用于在金属带的柔性轧制时调节带材张力的装置、轧制设备和方法与流程

用于在金属带的柔性轧制时调节带材张力的装置、轧制设备和方法
1.本发明涉及用于在金属带的柔性轧制时调节带材张力的装置、具有这种装置的轧制设备以及方法，其中，该装置具有带有至少一个跳动滚子(活动滚子)的滚子结构，为了调节金属带的带张力，其位置是可调整的。此外，该装置具有至少一个液压驱动件，该液压驱动件与跳动滚子相联接以调整该跳动滚子；以及具有用于液压流体的液压箱，该液压箱通过液压供给管线以流体传导的方式与液压驱动件连接。在液压箱和液压驱动件之间布置有可控制的阀结构，用于控制液压驱动件。借助液压泵向液压驱动件供给来自液压箱的液压流体。该装置此外还包括至少一个液压蓄压器，用于暂存先前由液压泵馈送的液压流体，其中，该液压蓄压器布置在液压泵与阀结构之间。
2.在gb 1 165 475 a中示出了上述类型的设备。.在此处所示的装置中，在轧制过程中将阀结构转移到中立位置中，在该位置中，液压缸的两个腔室都与蓄压器连接，以使滚子运动。由此，向液压缸施加恒定的压力，并且滚子以恒定的力压到带上。由液压缸的活塞杆所施加的力在此根据液压缸的活塞的活塞杆侧的面积与缸腔室侧的面积之间的差来设定。
3.通过所谓的柔性轧制生产具有周期性交替的、限定的(经定义的)、不同厚度的金属带。轧制的纵向厚度轮廓在长度和厚度上对应于例如稍后在钣金部件上的载荷情况。轧制过程设计为冷带轧制或温带轧制。将要轧制的带材料从卷中开卷、轧制，然后在张力的作用下重新收卷。对应的轧制设备可以是可逆设备，即，在一个卷从第一卷轴装置(卷绕机装置)通过到第二卷轴装置(卷绕机装置)之后，下一个卷可以从第二卷轴装置(卷绕机装置)通过到第一卷轴装置(卷绕机装置)。经过对应的后处理，从这种带材料中分离出薄板(坯料)，这些薄板用于生产具有不同壁厚的部件。
4.在柔性轧制时，实现高达50％的显著带厚度差异，并且此外在单个轧制通过(道次)中通过借助伺服液压设备或用于工作滚子的伺服电气调整装置所进行的轧辊间隙的变化来实现。在改变轧辊间隙并由此改变离开的带端部厚度的情况下，由轧辊间隙处容积恒定的条件发生了带速度在进入侧的变化和在离开侧的变化。通过这些速度变化，金属带的带张力也始终变化。带材速度的变化以及由此的带材张力的变化在高轧制速度的情况下是如此快，使得卷轴装置不能通过调节卷轴速度而在轧辊间隙处保持恒定的带张力。带张力的变化直接影响出口侧的带厚度公差。为了改善带厚度公差，因此需要一种方法，该方法使得即使在高度可变的带速度的情况下也能够保持恒定的带张力。为此，已在带生产线中使用所谓的跳动件数十年，跳动件在其作为带储存装置的作用下，在速度变化的情况下保持带张力恒定。
5.在相对低的轧制速度的情况下补偿金属带的速度变化的一种可能是改变卷轴速度。在此，卷轴的速度取决于轧辊间隙的位置。如果轧辊间隙打开且轧制了较厚的区域，则卷轴的速度会提高。如果轧辊间隙关闭并由此工艺相关地减小了带速度，则卷轴的速度(开卷速度)同样减小，如cn 101890434 a中所述的。该方法的缺点是对卷的重量以及对轧制速度的限制。由于质量惯性，系统的响应时间随质量的增加而越来越大。卷的质量的增加导致轧制速度的必要减小。另一方面，升高的轧制速度以卷的质量的减小为先决条件，由此使设
备的非生产时间增高。
6.de 103 15 357 a1公开了一种用于轧制金属带的轧制设备，具有用于开卷的第一卷轴装置，从第一卷轴装置可以对具有限定的带输出厚度的带展卷(展开)；该轧制设备具有轧辊机架，轧辊机架包括至少两个工作轧辊，在工作轧辊之间形成宽度可控制的和/或可调节的轧辊间隙，并且该轧制设备具有用于收卷的第二卷轴装置，具有相对于限定的带输出厚度减小的带端部厚度的金属带可以收卷到该第二卷轴装置上。此外，轧制设备具有第一带储存装置，该第一带储存装置具有由在在第一卷轴装置与轧辊机架之间的多个滚子组成的滚子结构。此外，轧制设备具有第二带储存装置，其具有由位于轧辊机架与第二卷轴装置之间的多个滚子组成的滚子结构。第一带储存装置和第二带储存装置的各滚子为了带储存可以在其相对于彼此的位置方面是可改变的，其中，金属带分别以具有至少部分地叠置在彼此之上的曲线的“s”的形式被引导。为了改变这些滚子相对于彼此的位置，每个带储存装置的一个滚子的运动液压地调整，从而使“s”扭曲(变形)，使得在进入相应的带储存装置之处(入口)与离开之处(出口)之间的金属带的长度改变。
7.由ep 1 121 990 b2已知一种用于轧制具有周期性变化的带厚度的金属带的装置，其中，不仅在用于对金属带开卷的卷绕机和轧辊机架之间而且在轧辊机架和用于对金属带进行收卷的卷绕机之间分别设有平衡滚子或跳动滚子。带材料环状地被围绕引导所述平衡滚子或跳动滚子。平衡滚子或跳动滚子在轧辊机架的确定轧辊缝隙的滚子的圆周速度恒定时受力调节，从而施加希望的带张力，其中，开卷机(卷绕机)受转速调节。平衡滚子或跳动滚子在此竖直地并且沿垂直于金属带的方向被线性调节。
8.本发明的目的是，提出一种用于在柔性轧制金属带时调节带张力的装置、轧制设备和方法，其中能够快速且精确地调节金属带中的带张力。
9.该目的通过一种用于在柔性轧制金属带时调节带张力的装置来解决，其中，装置包括下列部件：滚子结构，其具有至少一个跳动滚子，跳动滚子的位置可调整以调节金属带的带张力；至少一个液压驱动件，其为了调节跳动滚子而与跳动滚子连接；用于液压流体的液压箱，液压箱通过液压流入管路与液压驱动件连接；可控的阀结构，其在液压箱和液压驱动件之间，用于控制液压驱动件；液压泵，借助该液压泵向液压驱动件供给来自液压箱的液压流体；以及至少一个液压蓄压器，用于暂存之前通过液压泵输送的液压流体，其中，液压蓄压器布置在液压泵与阀结构之间。在此，在液压驱动件中布置有用于确定液压压力的压力传感器。
10.根据液压压力可以推断出金属带的带张力。
11.特别是在高轧制速度的情况下、例如在25米/分钟(m/min)以上并且在使用例如5至25千克/毫米带宽(kg/mm)的大的卷量时，在300至750毫米的带宽的情况下，不仅仅通过调整液压泵的输送功率来保证对至少一个跳动滚子的快速调整。因此，本发明此外还提供了一种液压蓄压器，用于暂存之前由液压泵输送的液压流体，其中，液压蓄压器布置在液压泵与阀结构之间。可以在很短的时间内从该液压蓄压器获得用于调整至少一个跳动滚子的大量的液压流体，从而实现带张力的轻微波动，可能的话，低于35％。在此液压蓄压器应布置为尽可能靠近用于调整跳动滚子的液压单元，从而将液压蓄压器与用于跳动滚子的调整单元之间的管路损耗也保持得较低。
12.液压驱动件可以例如是每个跳动滚子一个或多个液压缸。可以使用双作用液压缸
或两个单作用液压缸，以调整跳动滚子。
13.在此在液压流入管路中或在液压缸的一个或多个缸室中测量液压压力。
14.此外，可以在滚子结构的至少一个滚子上布置至少一个力传感器，例如张力测量计，以确定从金属带作用到相应的一个或相应的多个滚子上的力。这样，可以直接推断出金属带中的带张力。
15.此外，用于确定跳动滚子的位置的位移测量系统可布置在至少一个跳动滚子处。由此可确定跳动滚子是否已经在其调整路径的端部位置附近，从而必要时可调节(适配)金属带的速度。可以通过改变卷轴(卷绕)速度来实现调节金属带的速度。通过改变金属带的速度，跳动滚子的位置趋向于被调整。
16.根据本发明的装置的一种实施形式，液压驱动件通过回流(部)而流体传导地与液压箱连接，其中，在回流(部)中布置有至少一个脉动阻尼器。在高的带速度的情况下，需要高频率地调整跳动滚子，这会导致高的流速度，并可能导致液压管路中的气穴现象。这些压力波动可以通过至少一个脉动阻尼器来减小，从而避免损坏液压系统。在此，至少一个脉动阻尼器布置成尽可能靠近液压缸。
17.附加地，可以在至少一个脉动阻尼器下游布置有平衡箱，从而使得能够使液压流体尽可能靠近液压驱动件以进一步卸压。从平衡箱到液压箱的液压流体的通过则可以完全基于重力进行，这抵消了进一步的气穴现象。可以在平衡箱与液压箱之间布置有止回阀。
18.根据一个示例性实施形式，跳动滚子可水平调整地布置。然而，原则上也可设想跳动滚子的调整方向从水平方向偏离。
19.除了所述至少一个跳动滚子之外，滚子结构还可具有至少一个另外的滚子，其中，所述至少一个跳动滚子和所述至少一个另外的滚子垂直地布置在彼此之上，使得金属带是以s的形式或s形环的形式被引导。
20.该目的还通过一种用于金属带的柔性轧制的轧制设备来实现，其中，轧制设备具有以下部件：具有两个工作轧辊的轧辊机架，在这两个工作轧辊之间形成宽度可调整的轧辊间隙；具有用于对金属带开卷的第一卷绕机的第一带引导单元，具有用于对经轧制的金属带收卷的第二卷绕机的第二带引导单元。此外，在至少一个所述带引导单元中，在相应的卷绕机和轧辊机架之间布置有根据上述实施形式的装置。
21.该任务的另一解决方案在于一种用于在具有如上所述的装置的轧制设备中在金属带柔性轧制时调节带张力的方法，其中，根据金属带的带张力来控制阀结构，并且至少部分地以先前储存在至少一个液压蓄压器中的液压流体供给液压驱动件，以短期提供液压流体。
22.在液压驱动件中测量液压压力，其中，由液压压力推断出金属带中的带张力，并且根据所确定的带张力来控制阀结构。
23.附加地，可以测量由金属带作用到滚子结构的滚子上的力，其中，由所确定的力推断出金属带中的带张力，并根据所确定的带张力来控制阀结构。
24.在如上所述的用于控制轧辊设备的方法的一种实施形式中，至少一个带引导单元的跳动滚子的位置可以通过位移测量系统确定，其中，至少一个带引导单元的卷绕机的速度或转速根据跳动滚子的位置进行控制。由此跳动滚子的位置可以趋向于改变。
25.在在用于金属带开卷的第一卷绕机(第一开卷机)和轧辊机架之间的带引导单元
中，可由此在到达限定的跳动滚子的第一端部位置之前不久升高第一卷绕机的速度，在第一端部位置中，金属带在进入滚子结构之处与从滚子结构离开之处之间的长度呈最小值。在到达跳动滚子的限定的第二端部位置之前不久，可以减小第一卷轴(卷绕机)的速度，在该第二端部位置处，在进入滚子结构的进入之处与从滚子结构离开的离开之处之间的金属带长度呈最大值。这样避免了必须将跳动滚子调整到超出两个端部位置的情况，并且尽可能将其保持在中心区域中。
26.在轧辊机架与用于收卷金属带的第二卷绕机之间的带引导单元中产生相反的条件。即，在到达跳动滚子的限定的第一端部位置之前不久，第二卷轴(卷绕机)的速度升高，在该第一端部位置处进入滚子结构之处与从滚子结构离开之处之间的金属带长度呈最大值。在到达跳动滚子的限定的第二端部位置之前不久，第二卷绕机的速度减小，在该第二端部位置处进入滚子结构之处用于从滚子结构离开之处之间的金属带长度呈最小值。
27.此外可规定，确定轧辊机架的轧辊间隙调整，其中，除了金属带的带张力还根据轧辊间隙来控制阀结构。由此可根据轧辊间隙调整进行预控制，特别是与由对带张力的确定而产生的控制相结合，可以确保极短的系统响应时间。
28.下面根据附图进一步阐述根据本发明的轧制设备的一个优选实施例。附图以侧视图概略地示出具有液压调整装置的根据本发明的轧制设备。
29.基座1上构造有轧辊机架2，在该轧辊机架中可看到叠置在彼此之上的两个工作轧辊3、4和与工作轧辊3、4竖直对齐的两个支撑滚子5、6。在工作轧辊3、4之间形成可调整且可控的轧辊间隙7，金属带8在所示出的图示中从左向右沿生产方向p穿过该轧辊间隙。轧制设备可由是可逆设备，其中，在卷沿生产方向p穿过之后，如图所示，下一个卷沿相反的方向穿过轧制设备。
30.在所示实施例中，金属带8来自于具有左旋的第一卷绕机10的第一卷轴装置9，金属带8从第一卷轴装置通过第一卷绕机10的下侧而展开(开卷)。金属带8从第一卷轴装置9沿生产方向p进入第一滚子结构11中，第一滚子结构呈双滚子结构形式，用于储存确定长度的金属带8并且用于将带张力引入金属带8中，该双滚子结构具有可动的上跳动滚子12和固定的下滚子13。用水平双箭头表示：跳动滚子12在第一滚子结构11中可以受控地水平移位。原则上也可设想其它定向，像例如垂直或倾斜的调整，以及其它运动形式，像例如摆动运动。在此所示的实施方式中，跳动滚子12的运动会改变金属带8的环在进入第一滚子结构11之处和从第一滚子结构11中离开之处之间的长度。
31.下部的、本身固定的滚子13可借助摇臂14从其运行位置(实线图示13)经过带线21摆动到引入位置(虚线图示13
‘
)中。用虚线表示固定的滚子13的引入位置，在该引入位置中金属带8可沿着同样用虚线表示的带线21引入到轧辊机架2中。当金属带8为了收卷而被固定时，滚子13摆动回到其用实线示出的运行位置中。
32.沿生产方向在轧辊机架2之后并且因此在轧机机架2右侧示出有用于收卷金属带8的第二卷轴装置15，该第二卷轴装置具有左旋的第二卷绕机16，该第二卷绕机将经轧制的金属带8通过下侧收卷。在轧辊机架2与第二卷轴装置15之间存在另一用于储存金属带和施加带张力的第二滚子结构17，第二滚子结构具有可动的上跳动滚子18和固定的下滚子19。
33.原则上，第一卷绕机10和第二卷绕机16可设计构造为左旋或右旋，其中，金属带8可从上方或从下方被开卷(展开)或收卷。
34.通过水平的双箭头示出，跳动滚18能相对于第二滚子结构17中的固定滚子19受控地移位。在此也可以设想的是，与第一滚子结构11的跳动滚子12类似，使跳动滚子18沿另一方向移位或摆动。通过调整第二滚子结构17的跳动滚子18，改变金属带8的在进入第二滚子结构17之处和从第二滚子结构17中离开之处之间的环的长度。
35.以虚线示出了滚子19在借助摇臂20从其运行位置19中通过带线21
‘
摆动的引入位置19
‘
中，引入位置用于沿着又以虚线示出的带线21引入带的始端。当带的始端固定在第二卷绕机16上时，滚子19摆动回到其实线所示的运行位置19。
36.由此通过调整跳动滚子12、18可改变金属带8内的带张力。当滚子12、13、18、19中的至少一个设有未示出的制动装置和/或驱动装置时，则产生附加的张力增强。
37.在附图中示意性示出了用于第二滚子结构17的跳动滚子18的液压驱动件，其中，液压驱动件具有双作用液压缸22。跳动滚子18与可调整地布置在液压缸22的缸24中的活塞杆23连接并且通过该活塞杆可调整位置。液压缸22通过液压致动结构25致动。
38.第一滚子结构11的跳动滚子12与第二滚子结构17的跳动滚子18相同地可通过液压缸和液压致动结构调整，其中，用于第一滚子结构11的跳动滚子12的液压缸和液压致动结构为了清楚起见未示出。因此，在下文中，用于第二滚子结构17的液压致动结构25也将代表第一滚子结构11的液压致动结构进行描述。
39.液压箱27位于基座1的水平(高度)下方的轧辊底罩26中，液压流体储存在该液压箱中。此外，液压泵28布置在该轧辊底罩26中，液压泵通过液压管路37流体传导地与液压箱27连接，并将液压流体从液压箱27沿朝向液压缸22的方向输送。原则上也可设置多个液压泵28。
40.液压缸22在出口侧又与液压箱27流体传导地连接。
41.为了控制液压缸22，在液压缸22与液压泵28之间布置有可控的阀结构29，阀结构通过流入管路38流体引导地与液压泵28连接，并且阀结构具有液压伺服阀30。此外，阀结构借助回流管路39与液压箱27连接。伺服阀30可以控制为使得流入管路38被液压泵28中止，正如从液压缸22到液压箱27的回流管路39可以被中止那样。此外，流入管路38可选择性地与液压缸22的第一缸室31或第二缸室32流体引导地连接，其中，通入液压箱27的回流管39与两个缸室32、31中的相应的另一个连接。因此，活塞杆23可沿所示出的双箭头的方向移位。
42.为了使得能尽可能快地调整液压缸22并且由此调整跳动滚子18，在流入管路38中在液压泵28与阀结构29之间布置有液压蓄压器33，从而将之前通过液压泵28输送的液压液暂存并且在需要时输送到液压缸22。液压蓄压器33在此优选布置在基座1的水平上或者布置在其之上，并且此外尽可能紧邻液压缸22设置，从而避免管路损耗。原则上也可设想，在流入管路38中布置多个液压蓄压器33。
43.在回流管路39中，在阀结构29与液压箱27之间布置有脉动阻尼器34，其中，原则上也可设置多个脉动尼器34。脉动阻尼器34用于平衡来自阀结构29的回流管路中的压力波动，从而抵消气穴现象。附加地，在脉动阻尼器34与液压箱27之间设有平衡箱35，平衡箱用于使液压流体可以从平衡箱35中无压力地流到液压箱27中，从而在液压管路的该区域中不会出现气穴现象。脉动阻尼器34尽可能靠近液压箱22布置。然而，原则上也可设想的是，在回流管路39中不设任何脉动阻尼器。
44.在液压缸22和其与跳动滚子18的联接(部)之间设有呈张力测量计35的形式的力传感器。借助该传感器可以确定在液压缸22与跳动滚子18之间出现的张力和压力，从而能由此推断金属带8内的带张力。
45.此外，液压缸22具有压力传感器36，借助压力传感器可确定第二缸室32内的液压压力。通过该确定的压力同样可以推断出金属带8中的带张力。压力传感器也可以位于第一缸室31中。替代地，也可设有多个压力传感器，例如一个用于第一缸室31，并且一个用于第二缸室32，或者用于通入液压缸22的液压流入管路。
46.此外，液压缸22配备有集成的位移测量系统40，通过该路程测量系统可以确定跳动滚子18的位置。替代地，位移测量系统40可设置在与跳动滚子18一起运动的另一构件上。通过跳动滚子18的位置可确定，跳动滚子18是否已经位于其调整位移的端部位置(末端位置)中，从而必要时可调节(适配)金属带8的速度。通过改变金属带8的速度、例如通过改变卷轴转速，可以改变跳动滚子18的位置。如果提高第二卷绕机16的卷轴转速，那么趋向于有更多的金属带8从第二滚子结构17中被导出，从而为了实现恒定的带张力，必须将金属带8的长度稍短一些的环储存在第二滚子结构17中。这在所示的实施方式中通过使跳动滚子18向左运动来实现。如果第二滚子结构17的跳动滚子18位于图右侧的端部位置(末端位置/极限位置)中，则必须提高第二卷绕机16的速度，从而使跳动滚子18又趋向于运动到中间位置中。如果跳动滚子18到达左侧的端部位置(末端位置/极限位置)，则第二卷绕机16的速度必须相应地降低。
47.附图标记列表
[0048]1ꢀꢀ
基座
[0049]2ꢀꢀ
轧辊机架
[0050]3ꢀꢀ
工作轧辊
[0051]4ꢀꢀ
工作轧辊
[0052]5ꢀꢀ
支撑轧辊
[0053]6ꢀꢀ
支撑轧辊
[0054]7ꢀꢀ
轧辊间隙
[0055]8ꢀꢀ
金属带
[0056]9ꢀꢀ
第一卷轴装置
[0057]
10 第一卷绕机
[0058]
11 第一滚子结构
[0059]
12 跳动滚子
[0060]
13 滚子
[0061]
14 摇臂
[0062]
15 第二卷轴装置
[0063]
16 第二卷绕机
[0064]
17 第二滚子结构
[0065]
18 跳动滚子
[0066]
19 滚子
[0067]
20 摇臂
[0068]
21 带线
[0069]
22 液压缸
[0070]
23 活塞杆
[0071]
24 缸
[0072]
25 致动结构
[0073]
26 轧辊底罩
[0074]
27 液压箱
[0075]
28 液压泵
[0076]
29 阀结构
[0077]
30 伺服阀
[0078]
31 第一缸室
[0079]
32 第二缸室
[0080]
33 液压蓄压器
[0081]
34 脉动阻尼器
[0082]
35 张力测量计
[0083]
36 压力传感器
[0084]
37 液压管路
[0085]
38 流入管路
[0086]
39 回流管路
[0087]
40 位移测量系统。