i c a t i o no ft h es p d e p e n d i n go nt h i sm o d e l ，i tc o n c l u d e t h e r e l a t i o n s h i po ft h ei n i t i a la n g l ea n dt h es pp r o c e s s ，a f t e ra n a l y z i n gt h e k i n e t i c c h a r a c t e r i s t i t s ，e s p e c i a l l y t h e s y n c h r o n i z i n g c o n t r o l c h a r a c t e r i s t i c s t h e na f t e rc a r e f u l l ya n a l y z i n gs e v e r a la s p e c t ss u c ha s f i e l dr o l l i n gf o r c e ，ar e g r e s s i o nf u n c t i o nh a sb e e nc o n c l u d e d b yc o m p a r i n g t h ec a l c u l a t i o nr e s u l tw i t ht h es a m p l i n gd a t a ，i th a sb e e np r o v e dt h a tt h i s f u n c t i o nc a na c c u r a t e l yc a l c u l a t et h em a x i m u mr o l l i n gf o r c ed u r i n gs l a b r o l l i n gp r o c e s s f i n a l l yb a s e do nt h ee x p e r i m e n t ，t h ew o r ks t a t eo ft h e s c a l e b o a r di ss t u d i e da n dt h e na ne f f e c t i r em e t h o dt om a i n t a i nt h e s c a l e b o a r di sg i v e n t h r o u g hr e s e a r c hp r o c e s s ，ih a v eg o tac o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n g o ft h es p sk i n e t i c s ，a tt h es a b l et i m eia c q u i r e ds o m en e wr e s e a r c hm e t h o d h i 东北大学硕士学位论文 a 1 lo ft h e s ew i l lb eag o o db a s eo fm yf u r t h e rs t u d y k e yw o r d ：s i d ep r e s s k i n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s s y n c h r o n i z i n gc o m p o n e n t m a x i m u mr o l l i n gf o r o e i v 东北大学硕士学位论文 声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 跏勿 e t 期： 溯、； 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 渺i 签字e l 期：椰、 、i 导师签名：膏乏易嘭争 ， 签字日期：一 ，；，3 东北人学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着科技的发展和技术的进步，市场对高质量板材的需求日益增长，这也对 设备以及控制技术提出了更高的要求i ”。因此，在冶金行业，连铸和连轧技术得 n t 广泛的应用，这种技术不仅大大提高了板材的生产效率，而且使得板材的质 量也得到了提高【2 j 。 近年来，连铸和连轧技术发展迅速，采用连铸坯可以简化工艺，降低能耗， 提高产品质量和生产率。为了适应用户对带钢尺寸的各种需求，厂家必须小批量、 多规格的组织生产。而连铸坯在浇铸过程中的宽度频繁调整则成了一个非常突出 的问题，为了实现连铸与连轧之间宽度上的衔接轧制时对板坯进行调宽是采取 的有效措施之一1 3 】。 目前，随着连铸和连轧技术的迅速发展和市场竞争的日益激烈，连铸板坯宽 度调整技术得到了广泛的发展和应用【4 j 。调宽技术作为热轧的一道生产工艺环节， 在整个轧制生产线上起着重要的作用，是实现板坯轧制宽度控制的核心部分。目 前常用的两种调宽技术是大立辊轧制调宽和调宽压力机大侧压调宽技术口】。其中 调宽压力机的开发和应用大大提高了调宽效率，降低了板坯头尾的切损m 4 l 。调宽 压力机调宽变形改变了以往板坯立辊轧制调宽的连续变形的状态，使板坯变形间 断进行，同时使板坯变形由挤压变形改变为拍击变形，因而具有自身的特点。 1 2 调宽技术的研究及发展现状 1 2 1 大立辊调宽技术的研究与发展 轧制过程的调宽主要有大立辊调宽轧机和大铡压调宽轧机两种。在2 0 世纪 7 0 年代、8 0 年代，甚至是9 0 年代初大立辊调宽轧机得到了广泛的应用，大立辊 调宽技术可以在定程度上减少了连铸板坯的规格，特别是减少了连铸结晶器的 规格，从而提高连铸的生产效率。在国内几大钢厂如宝钢2 0 5 0 、鞍钢、武钢和本 1 东北太学硕士学位论立第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着科技的发展和技术的进步，市场对高质量板材的需求同益增长，这也对 设备以及控制技术提出了更高的要求。因此，在冶金行业。连铸和连轧技术得 到了广泛的应用，这种技术不仅大大提高了板材的生产效率，而且使得板材的质 量也得到了提高口l 。 近年来，连铸和连轧技术发展迅速。采用连铸坯可以简化工艺，降低能耗， 提高产品质量和生产率。为了适应用户对带钢尺寸的各种需求，厂家必须小批量、 多规格的组织生产。而连铸坯在浇铸过程中的宽度频繁调整则成了一个非常突出 的问题，为了实现连铸与连轧之间宽度上的衔接，轧制时对板坯进行调宽是采取 的有效措施之- - 1 ”。 目前，随着连铸和连轧技术的迅速发展和市场竞争的f i 益激烈，连铸板坯宽 度调整技术得到了广泛的旋展和应用【4 j 。调宽技术作为热轧的一道生产工艺环节。 在整个轧制生产线上起着重要的作用是实现扳坯轧制宽度控制的核心部分。目 前常用的两种调宽技术是大立辊轧制调宽和调宽压力机大侧压调宽技术口】。其中 调宽压力机的丌发和应用大大提高了调宽效率，降低了板坯头尾的切损”l 。调宽 压力机调宽变形改变了以往板坯立辊轧制调宽的连续变形的状态，使板坯变形间 断进行，同时使板坯变形由挤压变形改变为拍击变形，因而具有自身的特点。 1 2 调宽技术的研究及发展现状 1 2 1 大立辊调宽技术的研究与发展 轧制过程的调宽主要有大立辊调宽轧机和大侧压调宽轧机两种，在2 0 世纪 7 0 年代、8 0 年代，甚至是9 0 年代初大立辊调宽轧机得到了广泛的应用，大立辊 调宽技术可以在定程度上减少了连铸板坯的规格特别是减少了连铸结晶器的 规格，从而提高连铸的生产效率。在国内几太钢厂如宝钢2 0 5 0 、鞍钢、武钢和本 规格，从而提高连铸的生产效率。在国内几大钢厂如宝钢2 0 5 0 、鞍钢、武钢和本 1 变垄查堂婴三! 三兰些堡兰 兰二至堕堡 钢等厂的热连轧厂中，板坯大立辊轧制仍然是主要的调宽手段嗍。 立辊轧机位于粗轧机水平轧机的前面，大多数立辊轧机的牌坊与水平轧机的 牌坊连在一起。新型的立辊轧机都有a w c ( a u t ow i d t hc o n t r 0 1 ) 功能，在轧制过程 中对带坯进行调宽及头尾形状控制，提高板坯宽度精度和减少切损。 但是，立辊轧机存在以下难以克服的缺点o 】： ( 1 ) 立辊的侧压量小，以宝钢2 0 5 0 热轧线为例，立辊e 1 三道次为1 5 0 m m 的 侧压量，而一道次的最大侧压量只有1 2 0 m m ，所以，使得连铸来料的宽度 规格减不下来，限制了连铸的生产。 ( 2 ) 立辊侧压容易产生“狗骨”现象，板坯变形主要集中在边部局部区域， 立轧后板坯横断面出现明显的双鼓形( 即“狗骨”形) ，狗骨部分在随后水平 轧制时产生回展，调宽效率降低，影响产品宽度精度，特别是头、尾部分分 别形成了“舌头”和“燕尾”从而显著增加切头损失，降低成材率。 l 一电动开度调节；2 a w c 液压缸；3 一立辊轧机；4 一回拉缸 5 一主轴提升装置；6 一主传动电机 幽1 1 有a w c 功能的立辊轧机 f i 9 1 1s t r u c t u r eo f s i z i n gm i l lw i t ha u t ow i d t hc o n t r 0 1 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 大侧压调宽技术的研究及发展 大侧压机根据侧压模块可分为长模块侧压机和短模块侧压机，所谓长模块就 是模块的长度略大于轧件的长度，模块动作一下就完成了一块板坯的侧压。长模 块侧压机最早由美国联合工程和制造( u n i t e d e n g i n e e r i n ga n d f o u n d r y ) 公司开发， 为液压式，也叫长模块锻压机i “】。 另一种是短模块侧压机，就是模块的长度远远小于轧件的长度。一般的，这 种形式的锻压机的模块有平行和倾斜的表面， 它的基本工作原理如图1 2 所示【1 2 l ： 挤压板坯之前，模块是分开的，板坯向 前行进，使板坯的头部位于模块的平行面 之间的区域内。然后，模块挤压板坯直到 获得要求的板坯实际宽度，随着模块的摆 动，可以挤压板坯的其余部分，这也是目 前使用最广泛的侧压机。 通过模块往复移动减少板坯宽度 图1 2 短模块侧压机原理图 f i 9 1 2b a s i cs t r u c t u r eo f s i z i n gp r e s s 在大侧压调宽技术的研究领域中，日本的石川岛播磨重工业株式会社( i h i ) 及德国的西马克( s m s ) 研制的定宽侧压机处于世界领先地位。石j i l 岛( i h i ) 开 发的s p 轧机是电动式的，于1 9 8 8 年在日本住友金属鹿岛制铁所第一次投入运行； 西马克( s m s ) 开发的s p 轧机是液压式的，于1 9 9 3 年在德国蒂森钢铁公司首次 投入运行。宝钢1 5 8 0 m m 热轧使用的就是石川岛( i h i 制造的大侧压机，于1 9 9 3 年引进，1 9 9 6 年底投入使用f l 引。其后，在鞍钢1 7 8 0 m m 热轧线也引进了一台i h i 制造的大侧压机，i h i 生产的同类大侧压机在世界上已有十多台，本课题的研究 对象就是这种电动式大侧压机。 该类型s p 大侧压定宽机是对从加热炉内取出的热板坯( 约1 1 0 0 摄氏度) 经除 鳞后，在全长以过渡的方式进行宽度上的强压，为了使轧制的板坯宽度均等，采 用了步进水平对向型轧制设各以大的侧压量来减少燕尾从而减少切尾的损耗。 以此为特点的i h i 连续步进式大侧压定宽机，由于作业率的提高而使得生产率提 高，从而实现了轧制收得率及宽度精度的改善。 ，3 东北大学硕：l ：学位论文 第一章绪论 l 一主传动系统 2 一同步系统；3 模块开度调节机构： 图1 3 短模块连续式定宽侧压机设备结构 f i 9 1 3s t r u c t u r eo f f l y i n gt y p es i z i n gp r e s se q u i p m e n t 目前国内外的研究者对大侧压调宽技术进行了大量的研究，关注的对象主要 集中在优化板坯变形、提高调宽效率、减少切损以及调宽变形对成品在宽度方向 上的性能分布的影响【1 4 q 7 ，也有部分学者对坝4 压机的调宽过程进行了实验模拟和 理论分析，对侧压机轧制过程的轨迹、振动、轧制力、以及声音等方面进行了研 鳅1 8 。2 ”。 1 2 3 两种调宽技术的初步比较 大侧压调宽机所采用的调宽技术，改变了以往立辊轧机调宽轧制板坯连续变 形的特点以及设备与板坯接触过程，使得立辊轧制时为稳态连续变形的中部变形 也成为非稳态的闯断变形过程，这种不连续的变形过程将会造成板坯变形的不均 匀【2 2 1 。 因此，现在热轧生产过程中s p 及粗轧设备对宽度压下的基本考虑方法是； 对于从板坯宽度到钢卷宽度的总差值，用s p 尽可能大的进行宽度侧压，而立辊 则用于对水平轧制所产生的宽展的调整及炉内黑印等造成的宽度偏差的校正以及 板坯前后端的宽度补偿。将两种调宽方式综合运用，取长补短，取得了很好的实 际效果。 定宽侧压机通过近几年在热轧线上的使用，已经取得了有良好生产效益的经 验，下面以住友为例2 4 j ： 4 查! ! 奎堂堡主堂焦丝兰整二兰堑丝 连铸板坯的宽度种类由1 9 种降到5 种，平均板坯宽度差为2 0 0 r a m ； 连铸机能力由2 4 万吨日，提高到3 0 万吨日； 板坯的形状有良好改变，便于下道工序轧制，提高了热轧卷产品质量； 热装率提高，加热炉热耗由2 4 万k c a l t o n ，降到1 7 万k c a l t o n 。 可以看出，与立辊调宽相比，侧压调宽显示出以下几个方面的特点或者说优 势： z s - 2 6 1 ( 1 ) 提高热轧带钢轧机的成材率； ( 2 ) 调宽能力大； ( 3 ) 提高调宽效率； ( 4 ) 提高宽度精度： ( 5 ) 降低能耗。 1 3 课题的意义与研究内容 定宽侧压机相对于传统轧机来说是个全新的大型轧钢机械设备，在引进、安 装，调试期间，外商对其核心技术只提供了相关的技术参数，相关技术资料很不 全面，这对我们研究、维护设备带来了很大的隐患。从这几年的运行情况看，定 宽侧压机的投入，对提高热轧产品宽度精度上发挥了巨大的作用，但是由于对其 原理的研究不够透彻、深入，s p 在生产中依然属于故障高发设备，而且由于设备 故障和设备性能不良等所导致的产品质量问题、生产节奏问题日益暴露出来。所 以对定宽侧压机这项新技术进行消化、研究，特别是对其关键技术的原理进行研 究，这对改进其不足，提升设备性能非常有意义。 本课题主要任务是从s p 的结构、轧制原理入手，分析定宽侧压机的特性， 特别是其轧制过程的受力情况，尤其是最大轧制力和衬板的受力情况；从机构的 数学模型出发，系统研究了s p 的同步功能以及控制原理，运动过程的规律及特点， 通过对其运动规律的研究，能使我们对板坯的控制管理更加有效：同时通过对其 轧制过程受力状况的研究，建立其轧制力模型，为进一步研究其特性提供依据； 在此基础上系统研究了大侧压衬板的工作状态及受力情况，提出套有效的管理 办法；最后结合运动学分析，系统研究大侧压的同步控制方法。 本课题主要围绕以下几个方面的内容展开研究： 5 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) 根据s p 大侧压机的工作原理和机构简图，进行适当的简化，研究模块 在水平面上的运动模型方程； 通过对其运动特性的分析，研究大侧压的轧制过程中的相关特性； 通过对s p 轧制过程的轧制力特性分析，建立其最大轧制力模型： 对s p 的衬板进行系统研究，为维护和管理提供依据： 分析其控制系统，研究大侧压的相关控制特性； 通过对大侧压运动分析，在研究其控制特点和运动机理的基础上，研 究同步控制的优化，提高其运行的稳定性。 6 东北大学硕士学位论文 第二章 定宽侧压机原理 2 1 引言 第二章定宽侧压机原理 大侧压作为一种新型调宽机构，在对它进行研究之前必须了解其基本原理， 以及相关工艺特点，本章将围绕大侧压的机械结构、设备参数、工艺特点展开， 同时对其控制特点也做一定的阐述。 2 2 定宽侧压机的机械结构 卜一主偏心机构；2 一调宽机构：3 一同步机构：q 压模块；5 一板坯； 幽2 i 短模块连续式定宽侧压机设备结构 f i 9 2 1s t r u c t u r eo f f l y i n g t y p es i z i n g p r e s se q u i p m e n t 定宽侧压机的传动可分为三部分，其运动主要由侧压机构、调宽机构、同步 机构三个机构来完成。 主偏心轴传动机构：这是定宽侧压机的主要传动机构。通过主偏心轴的旋转， 带动模块开闭；每侧的主偏心轴偏心量为l o o m m ，板坯的宽度轧制主要靠此机构 一7 查j ! 查堂! 翌主兰丝望苎塑三童塞里塑垦坐堕型 实现。 同步机构：它的作用是实现模块在侧压板坯时能同时与板坯以相同的速度前 进，并在侧压完毕时，将模块拉回原位，重复下个动作。此机构靠两个偏心轴 和曲柄完成动作。 调宽机构：此机构的作用与水平轧机中的辊缝调整机构、立辊轧机中的宽度调 整机构的作用非常相似，调宽机构的动作是靠电动螺母、丝杆来实现。 此外，为防止板坯在侧压时产生拱起弯曲，还有上下压紧辊装置，它们都是液 压油缸驱动。上压紧辊通过伺服阀进行压力控制。 2 2 1 主偏心轴传动机构的原理及结构 该机构是由台3 4 0 0 k w 的交流电机驱动，左右传动靠同步轴联接，在同步 轴上有两个飞轮。同步轴( 电机输出轴) 传动两对互相啮合的伞齿轮，使运动转 9 0 度，而大的伞齿轮与一个小的斜园柱齿轮同轴，此小的斜齿轮又和大的斜齿轮 啮合，与此齿轮同轴的斜齿轮又驱动和偏心轴同轴线的大斜齿轮，而后驱动主偏 心轴旋转。 侧压机构包括在主偏心轴传动机构内，由主偏心轴、臼头摆臂、平衡油缸、 臼垫侧压框架及金属模块构成，对板坯的侧压由此机构完成。 2 2 2 调宽机构 由前面讲到的偏心轴传动及侧压机构中，主偏心轴的偏心量为1 0 0 m m ，那么 单靠主偏心轴的动作，其模块的开口度变化范围为4 0 0 m m ，这只是用于完成对板 坯的侧向压制，而对于不同宽度的板坯，必须靠调节模块的起始开度来实现，这 就是间隙调整机构的作用。其传动原理是：左右有两台交流电机，分别驱动两个 伞齿轮箱，在两个伞卤轮箱之间有一同步轴，保持左右同步。而两个伞逸轮箱的 输出轴分别靠可伸缩的十字铰接式万向轴与一蜗杆联接。此蜗杆又与一个带蜗轮 的丝母啮合，丝母内有丝杆穿过，这样电机转动，最终驱动丝母转动，从而使丝 杆轴向移动( 丝杆不转动) ，这样就实现了模块的闯隙( 开口度) 调整。 2 2 3 同步机构 在板坯的侧向轧制时，板坯以一定的速度前进，所以模块在接触板坯后。也必 8 东北大学硕士学位论文 第二章定宽侧压机原理 须以相同的速度前进，以保证模块与板坯间无相对滑动。为此，定宽侧压机设置 了模块同步驱动机构。其传动原理为：电动机驱动一台有两个输出轴的增速机， 而且此增速机的传动比为2 ：l ，这两根输出轴又分别驱动两个偏心轴，其中低速 轴偏心量较大( 9 2 1 r a m ) ，而高速轴偏心量较小( 1 4 2 1 r a m ) 。两个偏心轴间有连 杆连接，小偏心轴的轴承固定在同步框架上，这样同步框架的同步动作是大、小 偏心轴的复合作用，这样可以有效减少冲击。 2 2 4 几个框架和动作之间的关系 在整个侧压部分。按动作方向不同，可分为侧压框架和同步框架。模块的整个 动作是靠这两个框架的动作组合面成，所以这两个框架在定宽侧压机中占有很重 要的位置。首先，同步框架是挂在定宽侧压机的机架上( 横梁) ，它只有平行于轧 制线方向的同步动作，所有的导向轮( 单侧共1 7 个) 都是固定在这个框架上。其 次，侧压框架是装在同步框架的里面在其四个面上均有导向轮，所以，此框架 除完成主偏心轴的侧压动作( 其方向与轧线垂直) 外，还必须随同步框架一起动 作，从而完成模块动作的合成。这个侧压和同步框架的混合体，结构复杂，支承 都是靠圆柱形导向轮与垫板接触。如果出现受力不均，容易导致垫板断裂或导向 轮磨损加快现象，影响设备正常运行。 2 2 5 入口辊道与前后导板 定宽侧压机入口辊道为集中传动，但是，由于位置干涉及靠近定宽侧压机入口 的辊子冲击大，所以，辊道分为两段。板坯在定宽机侧压后，厚度要增加。所以 在入口辊道下设有一个升降装置，调节辊子面的高度，以保证板坯增厚时仍处于 水平状态。此升降装置采用四个电动蜗杆千斤顶进行调节，由一台电动机驱动。 前后侧导板具有使定宽机压下板坯时的对中功能和防止板坯弯曲的导向功能。 也就是说，定宽侧压机在压下板坯时必须左右对称，所以，该侧导板必须具备严 格的对中功能，而且，为防止板坯跑偏，该侧导板又有导向功能。 2 31 5 8 0 定宽侧压机的主要技术参数 形式：行走水平对称型 9 东北大学硕士学位论文 第二章定宽侧压机原理 压下驱动方式： 同步驱动方式： 宽度压下量： 侧压机负荷： 测力传感器： 压下周期： 板坯行走量： 板坯速度： 主电机： 同步驱动用电机： 压力牌坊： 金属模具： 更换金属模具装置 间隙调整： 上压紧辊 下压紧辊 润滑： 材料： 机械曲柄式 机械曲柄式 3 5 0 m m 最大 2 0 0 0 t 最大，普通钢温度1 0 5 0 的场合 3 5 0 0 t 1 个( w s 侧设置) 5 0 行程m i n 4 0 0 m m , 行程 2 0 m p m l 台3 4 0 0 k w 0 5 0 0 r p m 2 台1 8 5 k w 0 4 3 5 r p m 焊接构造，预应力式拉杆 带平行锥( 夹角1 2 。) ，上下各一组( 4 个) 桥式吊车操作 电动螺母式 电机：2 个1 8 5 k w0 4 3 5 r p m 液压升降式，直径8 0 0 m m 油缸，伺服阀控制 液压升降式，直径8 0 0 m m 油缸，电磁阀控制 上部传动( 齿轮，轴承) 及滑块内部是强制给油 牌坊：铸钢及钢板焊接 滑块连杆：铸钢 曲柄轴：锻钢 模块：特殊铸钢。 2 4 定宽侧压机的轧制理论 2 4 1s p 的侧向轧制原理 模块对板坯的侧压是斜面过渡性轧制，在前一个动作结束后，首先是模块的 斜面和板坯接触，而后随着主偏心轴与摆动机构的联合作用，逐步过渡到平面接 。1 0 东北大学硕士学位论文第二章定宽侧压机原理 触【2 7 j ( 见图2 2 ) 。 w s 一板坯宽度：aw s p 对扳坯的侧压量；s 一每次侧压的板坯搬送量；s 卜巧p 侧压 开始至本次侧压结束，模块的摆动( 前进量) ；s 2 一每次侧压时辊道对板坯的搬送量； s 3 侧压时的重叠量 图2 2 侧压轧制原理图 f j 9 2 2t h ep r i n c i p l ed i a g r a mo f l a t e r a lr o l l i n g 在图2 2 中，实线部分为前一个动作后轧制成的板坯及此时模块的位置点 划线为本次轧制开始时模块的位置。在此过程中，板坯上的1 点移至2 点，3 点移 动至4 点。由于这种侧压方式。造成板坯在s p 出口侧的前延伸置及延伸速度较大。 从图示中可以看出如下几点： j 、s 1 、s 2 及s 三者之问的关系：s 1 是s p 侧压开始至本次侧压结束模块的 前进量，而此量也是每一个侧压过程中，摆动机构对板坯的搬送量。在每次侧压 过程中，板坯总的搬送量( s ) 为定值( 4 0 0 r a m ) ，但s l 及s 2 却随着侧压量的不同而 变化。但s l 与s 2 之和始终为4 0 0 r a m ，也就是说摆动机构的负载、辊道及前后测 量辊的负荷随着侧压量的变化而变化。 2 、每次侧压开始至侧压结束，模块按图2 2 中a 箭头方向动作，所以模块、 侧压框架及摆动框架上所承受的负荷，除板坯宽度方向的力外，还有板坯长度方 向的力，丽此力与板坯的前进方向相反。 3 、由于板坯出口方向的长度延伸，出e l 辊道与板坯的速度很难匹配，出口辊 道的辊面磨损较快。 东北大学硕士学位论文第二章定宽侧压机原理 2 4 2s p 与立辊轧机工艺技术比较 ( 1 ) s p 采用连续的飞轮侧压模式 1 5 8 0 热轧的定宽侧压机是一种连续式锻压机，是由曲柄连杆机构实现板坯无 间歇型运动的板坯定宽侧压机。该机构同时实现了宽度压下和板坯送进所必要的 运动，板坯不管被侧压，还是被搬运，速度都是一样的，它的这种连续同步动作 方式可以消除侧压和传送操作期间产生的板坯表面缺陷，而且相对于长模块侧压 机它的劳动生产率大大提高。 ( 2 ) 侧压量大 当侧压量3 0 0 m m 附近时，定宽侧压机一次就能完成，而大立辊轧机，就是辊 径达到2 0 0 0 m m 的情况，也要连续3 道次才能完成。 ( 3 ) 板形特点 通过对1 5 8 0 和2 0 5 0 热轧侧压后产生“狗骨”的比较发现：板坯尺寸1 1 0 0 ( 宽) x 2 3 0 ( 厚) m n l ，压下量分别为5 0 m m 、7 0 m m 、1 0 0 m m 、2 0 0 m m 的情况下，板坯 侧压后产生的狗骨高度分别为s p ：1 5 m m 、2 5 m m 、1 0 r a m 、( 1 0 o m m ) ：v s b ： 6 0 r a m 、8 0 r a m 、1 1 0 r a m 、1 6 0 m m 1 8 】。s p 在侧压时不仅板坯边缘会隆起，中心也 会增厚，因此“狗骨”高度明显降低，在侧压为2 0 0 m m 时，板坯为中间凸起，几 乎不存在“狗骨”。而v s b 在侧压时，板坯中问几乎没有隆起，所以“狗骨”明 显。当板坯宽度达到1 2 0 0 m m 以上，s p 侧压后也会出现“狗骨”形，但是比大立 辊轧制时，“狗骨”形程度要轻一些。 ( 4 ) 宽度调整效率 在板坯宽度较大，侧压量较大时，因为不管大立辊轧制还是定宽机侧压，都 会产生一定的狗骨形，经后续粗轧水平轧机轧制，消除狗骨形的凸部后，对宽度 调整效率都会有影响。以侧压后，经过一架水平粗轧机r l 的出1 3 宽度来计算： 1 l r s p 的宽度调节率： v = 等 ( 2 1 ) 1 1 - s p 的宽度调节效率： 旷兰专 ! ! ；云型 ( 2 2 ) 实际运用中采用如下经验公式：_ n ；a 1 l r + b ( o 1 l r 0 2 )( 2 3 ) - 1 2 ， 东北大学颂士学位论文第二章定宽侧压机原理 q = cv 十d ( 1 l r 0 2 ) ( 2 4 ) w p 十 a w p 2 、) l ，1 1 2 w p s p 的侧压量；w h 一板坯r 1 水平轧制后的宽展量；w m 一厚度增加部分经r l 水平 轧制到原板坯厚度时的宽度量 图2 3s p 宽度调整效率图 f i 9 2 3t h ep r i n c i p l ed i a g r a mo f l a t e r a lr o l l i n g 从以上可以看出，1 1 越接近1 ，说明s p 的侧压引起的厚度增加量越小。当1 i ， = 0 ，即不用s p 侧压时，t 1 = o 6 。随着v 的增大，也就是随着s p 侧压量的增大，s p 的宽度压下效率也随之增大，但是1 不会等于l 。当板坯宽度1 4 0 0 m m ，侧压量 3 5 0 r a m 的情况下大立辊轧机的宽度调整效率约为o 8 4 ，而定宽侧压机的宽度调 整效率为0 9 4 ，所以定宽机的效率比较高。 ( 5 ) 座屈防止措施 座屈是定宽侧压机特有的现象，当板坯宽度较大，w 1 2 0 0 m m ，而且侧压量 w p ： 3 0 0 m m 的情况下，在侧压时，板坯在宽度方向容易拱起，这种现象称为座屈， 特别是扳坯的头尾比较严重。对这种现象的防止措施是加上下压紧辊，上压紧辊 通过伺服阀控制系统进行压力控制，可以随板坯规格的不同调整压力，避免压紧 辊压力太大，造成板坯搬运困难或划伤。 ( 6 ) 侧压时的负荷特性 准确的侧压负荷计算是设备设计上最重要的内容，因模块是带平行锥型，侧 压负荷计算如下图所示【2 8 】： 1 3 东北大学硕士学位论文第二章定宽侧压机原理 图2 4 板坯宽度压下力的计算方法 f i g2 4c a l c u l a t i o nm e t h o do f s l a bp r e s s i n gl o a d 其中：k m ( x ) ：板坯长度方向的变形抗力分布 q p l ，q p 2 ，q p f ：模块斜面和平行面压下力函数分布 t ：板厚 w 0 ：入侧板宽 w 1 ：出侧板宽 压下力； 尸= t “o p k m ( x ) q p l 出+ rk m ( x ) q p f d x + 仨* k m ( x ) q p 2 d x ( 2 5 ) 实际生产中，s p 模块的受力是十分复杂的，很难用一个理论的公式计算，但 是可以根据测量到的轧制力来分析模块的受力情况，在后面章节将详细介绍有关 内容。 1 4 东北大学硕士学位论文第三章 s p 运动模型研究 3 1 引言 第三章s p 运动模型研究 在前一章介绍了大侧压的运动是一个在水平面上的，在x 和y 方向上的复合 运动，为了分析其运动特点，可以根据其机械结构和运动规律，用数学模型来描 述其运动规律，进而对其进行深入研究。 3 2s p 模块运动数学模型的建立 因为模块做平面运动，模块上任意一点的运动就代表模块的运动。现取侧压 偏心机构的连杆与侧压框架的铰接点m g 。力为研究对象，而将坐标原点取在侧压偏 心机构主曲柄的回转中心0 ，建立如图示的坐标系，如图3 。1 。图中位置为机构的 初始位置。 y 纩、 k p x l y ” l l i h x _ 阡，。厂1 、栽 捌眵f 喵 k 图3 1s p 数学模型坐标系图 f i 醪it h em a t h e m a t i c a lm o d e lc o o r d i n a t ed i a g r a mo f s p 侧压偏心机构的主曲柄半径为r l = 1 0 0 o m m 。同步机构的曲柄半径分别为r z = 9 2 o s m m ， ：3 - t 42 1 r a mh ，皆逆时针转动，角速度分别“m 2 日，侧压偏心机构的连杆为厶= 2 1 6 0 。o m m ；同 1 5 东北大学硕士学位论文 第三章 s p 运动模型研究 步机构的连杆为l 2 = 1 6 5 18 4 r a m ；“为主曲柄的初始角；目为主曲柄t 时刻的转角：口：m “因此 t 时刻曲柄 ， 的转角分别为0 ，0 , 2 0 。 3 2 1 模块的位移 对于同步机构，应用矢量法有 j = 乏+ 2 2 一i ( 3 1 ) s = ，2c 。s ( ；丌+ 口 一 三：2 一( ，2s t n ( ；丌+ 口) 一s t n ( ；石+ 2 疗 2 “2 一勺c 。s c ；盯+ 2 口， = r 2s i n p ) 一 s i n ( 2 目) 一i ：z 一( - 屯c 。s p ) + ，| c 。s ( 2 8 ) ) z l ” 其中，s o = s p 汐= o ，e 为初始位置时侧压机构的偏心距，e = - 5 0 0 m m 。 尸“，霸) 为主曲柄的动铰点，t 时刻其坐标为 = i n ( 詈一一n + 一) = 1 * s 一一) 过m ( x ，y ) a - 与y 轴平行的直线方程为： 以j p “，y 。) 为圆心，以厶半径的圆的方程为： g 一r + ( ) t 一一y = 上1 2 过m g ，) ，) 与y 轴平行的直线与此圆的交点有两个，小于零的解即为所求。 解 因为y ( 0 ，且y y 得 m r = 厶2 ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 4 ) ( 3 5 ) ( 3 6 ) j ，= _ y 一k 。2 一g 一而) 2 l “( 3 7 ) l z = j s o + p 1 6 东北大学硕士学位论文 第三章s p 运动模型研究 = s p = o ) = 一k2 一以一屯尸】7 2 ( 3 8 ) 3 2 2 模块的速度及加速度 ，方向的速度、加速度 z = i d x 石= r 2c 。s p ) 一2 qc 。s ( 2 目) + k ：2 一( - c o s p ) + c 。s q 口) ) 2 】- 队c o 电口) 一r 2 c o s ( o ) x - 2 r 3 s i n ( 2 0 ) + r 2 s i n ( o ) ) ( 3 9 ) 令 = b e - ( r 2c 。妇) 一_ c 。s c 2 枷2 x 眠c 0 啦目) - r ：c o 和) ) ( ，2s i n p ) 一玩s i n ) ) 】 则 x = 屯c o s p ) 一2 ，3c o s ( 2 0 ) + a ( 3 1 0 ) v x = m - j ，。= 鲁叫s n p ) + 4 r ，s i n ( 2 护) + 面d 2 ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) 等= 一；k ：2 一也c o s p ) 一 c o s ( 2 目) ) 2 】- 3 “f - 2 ( c 。s ( 2 口) + ，2c o s p ) b 2 r 3s j n ) 一，2s i n p ) ) 】 鼽c o s ( 2 目) 一，2c o s p ) ) x 以s i n ( e ) 一2 s i n ( 2 刚 + i ：2 一( ，2c 。s p ) 一_ c 。s ( 2 口炉 “2x ( r 2s i n p ) 一2 r 3s i n ( 2 口) ) 2 】 + o o s ( 2 e ) 一心c o s ( o ) x r 2c o s p ) 一4 r 3c o s 珊 ( 3 1 3 ) 整理得 丽d a = i ：2 一( ，2c o s ( e ) 叫。s 2 p 【( _ c o s ( 2 日) + c o s p ) x 2 s i n ( 2 e ) 一r 2s i n ( g ) ) 2 + i ：2 一( r 2c 。s ( o ) - ，3c o s ( 2 0 ) ) 2 p x ( r 2s i n p ) 一2 r 3s i n ( 2 口) ) 2 + 也c o s ( 2 口) 一r 2c o s p 啪- c o s p ) 一4 r 3c o s ( 2 口) ) j ( 3 1 4 ) 口，= 脚2 x ( 3 1 5 ) y 方向的速度及加速度： y 对0 求一阶导数得 ，= 老= “一抄一g _ 旷f _ 2 g _ 肛一爿 1 7 东北大学硕上学位论文 第三章s p 运动模型研究 = y ：+ i 2 一( x - x , 疗“盼- b ，一删 吒= m t y ( 3 1 6 ) ( 3 1 7 ) y 。= y i 一妒一g _ ) 2 3 2 - 2 ( x _ - ：) 】 一x 。k ，一x f ) 】+ k l2 一( x - - x 1 ) 2 】_ “2 ( xr - - x ：) 2 + g 一一。一x ? ) 】 ：y ? + k ，2 一( x - x , ) 2 r ” c x - - x j 如一x ；许 + 臣2 一g 一五) 2 j - “2 k 一x ：) 2 + g - - x i x x 。一x ? ) 】 ( 3 1 8 ) 吼= m2 y 。( 3 1 9 ) 3 3 模块的运动曲线的绘制与分析 3 3 1 计算数据说明 ( 1 ) 根据以上数学模型，分别编程计算 2 9 1 模块x 、y 方向的位移、速度、加速 度。因为s p 大侧压定宽机的运动学特性最终必须满足工艺要求，而s p 大侧压定 宽机的运动学特性决定于主曲柄的初始角，因此，程序中以主曲柄的初始角为变 量来计算s p 大侧压定宽机的运动学参数( 包括x 、y 方向的位移、速度、加速 度) 。 ( 2 ) s p 大侧压定宽机的x 、y 方向的位移、速度、加速度图 为了便于分析，下面以主曲柄初始角口= 4 5 4 为例，分别画出模块x 、y 方向 的速度、加速度图，如图3 2 、图3 3 。 1 8 东北大学碰士学位论文 第三章 s p 运动模型研究 一一一v x v y f r n 4 0 0厂 2 h 、 。 ( m 喈 l ，、