輥式矯直過程中的電動機功率曲線測量及分析*

李樂毅

(四川建筑職業技術學院 機電與信息工程系，四川 德陽 618000)

0 引言

輥式矯直是重要的金屬板材加工工藝，一方面，它可以降低板材已有的不平度并改善板型缺陷；另一方面，還可以減輕金屬板內的殘余應力，為金屬板材的后續加工與使用消除隱患[1-6]。目前，針對輥式矯直過程中的矯直力、接軸扭矩與輥間張力等參數的測量與分析研究很多，也取得了一定的成果，但針對輥式矯直過程中電動機功率的測量與分析實驗尚處于空白，因此，本文設計了一種輥式矯直過程中電動機功率的測量方法，并分析了其功率曲線特征，為提高矯直生產效率與質量提供了參考。

1 電動機功率測量實驗

1.1 實驗原理

實驗選用的輥式矯直機為11輥矯直機，其電動機傳動系統如圖1所示。由圖1可知，該矯直機由1#和2#兩臺600 kW交流電動機同時驅動11根萬向接軸，其中1#電動機在入口側，同時驅動5根萬向接軸；2#電動機在出口側，同時驅動6根萬向接軸。

圖1 輥式矯直機電動機傳動系統

實驗過程中的電動機功率采用間接方法進行測量，其具體原理如下：首先在萬向接軸處貼電阻應變片用于測量輥式矯直過程中的應變值；然后，做電動機功率與萬向接軸上應變值之間的標定實驗，即測量出不同電動機功率值對應的萬向接軸應變值，并保存為動態響應數據庫；接著，進行板材的輥式矯直實驗，通過測量出的萬向接軸應變值變化并利用動態響應數據庫記錄電動機的功率曲線。

1.2 實驗裝置

用于測量輥式矯直過程中應變值的全橋電阻應變片集中貼在萬向接軸的中間位置，如圖2所示。其原因主要有兩點：①在輥式矯直過程中，萬向接軸的中間位置相較于其他部位應變變化更為均勻，所測得的數據更加合理[7]；②因為實驗所選用的輥式矯直機萬向接軸之間排布非常緊密，其前后段空間較小，安裝在前后段不利于后期的維護和保養。全橋電阻應變片安裝完畢后，還需要在外部涂刷防潮液，引出屏蔽導線并安裝在分速齒輪箱輸出聯軸器的銅制集電環上，接著用導線將銅制集電環與隔離放大裝置(如圖3所示)連接。輥式矯直過程中由全橋電阻應變片采集的應變信號經隔離與放大后再傳輸至中央處理電腦進行連續的記錄和儲存，最后通過動態響應數據庫記錄電動機的功率曲線。在實驗過程中安裝隔離放大裝置一方面是因為輥式矯直過程中環境比較惡劣，隔離放大裝置能消除部分因外界環境影響而產生的虛假噪聲應變；另一方面，在輥式矯直過程中，全橋電阻應變片采集到的應變值在傳輸過程中會存在衰減，需要隔離放大裝置進行放大顯示和記錄。

圖2 實驗裝置 圖3 隔離放大裝置

2 實驗結果分析

輥式矯直實驗過程中，矯直輥距為100 mm，輥徑為95 mm，入口處輥縫值為4.5 mm，出口處輥縫值為5.8 mm；被矯板材選用Q345板，外形尺寸為1 200 mm×600 mm×6 mm。實驗得到的入口處和出口處電動機功率曲線分別如圖4和圖5所示。

圖4 入口處電動機功率曲線

圖5 出口處電動機功率曲線

由圖4和圖5可知：在輥式矯直過程中，兩臺電動機的功率曲線都在發生動態變化，其中最主要的原因是由于在輥式矯直過程中Q345板的屈服強度也在動態改變。通常來說，金屬板材輥式矯直過程中的參數設定都是依照理論計算的結果，如此形成的包括板材屈服強度在內的矯直參數數據庫能基本滿足鋼廠對出廠板材質量的要求[8-10]。

目前，許多大型的鋼廠都在進一步豐富他們的矯直參數數據庫，其中最重要的一環就是鋼廠對多種被矯板材進行拉伸實驗，用來確定其在不同環境下的屈服強度值，這對提高被矯板材的質量有極大的促進作用，但仍然存在許多缺陷。一方面是由于影響被矯板材屈服強度值的因素有很多，其中最重要的兩個因素是矯直溫度與變形速率，但是，目前在矯直過程中通常用被矯板材在某個溫度范圍內的屈服強度值來確定矯直參數，但板材在實際矯直過程中，經常會由于溫度的變化而導致其屈服強度值也同樣發生改變，如此一來，降低了板材的矯后質量，進而導致出廠板材的板型有不平度波動；另一方面，如果被矯板材是新型金屬材料，其屈服強度數據不在數據庫中，那么在正式輥式矯直前，只能由技術人員憑借經驗經多次調試后才能選定矯直參數，如輥縫等，這不僅會降低生產效率，還會使矯后的板材質量難以控制。所以在工廠的實際生產過程中，可以嘗試建立電動機功率曲線與被矯板材屈服強度值之間的對應關系，如果被矯板材的屈服強度值在原有的數據庫中，則正常進行矯直參數設定；但如果被矯板材的屈服強度值超過了數據庫的范圍，就可以依照電動機功率曲線與被矯板材屈服強度值之間的對應關系指導并調節矯直參數的設定，使數據庫的模型更加豐富，進而提高新型板材矯直的生產效率與矯后質量。

依照上述思想，可以建立起電動機功率曲線與矯直輥縫值之間的動態調整模型，如圖6所示。第一步，被矯板材進入矯直前準備階段，通過原有數據庫模型與預設的屈服強度值在線計算矯直輥縫，完成相關參數設定；第二步開始正式矯直，同時監測矯直過程中的電動機功率波動，如果電動機功率曲線與預設屈服強度值對應的曲線相符，則繼續進行矯直，否則則退出矯直過程，在電動機功率模型中依照實際電動機功率曲線對應的屈服強度值重新設定矯直輥縫和相關參數，開始新的矯直過程；第三步完成所有輥式矯直過程，進入下一道工序。

圖6 電動機功率曲線與矯直輥縫值之間的動態調整模型

3 結語

本文提出了一種測量輥式矯直過程中電動機功率曲線的方法，并分析了造成電動機功率曲線波動的原因，主要是由于矯直過程中板材屈服強度的改變，最后提出可以通過建立電動機功率曲線與矯直輥縫值之間的動態調整模型，進而提高新型板材矯直的生產效率與矯后質量。