【文章內(nèi)容簡介】 TEP7上硬件組態(tài) 和編程。 （ 4）以 500 可逆冷軋機(jī)液壓 AGC 控制系統(tǒng)為例進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，硬件設(shè)備組成，硬件接線圖和通訊部分。最后從 整體上根據(jù)工藝流程要求設(shè)計(jì)了以 S7400PLC 為核心的 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軋制流程的基礎(chǔ)自動(dòng)化。燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 板厚控制的基本理論 機(jī)座的彈性變形與彈跳方程 機(jī)座的彈性變形與縱向剛度 軋制時(shí)，在軋制壓力的作用下，軋機(jī)工作機(jī)座（軋輥及其軸承、壓下裝置和機(jī)架等） 產(chǎn)生一定量的彈性變形。工作機(jī)座的彈性變形將影響軋輥的開口度和軋輥的形狀 ，從而對軋制產(chǎn)品的精度造成影響。 假設(shè)軋件進(jìn)入軋輥輥縫前，空載輥縫為 0S ；當(dāng)軋件進(jìn)入輥縫后，在軋制力 P 的作用下，工作機(jī)座在軋輥輥身中部處產(chǎn)生了彈 性變形 f ，使輥縫增大，同時(shí)軋輥產(chǎn)生彎曲變形，使與軋件接觸的軋輥形狀呈凹形 [11]。彈性變形的結(jié)果使實(shí)際壓下量減小，軋件出口厚度大于空載輥縫值，沿軋件寬度方向的厚度不均勻，即出現(xiàn)橫向厚差。軋后的軋件厚度為 0h S f?? (21) 式中 h ——軋后的軋件厚度 (簡稱軋件厚度 )(m)； 0S ——軋輥空 載輥縫 (m)； f ——機(jī)座彈性變形 (機(jī)座在軋輥輥身中部處的彈性變形 )(m)。 可見，要得到厚度為的 h 軋件，應(yīng)把空載輥縫 0S 調(diào)整到比軋件厚度 h 小一個(gè)機(jī)座彈性變形量 f 的量值上。 機(jī)座的彈性變形與軋制壓力有關(guān)。圖 22表示了機(jī)座彈性變形量 f 與軋制壓力 P 之間的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，在軋制壓力較小時(shí)，機(jī)座彈性變形與軋制壓力呈曲線關(guān)系，這是由于機(jī)座各零件之間的接觸面凹凸不平和軋輥的非線性接觸變形造成的。當(dāng)軋制壓力 P 達(dá)到一定數(shù)值后，機(jī)座彈性變形與軋制壓力就呈直線關(guān)系。由于通常都不再低負(fù)荷區(qū)軋制，故一般都把彈性變形曲線看成是線性的。機(jī)座彈性變形曲線直線段的斜率，稱為機(jī)座的縱向剛度模數(shù)或稱為軋件的縱向剛度模數(shù)，可表示為： PM thf? ???? (22) 第 2 章 板厚控制的基本理論 5 式中 M ——軋機(jī)縱向剛度模數(shù) (N/m)； P? ——軋制壓力的變化量 (N)； f? ——彈性變形的變化量 (m)。 hsppH 圖 21 彈跳現(xiàn)象 α f?p0s f hp/ m/ N h 圖 22 機(jī)座彈性變形曲線 由式 (22)可見，機(jī)座縱向剛度模數(shù)的物理意義是使機(jī)座產(chǎn)生 1m彈性變形所需的軋制壓力，它表示了機(jī)座抵抗彈性變形的能力。 機(jī)座彈性變形量的大小與軋制壓力和機(jī)座縱向剛度模數(shù)有關(guān)。在軋制過程中，如果軋制壓力有波動(dòng)，則機(jī)座彈性變形也產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)。在保持空燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 載輥縫不變的條件下，就會(huì)造成軋件厚度沿長度方向發(fā)生變化，產(chǎn)生縱向厚差 [12]。因此，在現(xiàn)代板帶軋機(jī)上設(shè)置了厚度控制裝置，使軋機(jī)在軋制過程中能夠調(diào)整輥縫，控制軋件的縱向厚差。 由式 (22)可見，在一定的軋 制壓力波動(dòng)條件下，機(jī)座的縱向剛度 模數(shù)越大，則機(jī)座彈性變形的波動(dòng) 就越小，由此造成的軋件縱向厚差也就越小。因此，一般認(rèn)為，機(jī)座縱向剛度模數(shù)越大，表明軋機(jī)控制軋件縱向厚差的能力就越強(qiáng) [14]。 彈跳方程 由圖 22可見，軋后的軋件厚度 h 可近似的表示為 MPSh ?? 0 (23) 式中 P——軋制壓力 (N)。 式 (23)稱為機(jī)座的彈跳方程，它表示了軋件厚度與空載輥縫、軋制壓力和軋機(jī)縱向剛度模數(shù)之間的關(guān)系。 由于機(jī)座各零部件間的非線性接觸變形不穩(wěn)定，每次換輥之后都有變化，故彈跳曲線的非直線部分經(jīng)常是變化的。因此，在實(shí)際中很難應(yīng)用。為了消除這種影響，采用了人工零位的方法進(jìn)行軋制。在軋制前，先將軋輥預(yù)壓靠到一定的壓力 0P ，并將此時(shí)的軋輥輥縫指示器讀數(shù) 設(shè)為零，稱為人工零位。圖 23的彈跳曲線 39。A 是預(yù)壓靠曲線。在零點(diǎn)處軋輥開始接觸 ， 當(dāng)壓靠力為 0P 時(shí)，軋輥空載輥縫為 S? ，是一個(gè)負(fù)值。以此點(diǎn)作為人工零位，即將壓靠力為 0P 時(shí)的軋輥輥縫指示器讀數(shù)設(shè)為零 (即清零 )。顯然，當(dāng)壓靠力等于零時(shí)，實(shí)際的空載輥縫為零，而輥縫指示器讀數(shù)則為 S 。如果軋輥繼續(xù)上升，當(dāng)實(shí)際的空載輥縫為 0S 時(shí)，輥縫指示器讀數(shù)則為 039。0 SSS ?? 。曲線 A 在此輥縫下的記做彈跳曲線，它與壓靠曲線 39。A 是完全對成的。當(dāng)軋制壓力為 0P 時(shí)，機(jī)座彈性變形為 S ，有載實(shí)際輥縫為 039。0 SSS ?? 。考慮到軋輥液體摩擦軸承油膜厚度變化的影響，精確的彈跳方程可表示為： 39。 000()PPhS M ???? ? ? ? (24) 式 中 39。0S ——人工零位后的空載輥縫指示值 (m)； 第 2 章 板厚控制的基本理論 7 0P ——人工零位時(shí)的預(yù)壓靠力 (N)； ? —— 液體摩擦軸承油膜厚度 (m)； 0? ——對應(yīng)于人工零位時(shí)的油膜厚度 (m)。 0 同 零 位 pP0ps s0s0? 0s?h hA? A0ppM?/ m/ N 圖 23 人工零位時(shí)彈跳曲線 人工零位后空載輥縫指示值可表示為 00S S S??? (25) 式中 S——預(yù)壓靠力或軋制壓力為 0P 時(shí)的機(jī)座彈性變形量。 軋輥液體摩擦軸承油膜厚度變化量 0??? 與軋制力和工作輥轉(zhuǎn)速有關(guān)，可按式 (26)計(jì)算 00 02 ( )nnk PP??? ? ? (26) 式中 n——工作輥轉(zhuǎn)速 (r/min)； 0n ——人工零位時(shí)的工作輥轉(zhuǎn)速 (r/min)； k——常數(shù)，決定于軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)，由試驗(yàn)確定。 實(shí)際的空載輥縫 0S 或人工零位后空載輥縫指示值 0S 主要取決于壓下裝燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 置的調(diào)整位置 [15]。此外，還與以下因素有關(guān)： (1)支承輥偏心的影響，它是周期性變化的，其頻率與軋輥轉(zhuǎn)速成正比； (2)軋制過程中， 軋輥和機(jī)座零件的溫度都有所升高，產(chǎn)生熱膨脹，對輥縫造成影響； (3)軋制過程中，軋輥不斷的磨損，使輥縫發(fā)生變化或 “飄移 ”； 軋件的塑性變形與塑性方程 軋制壓力及其影響因素 在軋制過程中，軋件在軋輥間承受軋制壓力的作用而產(chǎn)生彈性變形。與此同時(shí)，軋件也給軋輥以大小相等的反作用力。影響軋制壓力的主要因素包括： (1)相對壓下量 在其它條件一定的情況下，隨著相對壓下量的增加，軋制壓力增大。這是由于隨 著 相對壓下量的增加，不僅變形區(qū)長度增加，而且單位軋制壓力也增加。 (2)軋件的塑性變形抗力 金 屬的塑性變形抗力是指在一定變形溫度、變形速度和變形程度條件下，單向拉伸 (或壓縮 )的屈服極限 (又稱真實(shí)應(yīng)力 )，一般用 S? 表示。金屬的塑性變形抗力僅與材料的性質(zhì)、變形溫度、變形速度和變形程度有關(guān)，而與應(yīng)力狀態(tài)的種類無關(guān)。 (3)張力 冷軋帶鋼時(shí)由于時(shí)在 室溫下進(jìn)行，其變形抗力大、塑性差，所以冷軋帶鋼時(shí)的軋制壓力大，為 保證帶鋼平直， 減小 軋制壓力，冷軋帶鋼都采用張力軋制。采用張力軋制使軋制壓力顯著降低，并且張力越大，軋制壓力越小。不論前張力或后張力均使軋制壓力減小，但后張力 的作用效果更大。 (4)接觸表面摩擦系數(shù) 軋輥與軋件間接觸表面的摩擦系數(shù)對軋制壓力的影響也很大。摩擦系數(shù)越大，軋制壓力越大 [16]。冷軋的摩擦系數(shù)主要與潤滑劑的種類、軋輥表面粗糙度、軋制速度及溫度有關(guān)。一般而言，隨軋制速度的提高，摩擦系數(shù)降低。冷軋時(shí)，軋制溫度越高，摩擦系數(shù)越大。 軋件塑性變形曲線和塑性方程 軋制力的計(jì)算公式為 第 2 章 板厚控制的基本理論 9 ? ?? ? ? ?mmP P b l P b R H h (27) 式中 mP ——平均單位軋制壓力 (N/m2)； l——變形區(qū)長度 (m)； R——軋輥半徑 (m)； H——軋件軋 制 前厚度 (m)。 在一定的軋件寬度和軋輥半徑條件下，軋制壓力實(shí)際上是軋件厚度、張力、摩擦系數(shù)和軋件變形抗力等 因素的函數(shù)，因此可表示為 ? ?10, , , , , sP P h h T T ??? (28) 式中 1T——前張力； 0T ——后張力； ? ——摩擦系數(shù)； s? ——軋件不變形抗力。 上述的軋制壓力方程是關(guān)于軋后軋件厚度 h 的非線性方程。當(dāng)把除 h以外的所有變量都視為常量時(shí)，軋制壓力 P 與軋后軋件厚度 h 的關(guān)系曲線稱為軋件的塑性變形曲線。如圖 24所示，其關(guān)系式稱為軋件的塑性方程，可表示為 (29) 軋件塑性變形曲線的斜率，稱為軋件的塑性剛度系數(shù)，可表示為 (210) 式中 W——軋件塑性剛度系數(shù) (N/m)。 軋件塑性變形曲線是 非線性的，但在一般軋機(jī)使用的壓下量范圍內(nèi)基本是線性的，因此，軋件的塑性方程可近似的表示為 ? ?HP W h a? ? ? (211) 式中 h? ——壓下量 (m)， h H h? ? ? ； Ha ——軋制壓力直線段延長線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)離塑性曲線原點(diǎn)之間的距離 (m)。 PW h????? ?P f h?燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 軋件塑性剛度系數(shù) W 反映了軋件的難易程度，它與一系列因素有關(guān)，在塑性曲線的近似直線段范圍內(nèi)，可表示為 ? ?01, , , , ,sW W H T T t g? ? ??? (212) 式中 ?——軋制壓力直線段延長線與橫坐標(biāo)軸的交角。 軋件的塑性變形曲線及軋件塑性剛度系數(shù)可以通過試驗(yàn)得到。在軋件軋前厚度、張力、摩擦系數(shù)及變形抗力等不變的條件下，改變軋機(jī)軋后厚度 h ，可測得一系列相對應(yīng)的軋制壓力 P 。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，即可繪制成軋件塑性變形曲線，進(jìn)而得到軋件塑性剛度系數(shù)。 phh h?aHHp ?/ N0/ m 圖 24 軋件塑性變形曲線 軋制彈塑曲線的應(yīng)用 帶材軋制過程既是軋機(jī)產(chǎn)生彈性變形的過程 又是軋件產(chǎn)生塑性變形的過程 。 我們可以通過軋機(jī)的彈跳方程和軋件的塑性變形線來描述這兩個(gè)過程。兩曲線匯于同一坐標(biāo)系可以得出板材厚度隨著軋制力的變化過程。由 此可見，板帶厚度控制實(shí)質(zhì)就是無論軋制條件如何變化，總要使兩曲線的交點(diǎn)在恒定的厚度值上，這樣就可以得到高精度的板帶材。由此可加， P—H圖的運(yùn)用是板帶材 厚度控制的基礎(chǔ) [18]。 P—H圖直觀地表示了機(jī)座彈性變形和軋件塑性變形的情況，利用它可以綜合研究變形區(qū)軋件與軋機(jī)間的相互作用力與變形的關(guān)系。 第 2 章 板厚控制的基本理論 11 而在實(shí)際的軋制過程中，影響上述兩條曲線交點(diǎn)變化的因素（即影響板材厚度變化的因素）很多，主要來自軋機(jī)和軋件兩方面，軋機(jī)方面的因素有：加大輥縫的軋機(jī)工作機(jī)座的彈性變形，支撐輥的偏心導(dǎo)致軋輥旋轉(zhuǎn)一周輥縫產(chǎn)生的周期性變化，軋輥的熱膨脹和磨損而使輥縫發(fā)生變化，以及支撐輥動(dòng)壓軸承由于速度變化而引起的油膜厚度的變化等。軋件方面的因素有：胚料厚度的變化、變形抗力和材料張力變化等。 彈 性 曲 線塑 性 曲 線00s39。0SMPP 0?h h?H hp0p 圖 25 彈塑性曲線疊加的 P—H 現(xiàn)代軋制理論是采用彈 性曲線和 塑 性 曲線來研究軋制過程的，由軋機(jī)的彈跳方程可知，軋后軋件厚度主要取決于空載輥縫、軋制壓力、軋機(jī)的縱向剛度模數(shù)和軸承油膜厚度這四 個(gè) 因素，因此我們可以重點(diǎn)分析這四個(gè)因素。 (1)空載輥縫的變化。 軋輥的偏心、磨損和熱膨脹等都會(huì)使實(shí)際的空載輥縫 0s 發(fā)生變化，從而使軋件的軋后厚度產(chǎn)生波動(dòng)。如圖 26所示，當(dāng)空載輥縫由 0s 變化到 01s 或 02s時(shí)，彈跳曲線位置將 A平移到 1A 或 2A ，軋件厚度由 h變化到 1h 或 2h 。 (2)軋制壓力的波動(dòng)。 軋制壓力 P的波動(dòng)是造成軋件厚度波動(dòng)的主要原因。所有影響軋制壓力的因素都會(huì)