高速轧制界面摩擦系数测量装置及方法与流程

本发明涉及一种高速轧制界面摩擦系数测量装置及方法，属于轧制测量技术领域。

背景技术：

板材的轧制过程实际上就是通过上下轧辊与轧件相接触，由摩擦力拉进旋转轧辊辊缝之间使轧件发生塑性变形的过程。轧制界面的摩擦在整个过程中起到非常重要的作用，没有摩擦则该过程就不能够实现，同时，摩擦会造成轧辊的磨损，进而影响到轧制板材的表面质量。据调查统计，我国每年因摩擦磨损而消耗的轧辊材料将近30万吨，因轧辊磨损而造成大量的轧制板材产品质量不合格，给国家造成价值数十亿元的经济损失。

在影响轧制板材质量的所有因素中，轧制界面的摩擦系数对其影响最大，而影响摩擦系数的因素众多，有轧制速度、轧制温度、轧辊的表面形态、轧辊与轧件之间的润滑方式等等，在不同的参数下摩擦系数也不尽相同。摩擦系数过大时，会造成轧辊磨损加快，同时造成轧制力波动，导致轧机产生第三倍频自激振动，影响轧制板材质量；摩擦系数过小时，会造成轧机出现前滑、轧辊打滑的现象，破坏轧机的稳定性，导致工作无法稳定进行。因此确定轧制过程中轧制界面的摩擦系数大小对于实际生产是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高速轧制界面摩擦系数测量装置及方法，该装置结构简单紧凑，方法原理可行，能够实现高速轧制界面摩擦系数的动态测量。

为了达到上述目的，本发明所采取的具体技术方案为：

本发明中的高速轧制界面摩擦系数测量装置包括动态压力测量装置、动态扭矩测量装置、板厚测量装置及数据处理单元。动态压力测量装置能够实时测量上下工作辊所受压力值的大小，动态扭矩测量装置能够准确地测量出工作辊在高速轧制状态下所受的扭矩值的大小，板厚测量装置能够测得轧制板材厚度的变化量。测得工作辊所受压力值、扭矩值和板材厚度后，经数据处理单元处理，可得到高速轧制界面的摩擦系数值。

所述动态压力测量装置包括外圈、内滚球、内圈、连杆活塞、套筒、液压油、压力传感器、密封盖、螺钉；所述外圈与所述内滚球及所述内圈组装在一起起到轧辊轴承的作用；所述连杆活塞一端与所述外圈固接，另一端安装在所述套筒内；所述压力传感器安装在套筒底部密封的凹槽内；所述动态压力测量装置安装在上下工作辊的两端，上下工作辊在轧制板材时会通过连杆活塞挤压液压油，进而将轧制压力传递给所述压力传感器，从而可测得在轧制状态下上下工作辊所受压力值的大小。

所述动态扭矩测量装置主要包括动力轧辊轴、传动轴、扭矩传感器、扭矩测量仪、减速器、电机；所述动力轧辊轴直接与工作辊连接，传递工作扭矩；所述扭矩传感器安装在传动轴和减速器输出轴之间；所述扭矩测量仪与所述扭矩传感器相连，扭矩值可直接由所述扭矩测量仪读出。

所述板厚测量装置包括机架、竖直滑动导轨、水平滑动导轨、支撑杆、滑座、激光位移传感器；所述竖直滑动导轨固定安装在机架内侧；所述水平滑动导轨安装在所述支撑杆上；所述支撑杆设有上下两组，其两侧设有卡槽可在竖直滑动导轨上上下移动；所述滑座安装在所述水平滑动导轨上可沿水平方向自由移动；所述激光位移传感器安装在所述滑座上，通过调节支撑杆和滑座的位置可使激光位移传感器测量不同位置的板材厚度。

所述数据处理单元包括计算机、D/A转换器，能够实现对采集到的压力信号、和位移变化信号进行分析处理以及对轧制界面的摩擦系数大小的计算；

利用所述装置进行摩擦系数计算的方法为：

当上下工作辊在轧机空转时，将动态压力测量装置的压力传感器显示压力值调零，上下工作辊在轧制板材时会通过连杆活塞挤压液压油，压力传感器显示压力值为F₁、F₂，工作辊两端所受到的反向压力值就为F₁+F₂，则轧制板材所受圧下力N＝P-F₁-F₂,P为轧机预设圧下力；轧制状态下工作辊所受扭矩值大小直接由扭矩测量仪读出，显示值为M，则工作辊与板材接触面的水平摩擦力F′,R′为工作辊的压扁半径，根据希契科克(J.Hitchcock)公式，即：其中：R为工作辊半径，P为轧机预设圧下力，B为预设板材宽度，△h为板材压下量，△h＝h₀-h,C₀为Hitchcock常数，其中E₁为弹性模量，γ为工作辊的泊松比；板材穿过上下位移传感器后，可得出轧制后板材的厚度h，初始板材厚度h₀，则可计算得出板材厚度变化值；

测得轧制板材所受圧下力N、工作辊与板材接触面的水平摩擦力F′，则轧制界面摩擦系数即

本发明所具有的有益效果：本发明提出的高速轧制界面摩擦系数测量装置及方法，其结构简单紧凑，易于维护和维修，其原理方法具有可行性，能够实现高速轧制界面摩擦系数的动态测量，对实际生产具有重要意义。

附图说明

图1为本发明高速轧制界面摩擦系数测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明的动态扭矩测量装置结构示意图；

图3为本发明的动态压力测量装置结构示意图；

图4为本发明的动态压力测量装置局部剖视图；

图5为本发明的板厚测量装置结构示意图；

图6为本发明的高速轧制界面摩擦系数计算流程图；

附图中：1.下工作辊 2.上工作辊 3.动态压力测量装置 4.板材 5.板厚测量装置 6.动力轧辊轴 7.传动轴 8.扭矩传感器 9.扭矩测量仪 10.减速器 11.电机 12.外圈 13.内滚球 14.内圈 15.连杆活塞 16.套筒 17.密封盖 18.螺钉 19.液压油 20.压力传感器 21机架 22.竖直滑动导轨 23.水平滑动导轨 24.支撑杆 25.滑座 26.激光位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述：

如图1所示，本发明中的高速轧制界面摩擦系数测量装置包括动态压力测量装置3、动态扭矩测量装置、板厚测量装置5及数据处理单元。动态压力测量装置3能够实时测量上工作辊2、下工作辊1所受压力值的大小F₁、F₂，动态扭矩测量装置能够准确地测量出工作辊在高速轧制状态下所受的扭矩值的大小M，板厚测量装置5能够测得轧制板材厚度的变化量h。测得工作辊所受压力值、扭矩值和板材4厚度后，经数据处理单元处理，可得到高速轧制界面的摩擦系数值f。

如图2所示，所述动态扭矩测量装置主要包括动力轧辊轴6、传动轴7、扭矩传感器8、扭矩测量仪9、减速器10、电机11；所述动力轧辊轴6直接与工作辊连接，传递工作扭矩；所述扭矩传感器8安装在传动轴7和减速器10输出轴之间；所述扭矩测量仪9与所述扭矩传感器8通过通信电缆相连，扭矩值M可直接由所述扭矩测量仪9读出。

如图3、图4所示，所述动态压力测量装置3包括外圈12、内滚球13、内圈14、连杆活塞15、套筒16、液压油19、压力传感器20、密封盖17、螺钉18；所述外圈12与所述内滚球13及所述内圈14组装在一起起到轧辊轴承的作用；所述连杆活塞15一端与所述外圈12固接，另一端安装在所述套筒16内；所述压力传感器20安装在套筒16底部密封的凹槽内；所述动态压力测量装置3有两组，安装在上下工作辊的两端，上下工作辊在轧制板材时会通过连杆活塞15挤压液压油19，进而将轧制压力传递给所述压力传感器20，从而可测得在轧制状态下上下工作辊所受压力值F的大小。

如图5所示，所述板厚测量装置5包括机架21、竖直滑动导轨22、水平滑动导轨23、支撑杆24、滑座25、激光位移传感器26；所述竖直滑动导轨22固定安装在机架21内侧；所述水平滑动导轨23安装在所述支撑杆24上；所述支撑杆24设有上下两组，其两侧设有卡槽可在竖直滑动导轨22上上下移动；所述滑座25安装在所述水平滑动导轨23上可沿水平方向自由移动；所述激光位移传感器26设有两组，每组设有3个激光位移传感器26，对称安装在所述滑座25上，在板材4未通过这两组激光位移传感器26之间时，可测得初始间距h′，当板材4通过时，上下两组激光位移传感器26分别测出板材4上下表面与激光位移传感器26之间的距离h₁、h₂，则板材4的厚度h＝h′-h₁-h₂，通过调节支撑杆24和滑座25的位置可使激光位移传感器26测量不同位置的板材厚度。

如图6所示为本发明的高速轧制界面摩擦系数计算流程图。当上下工作辊在轧机空转时，将动态压力测量装置的压力传感器显示压力值调零，上下工作辊在轧制板材时会通过连杆活塞挤压液压油，压力传感器显示压力值为F₁、F₂，工作辊两端所受到的反向压力值就为F₁+F₂，则轧制板材所受圧下力N＝P-F₁-F₂,P为轧机预设圧下力；轧制状态下工作辊所受扭矩值大小直接由扭矩测量仪读出，显示值为M，则工作辊与板材接触面的水平摩擦力F′,R′为工作辊的压扁半径，根据希契科克(J.Hitchcock)公式，即：其中：R为工作辊半径，P为轧机预设圧下力，B为预设板材宽度，△h为板材压下量，△h＝h₀-h,C₀为Hitchcock常数，其中E₁为弹性模量，γ为工作辊的泊松比；板材穿过上下位移传感器后，可得出轧制后板材的厚度h，初始板材厚度h₀，则可计算得出板材厚度变化值；

测得轧制板材所受圧下力N、工作辊与板材接触面的水平摩擦力F′，则轧制界面摩擦系数即

本领域的技术人员应理解，本发明所述及附图中所示的本发明的实施例只作为解释本发明的原理并不限制本发明。凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围。