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1、1,轧钢机的弹性变形、轧件厚度及板形控制,主要内容：轧机弹性变形的意义、弹跳方程。工作机座的刚度，自然刚度与控制刚度。轧机板厚自动控制（AGC系统）与不同控制方式。板形及其意义；板形与辊系变形的关系。板形的控制与影响因素。新型轧机介绍。,2,5.1 工作机座的弹性变形与轧件厚度控制,5.1.1 工作机座的弹性变形与弹跳方程一、工作机座的弹性变形对轧件厚度的影响弹性变形的产生原因：轧件轧制时，轧制力P引起工作机座内部受力元件的纵向弹性变形，其数值可达 f=2-5mm。 对板厚的影响：使板厚h增大，产生纵向厚差； h=S0+f 5.1,3,轧辊的弯曲变形：产生轧件的横向厚差，影响板形。 由于在轧制
2、过程中，轧制力P总是会波动的，所以产生的工作机座的弹性变形 f 也是变化的。为了维持板厚不变，必须对此进行补偿。补偿的方法是在轧制过程中控制压下量，改变轧机的空载辊缝值；具体采用的自动控制系统称之为自动板厚控制系统简称为AGC系统（Automatic Gauge Control）。,4,二、机座弹性变形曲线与机座刚度,工作机座弹性变形f与轧制力P之间的关系曲线称之为机座弹性变形曲线或弹跳曲线，如图示： 此曲线直线段的斜率：,C表示单位变形所对应的轧制力，表示轧机抵抗变形的能力，又称之为工作机座的刚度系数。,5,一般C值越大越好，对大型轧机其值应为6000KN/mm以上。 工作机座刚度系数C的确
3、定方法，可以采用理论计算的方法也可以采用实测法。对于现场的轧机而言一般采用实测法。 轧制法 保持辊缝的开口S0不变，用不同原始厚度h0的轧件轧制，测出其轧制力P与轧后的厚度h1，对每次轧制，工作机座的变形量： f= h1 - S0 这样可以得出一组变形f与轧制力P的数据，由此连成的曲线就是该机座的弹跳曲线。,6,压靠法 首先使原始辊缝S0=0，这时上下工作辊接触，并旋转轧辊，继续压下，记录下一组辊缝值S0与对应的轧制力P的值，将此连成曲线，就是该机座的弹跳曲线。 讨论：两种方法的差异与比较。,7,三、弹跳方程,在考虑了工作机座的弹性变形以后，轧件的厚度可表示为： h=（S0+f= ）S0 +P
4、/C 以上即工作机座的弹跳方程，它反映了S0 、P及C对轧件厚度的不同影响因素。 由于在弹跳曲线的开始段，轧制力与机座的弹跳,量之间存在非线性关系，这与上式中表示的线性关系显然是不符合的。为解决这一问题，下面引入人工零位的概念。其核心是将压靠力为P0时的辊缝开度-S为零点，称之为清零。在压靠时，其弹跳量实际是负值，曲线在垂直轴的左方。,8,人工零位的原理及方法：,人工零位将压靠力为P0时的辊缝开度-S为零点，称之为清零。也就是说，辊缝的显示值比实际值大S，S是轧制力为P0时的弹跳量。换句话说： 当指示值为0时，实际值为-S； 当指示为S 0 时，为S 0 -S； 如S 0 = S 0 +S ，
5、则实际值为S 0 。,9,由于辊缝指示值比实际辊缝值增加压靠力为P0时的弹跳量S，其弹跳量的计算值必须减少同样的量方可保持其实际的板厚计算值不变。这就引出以下形式的，采取人工零位的弹跳方程：,上式为人工零位时的弹跳方程，它将轧制力为P0时的弹跳量S封装，在公式的前一项增加S，在公式的后一项减少P/C，得出的轧件厚度计算值实际是不变的。 在板厚控制中，往往通过间接测厚，即通过测出的轧制力P求出出口板厚，为消除弹跳方程中非线性段的影响，采用以上人工零位时的弹跳方程。,10,四、工作机座弹性变形的计算,工作机座的总变形量等于各弹性元件变形量之和：f=fi 机座中的弹性元件包括：轧辊、轧辊轴承、轴承座
6、、垫板、压下螺丝及螺母（压下液压缸）；机架。 求出了工作机座在轧制力P作用下各弹性元件弹性变形之和，可得出工作机座的刚度系数： C=P/f 关于机座各受力元件的变形计算，大多数已在轧钢机械课程中述及如：轧辊（弯曲变形及弹性压扁量计算）、机架，其它可在教材的有关部份查阅（见教材p8087)。,11,5.1.2 轧件的厚度控制,一、塑性曲线与塑性方程 如第二章所论述，在不考虑轧辊弹性压扁时总轧制力： 这就是表示轧制时轧制压,力与压下量、变形阻力的塑性方程。可以看出，它与前面所讲的弹跳方程在空间的位置即座标系是一致的。故两个方程可以联立求解。塑性方程中的Q表示轧件的变形难易程度，实际上是塑性变形曲线
7、的斜率。,12,二、弹塑性变形曲线（PH图）与影响厚度因素,以上两方程对应的曲线可绘制在同一座标系中称之为P-H图，两曲线交点即在该工况下，对应的轧制力与轧件厚度。由P-H图可清楚地表示出影响成品板厚的各个因素（ S0 、P、C、H、h、Q等）之间的关系。,13,空载辊缝S0对轧件厚度h的影响,很显然，随S0增大，h随之增大。实际上，轧辊的偏心、热膨胀 、油膜厚度的变化均会引起S0变化，从而产生h的变化。 右图所示为当原始辊缝从S0增加到S02或减少到S01时所对应的轧制力P与成品板厚变化的情况。注意，假定这时轧件坯料的厚度H是不变的。 随原始辊缝的增加或减少，成品板厚也随之增减，而相应的轧制
8、力P则相反。,14,轧制力的波动,轧制力的波动是引起板厚波动的主要原因。引起轧制力波动的原因很多，如： 坯料厚度H的变化； 张力的变化； 轧件变形抗力k的变化（由温度变化或材料本身不均匀引起）；以上这些因素的变化都引起轧制力的波动从而引起板厚的变化。以下就用P-H图举例进行分析。,15,坯料厚度H的变化,当坯料厚度H增大时，塑性变形曲线右移。如图示，这样它与弹性变形曲线的交点移向右上方，这意味着使得成品轧件的厚度增加的同时，轧制力P也随之增加。引起这一变化的原因在于原始辊缝不变，轧件厚度的增加引起压下量的增加，从而引起轧制压力的增加；这又引起工作机座弹跳量的增加，根据弹跳方程轧件厚度h必然增加
9、。,16,张力的变化,根据轧制理论，张力的变化引起变形区内轧件的应力状态的变化从而引起轧制压力的变化。 一般张力越大，则轧制压力越小。如右图所示，这时工作机座的弹跳随之变小从而使得轧件的厚度变小。,17,机座刚度C对轧件厚度h的影响,由弹跳方程：h=S0 +P/C 随着机座的刚度系数的增大，其弹跳量减小，这样成品轧件的厚度也随之减小。 由方程可知，当C为无限大时，轧件的厚度与原始辊缝相同，也就是说，这时的机座的弹跳量为零。当然这是不可能的。机座的弹性变形量不可能为零，但是增加工作机座的刚度对于增加轧件的厚度精度是有好处的。这体现在轧制压力的波动引起较小的弹跳，从而产生小的板厚变化；所以大型轧机
10、的刚度系数都在6000KN/mm以上，这析可以提高轧件的成品精度。,18,三、机座当量刚度的控制,从以上分析可知，提高机座的刚度系数C可以减小工作机座的弹性变形从而提高板厚精度。但是刚度的提高是有限的，完全依靠机座刚度系数C的提高来达到板厚精度是不可能实现的。必须通过轧机的板厚自动控制系统，可对板厚变化进行补偿实现高精度轧制。 当量刚度 K：K=P/ h-5.47 其物理意义为单位板厚变化所对应的轧制力变化。当厚度变化为零时，这时当量刚度K为。以下用弹跳方程来分析实现这一过程的原理。 弹跳方程： h=S0 +P/C-5.3 方程两边取增量（微分）得：,19,20,由上式可知，只要改变辊缝调节系
11、数的值，就可以改变K的值。以下就不同的值所对应的K值及板厚控制方式进行分析。,21,辊缝调节系数与机座控制刚度K及板厚控制的关系曲线,=1，K= 全补偿 0 KC 硬特性（部份补偿） =0，K=C 恒原始辊缝控制 不补偿 0-，CK0，软特性（反方向部份补偿） = - ，K=0，P=0恒压力控制（反方向全补偿）,22,以上控制方式的关系曲线见图示。同时也可以用P-H图表示。 一般在成品机架上为保持出口板厚不变，采用硬特性。而在平整机上，采用恒压力控制保持压力波动为零，使其出口板形良好，同时消除轧辊偏心对板厚的影响。,23,四、厚度自动控制系统基本类型和基本原理,一般称之为板厚自动控制(AGC)
12、系统（Automatic Gauge Control)，它包括： 直接测厚及间接测厚系统（P-AGC利用弹跳方程） h=S0 +P/C 厚度比较及调节系统 压下调节 根据实际测出的压下量变化S与计算得出的S值进行比较，输出电流信号，使液压侗服阀动作，完成辊缝的调节。,24,1、基本功能和类型一般称之为板厚自动控制(AGC)系统（Automatic Gauge Control)，它包括： 测厚部份 检测轧件的实际厚度 厚度比较及调节系统 与设定值比较得出厚差h，经计算后得出压下调节量S。 辊缝调节 根据实际测出的压下量变化S与计算得出的S 值进行比较，输出电流信号，使液压侗服阀动作，完成辊缝的调
13、节。 轧件变形区部份 这是厚度控制的对象，也是闭环控制系统中的一环。根据轧件的测厚方法，厚度AGC系统可分为三种类型：1）直接测厚的反馈式AGC。由测厚仪直接测得轧机出口的轧件厚度h，与设定值比较后得出偏差h ，将此反馈给系统变换为辊缝调节量S ，使压下装置移动相应的值以消除厚差h 。,25,反馈式AGC系统简单，但其控制精度不高，反应滞后；可用于对厚度精度要求不高的轧机上。2）间接测厚的P-AGC。测出轧制时的轧制力P和轧辊辊缝后、运用弹 跳方程间接算出轧件厚度h。得出的轧件厚度是处在轧制状态的轧件厚度，信号传递时差小，能较迅速地改善轧件的厚度偏差，是厚度自动控制中应用较广的一种基 本型式。
14、这种方法的缺点是轧件厚度的测显精度较低。但是，可用轧机出口处测得的轧件 厚度信号来矫正其测量精度，称为监控AGC。 3)预控AGC。上述方法，测出轧件厚度偏差到调控轧辊转缝之间部存在 一定的滞后时间，不能很及时地消除轧制时的轧件厚度偏差。由此产生了预控AGC如图示。,26,近年来，计算机厚度控制 系统(DDCAGC, Di r e ct Digital Control一AGC)的应用，解决了轧辊辊缝“预控”调整问题。通过测厚仪测出轧机入口处的轧件原始厚度H1与 给定厚度值H比较后得出偏差值H ，应用计算机中相应的数学模型，确定为消除可 能出现的轧件厚差h所需的辊缝调节量S ，并根据该检测点进入
15、轧辊的时间和压下移 动所需的时间，提前调整轧辊辊缝，使入口处检测点的厚度能及时消除。显然，这种控 制方法的优点是克服了时间上的滞后现象，提高了系统的控制精度。除了通过压下装置进行厚度控制外，还可通过张力的变化来进行厚度控制。共于张力 AGC的控制原理可参见有关文献。2、PAGC系统的基本原理 PAGC是厚度自动控制系统中应用较广的一种基本型式、其主要特点是 利用弹跳方程间接测量轧件厚度。根据弹跳方程式，当轧机有辊缝补偿量S 时，轧件 厚度h可用下式表示：式中前两项表示辊缝值，后一项表示机座的弹性变形量。因此在P-AGC系统中有两个主要回路：压力反馈回路与位置反馈回路，通过测得的轧制力与压下位置
16、，就可得出轧件厚度h。,27,28,在压力反馈回路中设置了测压仪3、压力比较器4、压力和位置转换器5、以及调节系数装置6。当测压仪3测得轧件的轧制力P，将P值输入压力比较器4与给定的轧制力 P0比较后，输出压力波动值P再通过压力和位置转换器5转换为机应的弹性变形波动量P C，如根据工艺要求选定机座当量刚度系数K值，则由调节系数装置6将调节系数Cp (即)与PC相乘后，即可输出应补偿的轧辊辊缝调整量。 在位置反馈回路中设置了位置传感器1和位置比较器9。当位置传感器1测得压下装置行程S后，将S值输入位置比较器9；给定的压下装置行程S0 比较后，输出压下装置行程波动值S 。上述两个回路的反馈信号均输入综合比较调节器7。如果信号S 与信号Cp PC不相 等时，综合比较调节器就有信号输出。伺服阀8根据这一输出信号使压下装置动作，直到 两个信号S 和Cp PC相等，压下装置停止动作，完成了一次轧辊辊缝的调整。在压力反馈回路中，给出不同的辊缝调节系数Cp ，就能实现各种控制特性的厚度控制。如果将位置反馈回路断开，只是将轧制力P与给定的轧制力P0相比较，使系统保持P P0，这就实现了恒压力控制。,
