专利名称：检控压延机辊子间隙的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检控压延机辊子之间间隙的装置和方法。
在辊子之间的压延，诸如树脂和橡胶等原料的压延机须根据辊子之间所形成的原料堆来进行检控。检控原料堆的一种方法，其题目为“在压延成形中调节料堆量的方法”已于1977年11月5日公开在日本专利申请中，其公开号为No.52-132072。附图3是上述专利内容的示意图。
从图3中可看到，由原料8形成并送到两个压延辊子1和辊子2之间的间隙3的料堆4用灯5照射，并用摄像机6扫描以测算料堆4的体积。这种测算用于检控由传送带7输送的原料8的供应量。如果原料供应量变化，可知道产品厚度的变化，这种方法能使料堆4的体积保持在预定值上，从而生产出具有相同厚度的产品。
但是，这种方法具有下述缺点所述的料堆4具有三维尺寸，而摄像机6只能提供二维的尺寸信息。结果由摄像机6所获得信息的可靠性有限，或者从理论上说，精确地检控料堆4是不可能的。因此这种不完善的检控方法不能保证压出厚度一致的产品。
另外，图3中所示的压延机，其辊子间隙不仅随料堆4的体积和外形的变化而变化，而且还随原料8的温度和塑性(或者粘度)的不同而不同。辊子间隙3的变化导致产品厚度的变化。因此只检控料堆4的体积是不够的。
另一些日本专利申请(公开号为No.56-62125，56-80447和59-26220)也公开了一些检控压延辊子间隙的设备和方法。在这些申请中，料堆的体积是通过一种测试仪测定的，该测试仪含有一个静电电容，一个光学测试装置和一个影像测试装置，以控制辊子的间隙。但是与前述现有技术一样，在控制辊子间隙中不能考虑原料和料堆的温度与塑性(粘性)。因此，既使原料的温度和/或塑性有变化，辊子的间隙也不能予以调节。
本发明的目的是提供一种能克服上述问题的检控压延辊子间隙的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种检控压延机辊子之间间隙的装置，所述压延机具有用于压延第一种原料的第一和第二辊子;用于测试在第一和第二辊子之间的第一压延负荷变量的第一负荷测量装置;用于调节第一和第二辊子之间的第一辊子间隙的第一辊子位置调节装置;以及根据第一辊子负荷变量计算第一辊子间隙变量并使用第一辊子位置调节装置调节第一辊子间隙，以消除第一辊子间隙变量的第一控制器。使用该装置，即使原料的量，温度和粘度和/或堆料的体积有变化，这种变化将导致第一和第二辊子之间的压延负荷产生变量，所述辊子的间隙仍能保持在预定的值上。因此，压延机压延出的板材产品具有均匀一致的厚度。在本说明书中，压延负荷是一种分力，如附图4所示。
对于每个辊子，在辊轴的两端分别设有一个第一压延负荷测量装置，一个第一辊子位置调节装置和一个第一调节器，以保持第一和第二辊子处于平行关系。
所述装置还包括第一辊子位置传感器，以测定第一辊子的位置。
所述装置还包括用于压延第二种原料的第三和第四辊子;用于测试第三和第四辊子之间的第二压延负荷变量的第二负荷测量装置;用于调节第三和第四辊子之间的第二辊子间隙的第二辊子位置调节装置;以及用于根据第二辊子负荷变量计算第二辊子间隙变量和使用第二辊子位置调节装置调节节第二辊子间隙，以消除第二辊子间隙变量的第二控制器。由第一和第二辊子压延的第一种原料以及由第三和第四辊子压延的第二种原料被送进第二和第三辊子之间的第三辊子间隙中，在第一和第二种原料之间夹入编织材料，从而在编织材料的双面涂镀第一和第二种原料。
所述装置还包括用来测试第二和第三辊子之间的第三压延负荷变量的第三压延负荷测量装置;用来调节第二和第三辊子之间的第三辊子间隙的第三辊子位置调节装置;以及用于根据第三辊子负荷变量计算第三辊子间隙变量并使用第三辊子位置调节装置调节第三辊子间隙，以消除第三辊子间隙变量的第三控制器。
由于第一和第二辊子之间的压延负荷是受第二和第三辊子之间的压延负荷以及第三和第四辊子之间的压延负荷的影响，所以第一、第二和第三控制器相互之间有联系，从而使第一、第二和第三负荷测量装置所测得的数据可在第一、第二和第三控制器之间相互交流。上述三个控制器用来计算和调节各个辊子间隙的变化。
根据本发明的另一个方面，提供了一种检控压延机辊子之间间隙的方法，该方法包括在第一和第二辊子之间压延第一种原料的步骤;测试第一和第二辊子之间的第一压延负荷变量的步骤;根据第一压延负荷变量计算第一和第二辊子之间的第一辊子间隙变量的步骤;以及调节第一和第二辊子之间的间隙，以抵消第一辊子间隙变量的步骤。使用这个方法，既使原料的数量，温度和粘度和/或料堆量变化，该变化会导致第一和第二辊子间的压延负荷变化，辊子的间隙仍能被调节到预定的值上。因此，本压延机能压延出厚度均匀一致的板材产品。
第一辊子间隙变量的计算步骤可包括获得第一和第二辊子以及支承这些压延辊子结构件的弹簧常数，用压延负荷变量除第一弹簧常数以及用所得的商值去调节第一辊子间隙。
下面结合较佳实施例和附图对本发明详述如下，图中
图1是本发明所述的压延机辊子间隙检控装置的侧视图;
图2是显示本发明压延辊子间隙控制的程序方框图;
图3是示意性说明现有技术中使用的压延辊子间隙检控装置的侧示图;
图4显示本发明中压延负荷P和弹簧常数k之间的关系。
请参看图1，下面对本发明的压延辊间隙检控装置的一个最佳实施例进行说明。该装置包括负荷测量装置11，12和13，辊轴位置调节装置41，42和43以及控制器46，47和48。负荷测量装置11(或12或13)用于检测各对压延辊子(18-19，19-20和20-21)之间的压延负荷及其变量。辊轴位置调节装置41，42和43用于增加/减小辊子(18-19，19-20和20-21)之间的间隙。控制器46，47和48使用由负荷测量装置测得的数据和给辊轴位置调节装置41，42和43的输出触发信号分别进行预定的计算。须指出的是，虽然每根辊子在辊子的轴向两端附近都配置有两个负荷测量装置，两个辊轴位置调节装置和两个控制器，但在图1中只示出辊子的一端所具有的一个负荷测量装置，一个辊轴位置调节装置和一个控制器。
本实施例中的压延机有4个压延辊子18，19，20和21。在图中该四个辊子布置成S字形(或倾斜的Z字形)。每根辊子都沿着垂直于画面的方向延伸。原料(B)被分别输送到第一和第二辊子18和19之间的间隙以及第三和第四辊子20和21之间的间隙中。每根辊子以图中所示的A箭头方向旋转，从而使原料被成对的辊子(18-19和20-21)压延并压出具有原度ho的板材51。然后，两张板材51被引到第二和第三辊子19和20之间的间隙中。在此同时，在两张板材51之间夹入编织材料(钢板)22。这样，两张板材51及其间的钢板22就被第二和第三辊子19和20挤压，使钢板22两面都被板材51覆盖。结果从第二和第三辊子19和20中压延出两面涂镀的产品(例如，成形橡胶板)23。该产品23可以用于轮胎或带材。
压延辊子18，19，20和21通过各自的轴颈箱24，25，26和27支承在机体28内。虽然每根辊轴的两端各配置1个轴颈箱，但图1中只示出辊轴的一端。
机体28上开有一个较大的开口29，使轴颈箱24-27能沿各自的径向方向移动。
负荷测量装置11、12和13安装在第一，第三和第四辊子18，20和21的轴颈箱24，26和27上，分别测试第一和第二辊子18和19之间、第二和第三辊子19和20之间以及第三和第四辊子20和21之间的压延负荷及其变量。
在第一、第四和第三辊子18，21和20上分别配置辊轴位置调节装置41、42和43。每一个辊轴位置调节装置包括一个旋转马达30，一个螺杆31和一个接头32。每一个马达30安装在机体28的外表面上。每一个螺杆31从马达30垂直地伸向辊子的中央。在螺杆31的端头附近固定有一个螺帽33和上述接头32。螺帽33由机体28支承。接头32用来连接辊轴位置调节装置41(或42或43)的螺杆31和轴颈箱24(或27或26)。因此当螺杆31旋转时，轴颈箱24(或26或27)能沿导杆34作往复运动。螺杆31由马达30驱动而旋转。马达30的输出轴上设有一个旋转传感器35，以便通过测定马达30的转数来测试轴颈箱24(或26或27)的位置。
辊轴位置调节装置41，42和43上分别配备有控制器46，47和48。每根辊子各配有两个控制器，但图1中只能示出每根辊子的其中一个控制器。每一个控制器46(或47或48)有一个与负荷测量装置11(13或12)及旋转传感器35相连的输入端36;一个与马达30相连的输出端37和一个与输入端36和输出端37相连的中央处理机(CPU)38。该中央处理机CPU38具有运算表达式，以便能根据输入到输入端36的数值来计算机体等其它构件的变形。负荷测量装置11(12或13)和旋转传感器35提供它们所测得的数据。计算之后，CPU38通过输出端37给马达30输出信号使其工作。第一和第二辊子18和19之间、第二和第三辊子19和20之间以及第三和第四辊子20和21之间的压延负荷分别影响着这三对辊子之间的间隙，从而使控制器46，47和48相互联系，如图中虚线53、54和55所示，并使它们之间能交流信息。
下面所介绍的是有关CPU38的工作情况。由于控制器46，47和48的CPU38大致相同，所以只介绍其中一个控制器46的CPU工作情况。以下的说明主要涉及辊子18和19，只有当有必要时，才对其它的辊子作介绍。
当辊子18和19的压延负荷变化时由辊子18和19压延成形的板材51的厚度或实际的辊子间隙h0在板材长度方向(辊子的切向方向)和板材的宽度方向(垂直于图面方向或辊子的长度方向)变化。这是因为在压延过程中，辊子18和19会产生挠度且辊子的支承结构(轴颈箱24和25及其机体28)要产生变形之故。一般来说，板材厚度h0可用下述的方程式(1)表示h0＝S0+P0/k(1)式中S0表示辊子18和19之间的初始间隙，Po表示辊子18和19所予设定的压延负荷，而k则表示沿辊子18和19连心线方向(图4)辊子支承结构24，25和28的弹簧常数。弹簧常数k是由机体28、轴颈箱24、25、辊子18、29的结构和安装情况以及其它各种因素决定的。事实上，弹簧常数k实际上是用真实的压延机测定的或用模拟技术计算的。在进行压延操作之前，先将弹簧常数k存储在CPU38中，值得指出的是，一般来说，辊子18和19的弹簧常数(k1)不同于辊子19和20的弹簧常数k2以及辊子20和21的弹簧常数k3。而且，一般来说，辊子18和19的S01、和P01值不同于辊子19和20的S02、h02、P02值，也不同于辊子20和21的S03、h03、P03值。
当原料和料堆B的情况或状态，诸如物理形状、温度和塑性(粘性)变化时，则会出现一个小的压延负荷变量(△P)，结果使板材51的厚度产生变量(oh)。该变量可由下式表示△h＝△P/K(2)在这里须指出的是，一般来说，辊了18和19之间小的厚度变量(或辊子间隙变量)△h1不同于辊子19和20之间的厚度变量△h2以及辊子20和21之间的厚度变量△h3。而且，辊子18和19的小压延负荷变量△P1也不同于辊子19和20的负荷变△P2以及辊子20和21的△P3的负荷变量。
辊子18和19的弹簧常数k要受到辊子19和20的弹簧常数k和辊子20和21的弹簧常数k的影响。因此方程式(2)变成如下的方程式(2′)△h1＝△P1/k1(18-19)+△P2/k1(19-20)+△P3/K1(20-21)(2′)式中△p2/k1(19-20)表示由辊子19和20之间的辊子间隙变量引起的在辊子18和19之间的辊子间隙变化，而△P3/K1(20-21)表示由辊子20和21之间的辊子间隙变量引起的辊子18和19之间的辊子间隙的变化。式(2′)中的第二项和第三项的值是通过线路53和55，由控制器47和48获得的。但事实上，式(2′)中的第二项和第三项的数值很小并可忽略。因此，式(2′)将变成△h1＝△p1/k1(18-19)，该式和上述的式(2)一样。
因此，从式(1)和式(2)中可将板材51的厚度表达为方程式(3)h＝h0+△h＝S0+(P0+△p)/K(3)压延负荷变量△P是由负荷测量装置11测得的。将压延负荷变量除以弹簧常数k就可得到厚度变量(辊子间隙变量)△h。该厚度变量△h被反馈到辊轴位置调节装置41以调节辊子间隙，从而抵消辊子间隙变量△h，以保持辊子间隙不变。
若考虑到压延机机加件的加工影响(如辊子18和19的偏心因素)，原料状态、尺寸和/或其它的因素，则须考虑给方位式(3)加一个确定的控制修正系数C。此时，方程(3)将变成△H＝△h＊C(4)式中的＊表示乘号或使用某一功能元件。
现在用图2所示的程序方框图对辊子间隙的控制加以说明。
若因原料(例如橡胶)的供应速度变化而使料堆B的量变化，则辊子18和19之间的压延负荷P从其初始值P0变化。这一负荷变量△P由测量装置11测得(步骤1)。△P也可通过现在的负荷P和初始负荷P0之间的差值计算获得。
然后用压延负荷变量△P除弹常数K就可得出辊子间隙的变量△h[步骤2，方程式(2′)]。若辊子间隙变量△h非常小或接近于零(P＝P0)，则对板材的厚度没有影响，程序回到步骤1(步骤3)。
若辊子间隙变量△h大于允许的极限值，则使用方程(4)计算出辊子间隙的调节量△H(步骤4)并使控制器驱动马达30移动轴颈箱24，然后移动辊子18通过一段△H。如前所述，轴颈箱24的位置由旋转传感器35(轴颈箱位置传感器)测得。需要指出的是，若不需要根据方程(4)的运算来控制所述的辊子间隙，则程序可跳越步骤4而直接从步骤3进到步骤5。
当马达30被驱动并使螺杆31旋转时，轴颈箱24沿图1中斜向方向向上和向下移动，以调整辊子18的位置(步骤5)。这样就可抵消辊子间隙变量△H(或△h)，并保持辊子间隙不变(仍为h0)。
从上述说明可知，辊子间隙变化以压延负荷变量的形式被检测，而不是以料堆变量测得的，辊子间隙的控制是在考虑了影响压延产品原度的所有因素的情况下进行的。换言之，实现了一种合适的能适应原料温度和粘度变化的检控方法。
有关辊子20和21以及辊子19和20的辊子间隙调节以与上述类似的方法进行。
图1显示辊子的一端，并且上面的说明涉及压延机的一侧。但是，每根辊子的两端都分别配置有轴颈箱，负荷测量装置和辊轴位置调节装置，并且每一个轴颈箱都是独立控制的，从而能保持辊子18和19，辊子19和20以及辊子20和21呈平行关系。因此，板材的宽度方向(垂直于画面)上的板材厚度也能保持恒定。
在所示的实施例中，辊轴位置是由马达30和螺杆31联合调节的。但也可用液压缸和液压阀门来代替进行调节。另外，零件41在过去被称为辊轴位置调节装置，但它也可称为辊子位置调节装置，因为辊轴和辊子是一体的，且零件41是用来调整辊子位置的。
另外，虽然本实施例中的压延机具有四个辊子18-21，但它也可有三个或五个辊子，并且这些辊子可布置成“L”形、倒“L”形或“Z”字形。
若常规的压延机上配置一个辊轴位置调节机构，则本发明所述的内容可应用于传统的压延机上。因此，本发明是非常实用的。
权利要求
1.一种用于检控压延机辊子间隙的方法，它包括下述步骤(A)在第一和第二辊子之间压延第一种原料，(B)检测第一和第二辊子之间的第一压延负荷变量，(C)根据步骤(B)所测得的第一压延负荷变量计算第一和第二辊子之间的第一辊子间隙变量，(D)调节第一和第二辊子之间的间隙，以抵消由步骤(C)所获得的第一辊子间隙变量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(C)还包括以下步骤(E)获得第一和第二辊子以及这些压延机辊子支承结构的第一弹簧常数，(F)用步骤(B)所测得的第一压延负荷变量除用步骤(E)所求得的第一弹簧常数，以计算第一辊子间隙的变量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括步骤(G)保持第一和第二辊子处于平行关系。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于还包括以下步骤(H)用第三和第四辊子压延第二种原料，(I)检测第三和第四辊子之间的第二压延负荷变量，(J)根据步骤(I)所测得的第二压延负荷变量计算第三和第四辊子之间的第二辊子间隙变量，(K)调节第三和第四辊子之间的间隙，以抵消由步骤(J)所获得的第二辊子间隙变量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(J)还包括下述步骤;(L)获得第三和第四辊子以及这些压延机辊子的支承结构的第二弹簧常数，(M)用步骤(I)测得的第二压延负荷变量除用步骤(L)求得的第二弹簧常数，以计算第二辊子间隙的变量，
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括步骤(N)保持第三和第四辊子处于平行关系，
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于还包括步骤(O)将由第一和第二辊子压延的第一种原料以及由第三和第四辊子压延的第二种原料送进第二和第三辊子之间的间隙，同时，在第一和第二种原料之间夹入编织材料，从而使该编织材料的双面涂镀上第一和第二种原料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于还包括下述步骤(P)检测第二和第三辊子之间的第三压延负荷变量，(Q)根据步骤(P)所测得的第三压延负荷变量计算出第二和第三辊子之间的第三辊子间隙变量，(R)调节第二和第三辊子之间的间隙，以抵消由步骤(Q)所获得的第三辊子间隙。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于步骤(Q)包括以下步骤(S)获得第二和第三辊子以及这些压延机辊子的支承结构的第三弹簧系数，(T)用步骤(P)所测得的第三压延负荷变量除用步骤(S)求得的第三弹簧常数，以计算出第三辊子间隙的变量。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于由步骤(B)、(I)和(P)所测得的第一、第二和第三压延负荷变量分别用于步骤(C)、(J)和(Q)的计算。
11.一种用于检控压延机辊子之间间隙的装置，它包括用于压延第一种原料的第一和第二辊子，用于检测第一和第二辊子之间的第一压延负荷变量的第一负荷测量装置，用于调节第一和第二辊子之间的第一辊子间隙的第一辊子位置调节装置，以及用于根据第一压延负荷变量计算第一辊子间隙变量并利用第一辊子位置调节装置调节第一辊子间隙，以抵消第一辊子间隙的第一控制器。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于对每一根辊子，在辊轴的两端都配置有第一压延负荷测量装置、第一辊子位置调节装置和第一控制器，以保持第一和第二辊子处于平行关系。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于还包括用于检测第一辊子位置的第一位置传感器。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于还包括用于压延第二种原料的第三和第四辊子，用于检测第三和第四辊子之间的第二压延负荷变量的第二负荷测量装置，用于调节第三和第四辊子之间的第二辊子间隙的第二辊子位置调节装置，以及用于根据第二压延负荷变量计算第二辊子间隙变量并利用第二辊子位置调节装置调节第二辊子间隙，以抵消第二辊子间隙变量的第二控制器。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于对于第三和第四辊子，在它们的辊轴两端分别配置有第二压延负荷测量装置、第二辊子位置调节装置和第二控制器，以保持第三和第四辊子处于平行关系。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于还包括用于检测第四辊子位置的第二位置传感器。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于它还包括将第一和第二辊子压延的第一种原料以及第三和第四辊子压延的第二种原料送进第二和第三辊子之间的第三辊子间隙中，同时，在上述第一和第二种原料之间夹入编织材料，以便对该编织材料的双面涂镀第一和第二种原料的装置。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于还包括用于检测第二和第三辊子之间的第三压延负荷变量的第三压延负荷测量装置，用于调节第二和第三辊子之间的第三辊子间隙的第三辊子位置调节装置，以及用于根据第三辊子负荷变量计算第三辊子间隙变量和使用第三辊子位置调节装置调节第三辊间隙的第三控制器。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于还包括用于检测第三辊子位置的第三位置传感器。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于所述的第一、第二和第三控制器是相互联系的，从而使第一、第二和第三压延负荷变量能在第一、第二和第三控制器之间相互交流，以计算各个辊子间隙的变量。
全文摘要
一种用于检控压延机辊子间隙的装置，所述的检控装置包括一个用于检测第一和第二辊子之间的压延负荷变量的负荷测量装置、一个用于增加/减少辊子间隙的辊轴位置调节装置和一个根据压延负荷变量计算辊子间隙变量并触发辊轴位置调节装置，以抵消辊子间隙变量的控制器。本发明计算出第一和第二辊子以及支承这些机辊子的结构零件的弹簧常数，并将压延负荷变量除以弹簧常数，所得的商值即为辊子间隙变量。
文档编号B29C43/24GK1076652SQ9310289
公开日1993年9月29日 申请日期1993年3月9日 优先权日1992年3月10日
发明者原田荣一, 浦川正明, 漆原光之, 月井克 申请人:石川岛播磨重工业株式会社