1、板带轧机系统自动控制,1,板带轧机系统自动控制,1,燕山大学 机械工程学院,板带轧机系统自动控制,2,2,3.1 轧件厚度波动的原因3.2 机座的弹性变形和弹跳方程3.3 轧件塑性变形与塑性方程3.4 轧机弹塑性曲线（P-h图）的应用3.5 纵向厚差方程3.6 轧机等效纵向刚度3.7 板厚检测3.8 板厚控制系统的基本类型及其数学模型3.9 板带热连轧厚度自动控制简介3.10 板带冷连轧厚度自动控制简介,第3章 板厚控制,第五讲,板带轧机系统自动控制,3,3,3.1 轧件厚度波动的原因,造成轧件厚度波动的原因可以分为如下三大类：（1）由轧件本身工艺参数波动造成。来料头尾温度不均、水印、来料厚度
2、不均、化学成分偏析造成的硬度（变形阻力）不均等。（2）由轧机参数变动造成。支撑辊偏心、轧辊热膨胀、轧辊磨损、轴承油膜厚度变化等。（3）由于工艺等其他原因造成的厚差。不同轧制乳液以及不同速度条件下轧辊-轧件间轧制摩擦系数不同；全连续冷连轧或酸洗-冷轧联合机组工艺产生的楔形过渡段；焊缝通过轧机时造成的厚差等。,板带轧机系统自动控制,4,4,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,3.2.1 机座的弹性变形和纵向刚度3.2.2 弹跳方程3.2.3 影响空载辊缝的因素3.2.4 轧机弹性变形曲线的测定3.2.5 轧制速度和轧件宽度对轧机纵向刚度的影响,板带轧机系统自动控制,5,5,3.2.1 机座的弹性变形
3、和纵向刚度,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,轧件进入轧辊辊缝前：轧辊的开口度（空载或原始辊缝）为S0当轧件进入辊缝后：1）在轧制力P的作用下，工作机座在轧辊辊身中部处产生了弹性变形f，辊缝增大，实际压下量减小，轧件出口厚度大于空载辊缝值2）轧辊产生弯曲变形，与轧件接触的轧辊形状呈凹形（假设轧辊原始辊型为圆柱形），沿轧件宽度方向的厚度不均匀，出现横向厚差3）轧后轧件的厚度为 h = S0 + f,板带轧机系统自动控制,6,6,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,机座弹性变形示意图,两大部分： 1）轧辊（或辊系）的变形，包括轧辊的弯曲变形和弹性压扁。 2）除轧辊以外的各受力零件的变形，包括轧辊轴承
4、和轴承座、垫块、压下装置等零件产生的压缩变形，机架立柱的拉伸变形和机架横梁的弯曲变形等。,3.2.1 机座的弹性变形和纵向刚度,板带轧机系统自动控制,7,7,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,机座弹性变形曲线,机座（轧机）的纵向刚度模数： M = tg = P/f,3.2.1 机座的弹性变形和纵向刚度,板带轧机系统自动控制,8,8,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,机座的弹跳方程： h S0 + P/M轧件厚度（h）空载辊缝（S0）轧制压力（P）轧机纵向刚度模数（M）,3.2.2 弹跳方程,板带轧机系统自动控制,9,9,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,3.2.2 弹跳方程,人工零位的机座弹性
5、变形曲线,h = S0 + (P P0)/M考虑轧辊液体摩擦轴承油膜厚度变化的影响： h = S0 + (P P0)/M ( 0) ( 0) = 2k( ),板带轧机系统自动控制,10,10,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,实际的空载辊缝S0或人工零位后空载辊缝指示值S0主要取决于压下装置的调整位置支撑辊偏心的影响它是周期性变化的，其频率与轧辊转速成正比。轧辊和机座零件的温度上升产生的热膨胀轧制过程中轧辊的磨损轧制过程中，轧辊不断地磨损，使辊缝发生变化或“漂移”。,3.2.3 影响空载辊缝的因素,板带轧机系统自动控制,11,11,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,（1）轧制法在保持空载辊缝不
6、变的条件下，轧制不同厚度的轧件，测出轧制压力P和轧后的轧件厚度h。,3.2.4 轧机弹性变形曲线的测定,S0,P,h,h,P,板带轧机系统自动控制,12,12,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,（2）轧辊压靠法没有轧件，工作辊直接接触。保持轧辊旋转的情况下，调节压下螺丝，使两个工作辊压靠力逐渐增加。将压下螺丝的移动量（相当于机座的弹性变形量）与压下时的压力（相当于轧制压力）一一对应。,3.2.4 轧机弹性变形曲线的测定,P,h,P,A,O,S,板带轧机系统自动控制,13,13,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,（1）轧制速度对轧机纵向刚度的影响,3.2.5 轧制速度和轧件宽度对轧机纵向刚度的影
7、响,板带轧机系统自动控制,14,14,3.2 机座的弹性变形和弹跳方程,（2）轧件宽度对轧机纵向刚度的影响 M = ML (L b) ML全辊身长度接触（b=L）时的纵向刚度模数； L 轧辊辊身长度； b 轧件宽度； 轧件宽度对纵向刚度模数的影响系数（修正系数）。,3.2.5 轧制速度和轧件宽度对轧机纵向刚度的影响,板带轧机系统自动控制,15,15,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,从轧件的角度考虑，轧制压力受轧件厚度、张力、摩擦系数和轧件变形抗力等诸多因素的影响。P = Pmbl = Pmb 在轧件宽度和轧辊半径一定的条件下，轧制压力实际上是轧件厚度、张力、摩擦系数和轧件变形抗力等因素的函数。
8、 P = P(H、h、Tf、Tb、s),3.3.1 轧制压力及其影响因素3.3.2 轧件塑性变形曲线和塑性方程3.3.3 不同轧制条件对塑性变形曲线的影响,板带轧机系统自动控制,16,16,3.3.1 轧制压力及其影响因素,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,1. 轧制压力的作用方向,板带轧机系统自动控制,17,17,3.3.1 轧制压力及其影响因素,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,2. 影响轧制压力的主要因素（1）相对压下量（2）轧件的塑性变形抗力（3）张力（4）接触表面摩擦系数,板带轧机系统自动控制,18,18,3.3.1 轧制压力及其影响因素,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,2. 影响轧制压
9、力的主要因素（1）相对压下量在其它条件一定的情况下，随着相对压下量的增加，轧制压力增大。这是由于随相对压下量的增加，不仅变形区长度增加，而且单位轧制压力也增加。,板带轧机系统自动控制,19,19,3.3.1 轧制压力及其影响因素,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,2. 影响轧制压力的主要因素（2）轧件的塑性变形抗力一定变形温度、变形速度和变形程度的条件下，单向拉伸（或压缩）的屈服极限（又称真实应力）。与材料的性质、变形温度、变形速度和变形程度有关，与应力状态的种类无关。塑性变形抗力是度量金属抵抗变形的能力的力学指标。对轧制而言，随着轧件的塑性变形抗力的增加，使其产生塑性变形所需的轧制压力增大。,
10、板带轧机系统自动控制,20,20,3.3.1 轧制压力及其影响因素,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,2. 影响轧制压力的主要因素（3）张力采用张力轧制是冷轧板带的工艺特点之一。采用张力轧制可以使轧制压力显著降低，并且张力越大，轧制压力越小。不论前张力还是后张力，都能使轧制压力减小，但后张力的作用效果更明显。,板带轧机系统自动控制,21,21,3.3.1 轧制压力及其影响因素,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,2. 影响轧制压力的主要因素（4）接触表面摩擦系数轧辊与轧件间接触表面的摩擦系数对轧制压力的影响也很大。摩擦系数越大，轧制压力也越大。热轧时的摩擦系数主要与轧辊表面粗糙度、轧制温度和轧制速度
11、有关。冷轧时的摩擦系数主要与润滑剂的种类、轧辊表面粗糙度、轧制速度及温度有关。,板带轧机系统自动控制,22,22,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,3.3.2 轧件塑性变形曲线和塑性方程,轧制压力是轧件厚度、张力、摩擦系数和轧件变形抗力等因素的函数。 P = P(H、h、Tf、Tb、s)把除h以外的所有变量视为常量时，可以得到轧制压力P和轧后轧件厚度h的关系曲线，称为轧件的塑性变形曲线。 P = f (h),板带轧机系统自动控制,23,23,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,3.3.2 轧件塑性变形曲线和塑性方程,轧件塑性变形曲线的斜率，称为轧件的塑性刚度系数。W = P = W(h + H),W
12、 = W(H、Tf、Tb、s) = tg,板带轧机系统自动控制,24,24,塑性刚度： W = W(H、Tf、Tb、s) = tg轧前厚度（H）张力（T，包括前张力和后张力）摩擦系数（ ）轧件塑性变形抗力（ s ）,3.3.3 不同轧制条件对塑性变形曲线的影响,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,板带轧机系统自动控制,25,25,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,1. 轧件轧前厚度在一定的轧制压力下，轧件轧前厚度越薄，塑性曲线越陡，轧件塑性刚度系数W越大，轧制压下量就越小。,3.3.3 不同轧制条件对塑性变形曲线的影响,板带轧机系统自动控制,26,26,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,2. 轧制张力
13、在一定的轧制压力下，张力越大，塑性曲线越平缓，轧件塑性刚度系数W越小，轧后轧件厚度就越薄。,3.3.3 不同轧制条件对塑性变形曲线的影响,板带轧机系统自动控制,27,27,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,3. 轧制时的摩擦系数在一定的轧制压力下，摩擦系数越大，塑性曲线越陡，轧件塑性刚度系数W越大，轧后轧件厚度就越厚。,3.3.3 不同轧制条件对塑性变形曲线的影响,板带轧机系统自动控制,28,28,3.3 轧件塑性变形与塑性方程,4. 轧件的塑性变形抗力在一定的轧制压力下，塑性变形抗力越大，塑性曲线越陡，轧件塑性刚度系数W越大，轧后轧件厚度就越厚。,3.3.3 不同轧制条件对塑性变形曲线的影响,板带轧机系统自动控制,29,29,End,
