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一种型 钢矫直机及其控制方法

阅读：289发布：2021-11-19

专利汇可以提供一种型钢矫直机及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种型钢矫直机，所述的矫直机(3)的矫直生产线包括矫直机机前辊道(6)、矫直机机后辊道(10)，在所述的矫直机机前辊道(6)与矫直机(3)之间，设置矫直机机前夹送辊(2)；在所述的矫直机(3)与矫直机机后辊道(10)之间，设置矫直机机后夹送辊(4)。本发明还公开了该型钢矫直机的控制方法。采用上述技术方案，在线型钢矫直机前后各增加一台夹送辊，大大提高了矫直机的矫直能力，该方案的投资费用非常低，并且两台夹送辊的设备安装与调试基本不占用生产时间，是一种极其经济、高效的改造方法。，下面是一种型钢矫直机及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种型钢矫直机，所述的矫直机(3)的矫直生产线包括矫直机机前辊道(6)、矫直机机后辊道(10)，其特征在于：在所述的矫直机机前辊道(6)与矫直机(3)之间，设置矫直机机前夹送辊(2)；在所述的矫直机(3)与矫直机机后辊道(10)之间，设置矫直机机后夹送辊(4)。
2.按照权利要求1所述的型钢矫直机，其特征在于：所述的矫直机机前夹送辊(2)和矫直机机后夹送辊(4)均采用变频电动机并经减速机对其进行驱动。
3.按照权利要求1所述的型钢矫直机，其特征在于：在冷床输出辊道出口处与所述的矫直机机前辊道(6)之间，设置一号检测器(5)。
4.按照权利要求1所述的型钢矫直机，其特征在于：在所述的矫直机机前辊道(6)与矫直机机前夹送辊(2)之间，设置二号检测器(7)。
5.按照权利要求1至4所述的型钢矫直机的控制方法，其特征在于：所述的控制方法的控制程序包括以下控制单元：
1)、功能块TXJJNC01和TXJJNC02构成矫直机过载状态监测单元；
2)、功能块TXJJNC03构成矫直机机前夹送辊(2)负载状态监测单元；
3)、功能块TXJJNC04构成矫直机机后夹送辊(4)负载状态监测单元；
4)、功能块TXJJNC05和TXJJNC06构成矫直机轻载状态监测单元；
5)、功能块TXJJNC07、TXJJNC08、TXJJNC10、TXJJNC12、TXJJNC14、TXJJNC20以及TXJJNC22构成矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制单元；
6)、功能块TXJJNC07、TXJJNC09、TXJJNC11、TXJJNC13、TXJJNC15、TXJJNC21以及TXJJNC23构成矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制单元；
7)、功能块TXJJNC16、TXJJNC17以及TXJJNC18构成矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制投切单元；
8)、功能块TXJJNC16、TXJJNC17以及TXJJNC19构成矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制投切单元。
6.按照权利要求5所述的型钢矫直机的控制方法，其特征在于：在自动方式下，矫直机(3)及矫直机机前夹送辊(2)和矫直机机后夹送辊(4)的速度控制方式为：
轧件(1)以低速即穿线速度通过矫直机(3)及夹送辊；当轧件(1)头部离开矫直机机后夹送辊(4)时，矫直机(3)及其前后夹送辊同步升速至正常矫直速度；而待轧件(1)尾部脱离矫直机机后夹送辊(4)时，矫直机(3)及其矫直机机前夹送辊(2)和矫直机机后夹送辊(4)同步减速至轧件(1)穿线速度，等待下一根轧件(1)穿线矫直；
所述矫直机过载状态监测单元通过双向数值超差检测功能块TXJJNC01首先获得矫直机传动电动机的过载状态信息，并将该过载状态信息经前沿延时功能块TXJJNC02延时3秒钟，该段时间大于矫直机的升速时间；若该过载状态信息经该段时间延时后仍然存在，则表明矫直机传动机构处于稳态过载状态。
7.按照权利要求5所述的型钢矫直机的控制方法，其特征在于：
当矫直机处于过载状态，即矫直机传动电动机电流大于或等于110％电动机额定电流，矫直机机前夹送辊(2)处于非过载状态，即矫直机机前夹送辊(2)传动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流，并且矫直机机前夹送辊(2)的前热检即二号检测器(7)捡得时，矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC08的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC12使能，这时，若矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制投切单元输出即功能块TXJJNC18的输出状态为‘1’，则矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC20开始正向累加计数，由此使矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正值逐渐增大，这样，矫直机机前夹送辊(2)通过轧件(1)对矫直机各矫直辊施加的推应力逐渐增大，直至矫直机退出过载状态，即矫直机传动电动机电流小于或等于90％电动机额定电流，或矫直机机前夹送辊(2)传动电动机处于满载状态，即矫直机机前夹送辊(2)传动电动机电流大于或等于105％电动机额定电流。
8.按照权利要求5所述的型钢矫直机的控制方法，其特征在于：
当矫直机处于过载状态、矫直机机后夹送辊(4)处于非过载状态，并且矫直机机后夹送辊(4)后热检即四号检测器(9)捡得时，矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC09的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC13使能，这时，若矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC21开始正向累加计数，由此使矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正值逐渐增大，这样，矫直机机后夹送辊(4)通过轧件(1)对矫直机各矫直辊施加的拉应力逐渐增大，直至矫直机退出过载状态或矫直机机后夹送辊(4)传动电动机处于满载状态，即矫直机机后夹送辊(4)传动电动机电流大于或等于105％电动机额定电流。
9.按照权利要求5所述的型钢矫直机的控制方法，其特征在于：
当矫直机处于轻载状态(即矫直机传动电动机电流小于或等于70％电动机额定电流)、矫直机机前夹送辊(2)处于满载状态，并且矫直机机前夹送辊(2)前热检二号检测器(7)以及矫直机机后夹送辊(4)后热检四号检测器(9)均捡得时，矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC10的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC14使能，这时，若矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC20开始反向累加计数，由此使矫直机机前夹送辊(2)基准速度修正值逐渐减小，这样，矫直机机前夹送辊(2)通过轧件(1)对矫直机各矫直辊施加的推应力逐渐减小，直至矫直机机前夹送辊(2)传动电动机退出满载状态，即矫直机机前夹送辊(2)传动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流；或矫直机达到满载状态，即矫直机传动电动机电流达到100％电动机额定电流。
10.按照权利要求5所述的型钢矫直机的控制方法，其特征在于：
当矫直机处于轻载状态、矫直机机后夹送辊(4)处于满载状态，并且矫直机机前夹送辊(2)前热检二号检测器(7)以及矫直机机后夹送辊(4)后热检四号检测器(9)均捡得时，矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC11的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC15使能，这时，若矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC21开始反向累加计数，由此使矫直机机后夹送辊(4)基准速度修正值逐渐减小，这样，矫直机机后夹送辊(4)通过轧件(1)对矫直机各矫直辊施加的拉应力逐渐减小，直至矫直机机后夹送辊(4)传动电动机退出满载状态，即矫直机机后夹送辊(4)传动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流；或矫直机达到满载状态；
由此得到：通过型钢矫直机与其前后夹送辊间的张应力控制，即提高型钢矫直机的矫直能力。

说明书全文

一种型钢矫直机及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金工业生产设备的技术领域，具体地，本发明涉及型钢矫直机的结构及控制技术。另外，本发明还涉及了所述的型钢矫直机的控制方法。

背景技术

[0002] 目前，小H型钢生产线的型钢矫直机为悬臂式十辊矫直机，10个矫直辊上下交错布置，其下面的5个矫直辊为主动辊，由一台变频电动机(400kW)组合传动，而上面的5个矫直辊为非传动的被动辊。该矫直机最大矫直截面模数为220cm3。

[0003] 对于该生产线所轧制的各种H型钢，由于截面模数均小于矫直机允许的最大矫直截面模数，故此，该矫直机能够在不过载的情况下完成该生产线各种规格品种H型钢的矫
直。

[0004] 后来，为了适应市场的需求，扩大该生产线的轧制品种，该生产线开始试轧国家电网需求的∠250×250×35规格以下等边角钢。由于∠250×250×18规格截面模数为224.03cm3，而∠250×250×35规格截面模数为342.33cm3，两种规格角钢的截面模数均超
出了现有在线型钢矫直机的最大截面模数，这样，在矫直∠250×250×18～∠250×250×
35规格等边角钢时，该在线型钢矫直机传动机构的输出扭矩始终处于过载状态，尤其是在
矫直∠250×250×35规格角钢时，在线型钢矫直机主传动电动机有时达到或略超过175％
的过载限幅状态；并且，矫直机部分主矫辊辊套锁紧机构频繁出现损坏。

[0005] 由此可知，该生产线在线型钢矫直机不具备矫直∠250×250×18～∠250×250×35规格等边角钢的能力。

[0006] 为了使该生产线所轧制的大规格等边角钢得到稳定有效的矫直，一般都认为必须要新增一台矫直截面模数更大的10辊矫直机来替换现有在线的10辊矫直机。而新增一台截
面模数更大的10辊矫直机(包括矫直机辊套和辊片等)的直接投资大约需要2200万元人民
币，而现有在线矫直机及其辊套辊片等附件的折旧损失大约为1000万元人民币，并且新增
矫直机的安装、调试施工需要很长的停产时间。

发明内容

[0007] 本发明提供一种型钢矫直机，其目的是解决现有型钢矫直机的动力不足问题。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0009] 本发明的型钢矫直机，所述的矫直机的矫直生产线包括矫直机机前辊道、矫直机机后辊道，在所述的矫直机机前辊道与矫直机之间，设置矫直机机前夹送辊；在所述的矫直机与矫直机机后辊道之间，设置矫直机机后夹送辊。

[0010] 所述的矫直机机前夹送辊和矫直机机后夹送辊均采用变频电动机并经减速机对其进行驱动。

[0011] 在冷床输出辊道出口处与所述的矫直机机前辊道之间，设置一号检测器。

[0012] 在所述的矫直机机前辊道与矫直机机前夹送辊之间，设置二号检测器。

[0013] 在所述的矫直机机前夹送辊与矫直机之间，设置三号检测器。

[0014] 在所述的矫直机机后夹送辊与矫直机机后辊道之间，设置四号检测器。

[0015] 为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的型钢矫直机的控制方法，其技术方案是：

[0016] 所述的控制方法的控制程序包括以下控制单元：

[0017] 1、功能块TXJJNC01和TXJJNC02构成矫直机过载状态监测单元；

[0018] 2、功能块TXJJNC03构成矫直机机前夹送辊(简称PR1)负载状态监测单元；

[0019] 3、功能块TXJJNC04构成矫直机机后夹送辊(简称PR2)负载状态监测单元；

[0020] 4、功能块TXJJNC05和TXJJNC06构成矫直机轻载状态监测单元；

[0021] 5、功能块TXJJNC07、TXJJNC08、TXJJNC10、TXJJNC12、TXJJNC14、TXJJNC20以及TXJJNC22构成PR1基准速度修正控制单元；

[0022] 6、功能块TXJJNC07、TXJJNC09、TXJJNC11、TXJJNC13、TXJJNC15、TXJJNC21以及TXJJNC23构成PR2基准速度修正控制单元；

[0023] 7、功能块TXJJNC16、TXJJNC17以及TXJJNC18构成PR1基准速度修正控制投切单元；

[0024] 8、功能块TXJJNC16、TXJJNC17以及TXJJNC19构成PR2基准速度修正控制投切单元。

[0025] 在自动方式下，矫直机及PR1和PR2的速度控制方式为：

[0026] 轧件以低速即穿线速度通过矫直机及夹送辊；当轧件头部离开矫直机机后夹送辊时，矫直机及其前后夹送辊同步升速至正常矫直速度；而待轧件尾部脱离矫直机机后夹送
辊时，矫直机及其矫直机机后夹送辊和矫直机机后夹送辊同步减速至轧件穿线速度，等待
下一根轧件穿线矫直；

[0027] 所述矫直机过载状态监测单元通过双向数值超差检测功能块TXJJNC01首先获得矫直机传动电动机的过载状态信息，并将该过载状态信息经前沿延时功能块TXJJNC02延时
3秒钟，该段时间大于矫直机的升速时间；若该过载状态信息经该段时间延时后仍然存在，则表明矫直机传动机构处于稳态过载状态。

[0028] 当矫直机处于过载状态，即矫直机传动电动机电流大于或等于110％电动机额定电流，PR1处于非过载状态，即PR1传动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流，并且
PR1的前热检即二号检测器捡得时，PR1基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC08的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC12使能，这时，若PR1基准速度修正控制投切单元输出即功能块TXJJNC18的输出状态为‘1’，则PR1基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC20开始正向累加计数，由此使PR1基准速度修正值逐渐增
大，这样，PR1通过轧件对矫直机各矫直辊施加的推应力逐渐增大，直至矫直机退出过载状态，即矫直机传动电动机电流小于或等于90％电动机额定电流，或PR1传动电动机处于满载状态，即PR1传动电动机电流大于或等于105％电动机额定电流。

[0029] 当矫直机处于过载状态、矫直机机后夹送辊处于非过载状态，并且矫直机机后夹送辊后热检即四号检测器捡得时，矫直机机后夹送辊基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC09的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC13使能，这时，若矫直机机后夹送辊基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则矫直机机后夹送辊基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC21开始正向累加计数，由此使矫直机机后夹送
辊基准速度修正值逐渐增大，这样，矫直机机后夹送辊通过轧件对矫直机各矫直辊
施加的拉应力逐渐增大，直至矫直机退出过载状态或矫直机机后夹送辊传动电动机处于满
载状态，即矫直机机后夹送辊传动电动机电流大于或等于105％电动机额定电流。

[0030] 当矫直机处于轻载状态即矫直机传动电动机电流小于或等于70％电动机额定电流、PR1处于满载状态，并且PR1前热检二号检测器以及矫直机机后夹送辊后热检四号检测
器均捡得时，PR1基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC10的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC14使能，这时，若PR1基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则PR1基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC20开始反向累加计数，由此使PR1基准速度修正值逐渐减小，这样，PR1通过轧件对矫直机各矫直辊施加的推应力
逐渐减小，直至PR1传动电动机退出满载状态，即PR1传动电动机电流小于或等于95％电动
机额定电流；或矫直机达到满载状态，即矫直机传动电动机电流达到100％电动机额定电
流。

[0031] 当矫直机处于轻载状态、矫直机机后夹送辊处于满载状态，并且PR1前热检二号检测器以及矫直机机后夹送辊后热检四号检测器均捡得时，矫直机机后夹送辊基准速度修正
控制单元中‘与门’功能块TXJJNC11的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC15使能，这时，若矫直机机后夹送辊基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则矫直机机后夹送辊基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC21开始反向累加计数，
由此使矫直机机后夹送辊基准速度修正值逐渐减小，这样，矫直机机后夹送辊通过轧件对
矫直机各矫直辊施加的拉应力逐渐减小，直至矫直机机后夹送辊传动电动机退出满载状
态，即矫直机机后夹送辊传动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流；或矫直机达到
满载状态；

[0032] 由此得到：通过型钢矫直机与其前后夹送辊间的张应力控制，即提高型钢矫直机的矫直能力。

[0033] 本发明采用上述技术方案，在线型钢矫直机前后各增加一台夹送辊，大大提高了矫直机的矫直能力，该方案的投资费用非常低，并且两台夹送辊的设备安装与调试基本不
占用生产时间，是一种极其经济、高效的改造方法。
附图说明

[0034] 附图内容及图中的标记作简要说明如下：

[0035] 图1为本发明的小H型钢矫直机及前后夹送辊布置图；

[0036] 图2为本发明的∠250×250×32角钢的矫直负荷图；

[0037] 图3为本发明的提高型钢矫直机矫直能力的控制程序；

[0038] 图4为本发明的型钢矫直机第n个下矫直辊扭矩和受力分布图；

[0039] 图5为本发明的型钢矫直机前后夹送辊扭矩分布图；

[0040] 图6为本发明的型钢矫直机构传动扭矩限幅控制程序结构图。

[0041] 图中标记为：

[0042] 1、轧件，2、矫直机机前夹送辊，3、矫直机，4、矫直机机后夹送辊，5、一号检测器，6、矫直机机前辊道，7、二号检测器，8、三号检测器，9、四号检测器，10、矫直机机后辊道。

具体实施方式

[0043] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

[0044] 如图1所示的本发明的结构，为一种型钢矫直机。所述的矫直机3的矫直生产线包括矫直机机前辊道6、矫直机机后辊道10。

[0045] 本发明要解决的第一个问题是：

[0046] 为了克服现有技术的缺陷，实现解决现有型钢矫直机的动力不足问题的发明目的，本发明采取的技术方案为：

[0047] 如图1所示，本发明的型钢矫直机，在所述的矫直机机前辊道6与矫直机3之间，设置矫直机机前夹送辊2；在所述的矫直机3与矫直机机后辊道10之间，设置矫直机机后夹送
辊4。

[0048] 矫直机前后夹送辊可采用相同的结构。通常，夹送辊由变频电动机经减速机驱动，夹送辊变频电动机功率的大小取决于所需夹送辊的推拉应力及速度。

[0049] 针对小H型钢生产线在线型钢矫直机矫直∠250×250×18～∠250×250×35规格等边角钢时所出现的问题，本发明提供了一种提高型钢矫直机矫直能力的方法。

[0050] 对于矫直机前后夹送辊而言，不论其结构如何，只要在轧件1夹紧状态下，可对轧件1施加一定的推应力或拉应力即可。

[0051] 鉴于在线型钢矫直机主传动电动机功率为400kW，并且在矫直∠250×250×35规格角钢时，其输出电流有时达到或略超过175％的过载限幅状态，为此，本发明提供的提高型钢矫直机矫直能力的方法，只需要在现有矫直机的前后各增加一台夹送辊；每台夹送辊
的传动电动机功率为110kW，即可使现有矫直机具备矫直∠250×250×35规格以下等边角
钢的能力，而每台夹送辊的投资费用仅为120万元人民币。

[0052] 如图2所示：∠250×250×32角钢的矫直负荷，针对马钢小H型钢矫直机在矫直∠250×250×18～∠250×250×35规格等边角钢所出现的严重过载问题，在保持现有在线矫
直机总体不变的情况下，在现有型钢矫直机的前后各增加一台夹送辊；通过调节这两台夹
送辊的速度，使夹送辊通过轧件1对矫直机各矫直辊产生推拉作用，以此来减轻矫直机各矫直辊辊轴的传动输出扭矩，即减轻矫直机传动机构的输出扭矩。

[0053] 采用该技术方案，矫直机前后夹送辊在减轻矫直机各矫直辊传动输出扭矩的同时，也能适当提高各矫直辊的抗弯矩能力，由此可避免矫直机传动机构部件的严重过载问
题。

[0054] 所述的矫直机机前夹送辊2和矫直机机后夹送辊4均采用变频电动机并经减速机对其进行驱动。

[0055] 在冷床输出辊道出口处与所述的矫直机机前辊道6之间，设置一号检测器5(1号CMD)。

[0056] 在所述的矫直机机前辊道6与矫直机机前夹送辊2之间，设置二号检测器7(2号CMD)。

[0057] 在所述的矫直机机前夹送辊2与矫直机3之间，设置三号检测器8(3号CMD)。

[0058] 在所述的矫直机机后夹送辊4与矫直机机后辊道10之间，设置四号检测器9(4号CMD)。

[0059] 为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的型钢矫直机的控制方法，其技术方案是：

[0060] 在选定好矫直机前后夹送辊后，如何利用矫直机前后夹送辊来提高现有在线矫直机的矫直能力，本发明独立地提供了一种提高型钢矫直机矫直能力的控制程序，其控制程
序结构图如下图3所示。

[0061] 如图3所示：提高型钢矫直机矫直能力的控制程序。在上图3中，LVM为“双向数值超差检测”功能块；

[0062] 当X≥M+HY时，QU为‘1’，QL为‘0’；

[0063] 当M－HY＜X＜M+HY时，QU和QL保持原态；

[0064] 当X≤M－HY时，QU为‘0’QL为‘1’；

[0065] CTR为“双向计数器”功能块，IU和ID分别为正反向计数脉冲输入端，R和S分别为计数器计数值的复位端和设定端，SV为计数器的设定值，LU和LL分别为计数器计数值的上下限，Y为计数器计数值输出端；

[0066] BBF为循环脉冲发生器，脉冲宽度为T、脉冲周期为2T；OR为“或”门；AND为“与”门；NOT为“非”门；PDE为“前沿延时”功能块；MUL为“乘法器”功能块。

[0067] 这种提高型钢矫直机矫直能力的控制程序其设计及控制思想如下：

[0068] 所述的控制方法的控制程序包括以下控制单元：

[0069] 1、功能块TXJJNC01和TXJJNC02构成矫直机过载状态监测单元；

[0070] 2、功能块TXJJNC03构成矫直机机前夹送辊2(简称PR1)负载状态监测单元；

[0071] 3、功能块TXJJNC04构成矫直机机前后夹送辊4(简称PR2)负载状态监测单元；

[0072] 4、功能块TXJJNC05和TXJJNC06构成矫直机轻载状态监测单元；

[0073] 5、功能块TXJJNC07、TXJJNC08、TXJJNC10、TXJJNC12、TXJJNC14、TXJJNC20以及TXJJNC22构成PR1基准速度修正控制单元；

[0074] 6、功能块TXJJNC07、TXJJNC09、TXJJNC11、TXJJNC13、TXJJNC15、TXJJNC21以及TXJJNC23构成PR2基准速度修正控制单元；

[0075] 7、功能块TXJJNC16、TXJJNC17以及TXJJNC18构成PR1基准速度修正控制投切单元；

[0076] 8、功能块TXJJNC16、TXJJNC17以及TXJJNC19构成PR2基准速度修正控制投切单元。

[0077] 以上的1中所述矫直机过载状态监测单元：利用矫直机前后夹送辊实现矫直机传动机构的负载调控，以提高矫直机的矫直能力，这必须要首先判定矫直机传动机构是否处
于过载状态。故此，在该控制程序中设置了矫直机传动机构过载状态监测单元。

[0078] 在自动方式下，矫直机3及PR1和PR2的速度控制方式为：

[0079] 轧件1以低速(即穿线速度)通过矫直机3及夹送辊；当轧件1头部离开PR2时，矫直机3及其前后夹送辊同步升速至正常矫直速度；而待轧件1尾部脱离PR2时，矫直机3及其PR1和PR2同步减速至轧件1穿线速度，等待下一根轧件1穿线矫直；

[0080] 考虑到矫直机及其前后夹送辊由穿线速度升速至正常矫直速度的时间通常只有2秒钟，并且在矫直机加速的过程中，由于矫直辊与轧件1间的滑动摩擦系数变动较大，导致矫直机负载转矩波动较大，这样，在可编程序逻辑控制器(即PLC)上难以完成矫直机的短时动态负载调控。

[0081] 为此，所述控制程序不考虑矫直机短暂升速过程中的负载调控，控制程序中所设立的矫直机传动机构过载状态监测单元仅对矫直机在稳态矫直速度下的过载状态进行监
测。

[0082] 所述矫直机过载状态监测单元通过双向数值超差检测功能块TXJJNC01首先获得矫直机传动电动机的过载状态信息，并将该过载状态信息经前沿延时功能块TXJJNC02延时
3秒钟，该段时间大于矫直机的升速时间；若该过载状态信息经该段时间延时后仍然存在，则表明矫直机传动机构处于稳态过载状态。

[0083] 当矫直机处于过载状态(即矫直机传动电动机电流大于或等于110％电动机额定电流)、PR1处于非过载状态(即PR1传动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流)，并且PR1的前热检即二号检测器7(2号CMD)捡得时，PR1基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC08的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC12使能，这时，若PR1基准速度修正控制投切单元输出即功能块TXJJNC18的输出状态为‘1’，则PR1基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC20开始正向累加计数，由此使PR1基准速度修正值
逐渐增大，这样，PR1通过轧件1对矫直机各矫直辊施加的推应力逐渐增大，直至矫
直机退出过载状态(即矫直机传动电动机电流小于或等于90％电动机额定电流)或PR1传动
电动机处于满载状态(即PR1传动电动机电流大于或等于105％电动机额定电流)。

[0084] 同理，当矫直机处于过载状态、PR2处于非过载状态，并且PR2后热检即四号检测器9(4号CMD)捡得时，PR2基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC09的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC13使能，这时，若PR2基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则PR2基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC21开始正向累加计数，由此使PR2基准速度修正值逐渐增大，这样，PR2通过轧件1对矫直机各矫直辊施
加的拉应力逐渐增大，直至矫直机退出过载状态或PR2传动电动机处于满载状态(即PR2传
动电动机电流大于或等于105％电动机额定电流)。

[0085] 当矫直机处于轻载状态(即矫直机传动电动机电流小于或等于70％电动机额定电流)、PR1处于满载状态，并且PR1前热检二号检测器7(2号CMD)以及PR2后热检四号检测器9
(4号CMD)均捡得时，PR1基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC10的输出状态为
‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC14使能，这时，若PR1基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则PR1基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC20开始反向累加计数，由此使PR1基准速度修正值逐渐减小，这样，PR1通过轧件1对矫直机各矫直辊施加的推应力逐渐减小，直至PR1传动电动机退出满载状态(即PR1传动电动机电流小于或等于
95％电动机额定电流)或矫直机达到满载状态(即矫直机传动电动机电流达到100％电动机
额定电流)。

[0086] 当矫直机处于轻载状态、PR2处于满载状态，并且PR1前热检二号检测器7(2号CMD)以及PR2后热检四号检测器9(4号CMD)均捡得时，PR2基准速度修正控制单元中‘与门’功能块TXJJNC11的输出状态为‘1’，使得该单元中循环脉冲发生器功能块TXJJNC15使能，这时，若PR2基准速度修正控制投切单元输出状态为‘1’，则PR2基准速度修正控制单元的计数器功能块TXJJNC21开始反向累加计数，由此使PR2基准速度修正值逐渐减小，这样，PR2通过轧件1对矫直机各矫直辊施加的拉应力逐渐减小，直至PR2传动电动机退出满载状态(即PR2传
动电动机电流小于或等于95％电动机额定电流)或矫直机达到满载状态；

[0087] 由此可知：通过型钢矫直机与其前后夹送辊间的张应力控制，即可提高型钢矫直机的矫直能力。

[0088] 本发明要解决的第二个问题是：

[0089] 在型钢矫直机前后增加夹送辊目的是为了避免型钢矫直机传动机构在正常矫直大规格型钢时出现传动扭矩过载，但是，当待矫直型钢因尺寸或形状异常(如型钢内并外扩等)而导致矫直机传动机构矫直扭矩严重过载时，在这种情况下，若型钢矫直机通过自身的短时过载能力以及前后夹送辊的推拉作用仍然使该型钢在矫直机中矫直，这将会导致矫直
机主矫区矫直辊辊轴及其轴承座因其垂直剪切力过大而损坏。

[0090] 为此，对于具有前后夹送辊的型钢矫直机构，由矫直机本体及其前后夹送辊共同产生的型钢矫直扭矩必须控制在矫直机本体最大允许输出扭矩的范围以内，或略超一点。
对此，本发明提供了一种具有前后夹送辊的型钢矫直机构传动扭矩限幅的控制方法：

[0091] 型钢矫直机第n个下矫直辊扭矩和受力分布图如图4所示。

[0092] 在图4中：

[0093] 为该矫直辊转速；

[0094] Tidle.STR为该矫直辊空载运行扭矩；

[0095] Tplastic.STR为该矫直辊使型钢产生塑性变形的扭矩，即矫直辊的型钢塑性变形扭矩；

[0096] TD.STR为该矫直辊传动机构输出的电磁扭矩；

[0097] Tσ.PR1和Tσ.PR2分别为矫直机前后夹送辊通过型钢对该矫直辊施加的张应力扭矩，在矫直机前后夹送辊正常工作情况下，Tσ.PR1和Tσ.PR2均与TD.STR同方向；

[0098] FLHΣ.STR为该矫直辊与型钢接触时所受到的水平方向运行阻力；

[0099] Fσ.PR1和Fσ.PR2分别为矫直机前后夹送辊通过型钢对该矫直辊施加的张应力；

[0100] FD.STR为该矫直辊传动机构输出的电磁力；

[0101] FLV.STR为该矫直辊与型钢接触时所受的的垂直方向剪切力。

[0102] 型钢矫直机前后夹送辊扭矩分布图如上图5所示。

[0103] 在图5中：

[0104] nPR为夹送辊转速；

[0105] Tidle.PR1和Tidle.PR2分别为矫直机前后夹送辊的空载运行扭矩；

[0106] Tσ1.STR和Tσ2.STR分别为矫直机矫直辊对矫直机前后夹送辊施加的张应力扭矩，在矫直机前后夹送辊正常工作情况下，Tσ1.STR与TD.PR1方向相反，Tσ2.STR与TD.PR2方向相反；

[0107] Telastic.PR1和Telastic.PR2分别为矫直机前后夹送辊夹持型钢并使型钢产生弹性变形的扭矩，即矫直机前后夹送辊的型钢弹性变形扭矩；

[0108] TD.PR1和TD.PR2分别为矫直机前后夹送辊传动机构输出的电磁扭矩。

[0109] 由图4可知，在型钢正常稳态矫直过程中，矫直辊空载运行扭矩与矫直辊的型钢塑性变形扭矩的方向相同，矫直机前后夹送辊对矫直辊施加的张应力扭矩与矫直辊传动机构
输出的电磁扭矩的方向相同，并且Tidle.STR和Tplastic.STR之和等于Tσ.PR1、Tσ.PR2以及TD.STR之和。

[0110] 从矫直辊的受力分析可知，矫直机前后夹送辊对矫直辊施加的张应力(Fσ.PR1和Fσ.PR2)与矫直辊传动机构输出的电磁力的方向相同，三者之和与矫直辊水平方向运行阻力大小相等方向相反；矫直辊水平方向运行阻力与矫直辊空载运行扭矩以及矫直辊的型钢塑
性变形扭矩之和成正比，矫直机前后夹送辊对矫直辊施加的张应力与矫直机前后夹送辊对
矫直辊施加的张应力扭矩成正比，矫直辊传动机构输出的电磁力与矫直辊传动机构输出的
电磁扭矩成正比。

[0111] 这样，在矫直辊水平方向运行阻力(或矫直辊负载)过大时，通过调节矫直机前后夹送辊对矫直辊施加的张应力大小，使矫直辊传动机构输出的电磁力维持在一定的范围
内，从而使矫直辊传动机构输出的电磁扭矩能够维持在一定的范围内。这也就是说，通过矫直机前后夹送辊对矫直辊的张应力作用可避免矫直机传动机构扭矩过载的问题。

[0112] 对于矫直辊垂直方向剪切力，由图4矫直辊受力分布图可知，矫直辊的垂直方向剪切力同样与矫直辊空载运行扭矩以及矫直辊的塑性变形扭矩之和成正比，但是，由于矫直
机前后夹送辊对矫直辊施加的张应力与矫直辊的垂直方向剪切力相垂直，这样，矫直机前
后夹送辊对矫直辊施加的张应力不但不能调节矫直辊的垂直方向剪切力，反而当待矫直型
钢因尺寸或形状异常(如型钢内并外扩等)而导致矫直辊矫直扭矩(等于Tidle.STR与
Tplastic.STR之和)严重过载时，在这种情况下，若型钢矫直辊通过传动机构的短时过载能力以及矫直机前后夹送辊的推拉作用仍然使该型钢在矫直辊中矫直，这将会导致矫直机主矫区
矫直辊辊轴及其轴承座因承受垂直剪切力过大而损坏。故此，对于型钢矫直机本体及其前
后夹送辊组成的型钢矫直机构，其实际矫直扭矩必须控制在型钢矫直机本体最大允许输出
扭矩的范围以内。

[0113] 为此，本发明提供了一种具有前后夹送辊的型钢矫直机构传动扭矩限幅的控制程序(或控制方法)，其控制程序结构图如图6所示。

[0114] 在图6中：

[0115] NSW为“数字转换开关”功能块，当I＝‘1’时，Y＝X2，当I＝‘0’时，Y＝X1；

[0116] NCM为“数值比较”功能块，当X1＞X2时，QU为‘1’，当X1＝X2时，QE为‘1’，当X1＜X2时，QL为‘1’；

[0117] RSR为“复位端R优先的RS触发器”功能块，当S为‘1’，R为‘0’时，Q为‘1’，QN为‘0’，当S为‘1’，R为‘1’时，Q为‘0’，QN为‘1’，当S为‘0’，R为‘0’时，Q和QN保持原态，当S为‘0’，R为‘1’时，Q为‘0’QN为‘1’；

[0118] SUB为“减法器”功能块，Y＝X1-X2；OR为“或”门；

[0119] AND为“与”门；

[0120] NOT为“非”门；

[0121] Iq.PR1.act和Iq.PR1.N分别为型钢矫直机机前夹送辊传动电机实际电流扭矩分量(对应矫直机机前夹送辊传动电机实际输出扭矩)和额定电流扭矩分量(对应矫直机机前夹送辊传动电机额定扭矩)；

[0122] Iq.PR2.act和Iq.PR2.N分别为型钢矫直机机后夹送辊传动电机实际电流扭矩分量(对应矫直机机后夹送辊传动电机实际输出扭矩)和额定电流扭矩分量(对应矫直机机后夹送辊传动电机额定扭矩)；

[0123] Iq.STR.act和Iq.STR.N分别为型钢矫直机传动电机实际电流扭矩分量(对应矫直机传动电机实际输出扭矩)和额定电流扭矩分量(对应矫直机传动电机额定扭矩)。

[0124] 这种具有前后夹送辊的型钢矫直机构传动扭矩限幅控制程序其设计及控制思想如下：

[0125] 该控制程序主要由四个控制单元所组成，即：

[0126] 1、功能块JJXJNXC01～JJXJNXC03构成的矫直机机前夹送辊张应力扭矩对应的夹送辊传动电机电流扭矩分量(Iσ.PR1.act)计算单元；

[0127] 2、功能块JJXJNXC04～JJXJNXC06构成的矫直机机后夹送辊张应力扭矩对应的夹送辊传动电机电流扭矩分量(Iσ.PR2.act)计算单元；

[0128] 3、功能块JJXJNXC07～JJXJNXC09构成的型钢矫直机构实际矫直扭矩对应的矫直机传动电机电流扭矩分量(Iq.PSTR.act)计算单元；

[0129] 4、功能块JJXJNXC10～JJXJNXC16构成的型钢矫直机构矫直扭矩对应的矫直机传动电机电流扭矩分量(Iq.PSTR.act)严重过载监控单元。

[0130] 由图6可知，在型钢矫直机前后夹送辊正常工作以及矫直机稳态矫直的过程中，矫直机前后夹送辊的负载扭矩主要由夹送辊空载运行扭矩、夹送辊的型钢弹性变形扭矩以及
型钢矫直机矫直辊对矫直机前后夹送辊施加的张应力扭矩三部分组成。

[0131] 矫直机前后夹送辊的空载运行扭矩与夹送辊型钢弹性变形扭矩之和的大小可通过夹送辊夹持型钢并且无张应力输出状态下的夹送辊传动电机实际电流扭矩分量获得。

[0132] 对于马钢的小H型钢矫直机构，矫直机前后夹送辊的空载运行扭矩与夹送辊型钢弹性变形扭矩之和大约为30％夹送辊传动电机额定扭矩(即对应30％夹送辊传动电机额定
电流扭矩分量)。

[0133] 这样，在矫直机机前夹送辊张应力扭矩对应的夹送辊传动电机电流扭矩分量计算单元中，通过型钢矫直机前夹送辊传动电机实际电流扭矩分量Iq.PR1.act与30％夹送辊传动电机额定电流扭矩分量(即30％Iq.PR1.N)之差获得矫直机机前夹送辊张应力扭矩对应的夹
送辊传动电机电流扭矩分量(Iσ.PR1.act)。

[0134] 鉴于矫直机机前夹送辊张应力扭矩只有在夹送辊传动电机电流扭矩分量大于30％Iq.PR1.N时才会出现，反之，矫直机机前夹送辊张应力扭矩输出为零，故此，该单元通过数字转换开关功能块JJXJNXC03来控制夹送辊张应力扭矩对应的电机电流扭矩分量的输
出；当Iq.PR1.act小于30％Iq.PR1.N时，夹送辊张应力扭矩对应的电机电流扭矩分量Iσ.PR1.act为零，反之，Iσ.PR1.act等于Iq.PR1.act与30％Iq.PR1.N的差值。

[0135] 同样，对于矫直机机后夹送辊，其张应力扭矩对应的夹送辊传动电机电流扭矩分量计算单元通过数字转换开关功能块JJXJNXC06来控制夹送辊张应力扭矩对应的电机电流
扭矩分量的输出；当Iq.PR2.act小于30％Iq.PR2.N时，夹送辊张应力扭矩对应的电机电流扭矩分量Iσ.PR2.act为零，反之，Iσ.PR2.act等于Iq.PR2.act与30％Iq.PR2.N的差值。

[0136] 由图6还可知，型钢矫直机矫直辊实际所承受的矫直扭矩(即型钢矫直机构实际矫直扭矩)等于Tσ.PR1、Tσ.PR2以及TD.STR之和，而Tσ.PR1和Tσ.PR2分别对应于Iσ.PR1.act和Iσ.PR2.act，TD.STR对应于Iq.STR.act，这样，型钢矫直机矫直辊实际所承受的矫直扭矩可通过Iσ.PR1.act、Iσ.PR2.act以及Iq.STR.act三者之和获得。

[0137] 鉴于Iσ.PR1.act和Iσ.PR2.act的数值均为夹送辊传动电机额定电流扭矩分量Iq.PR.N(＝Iq.PR1.N＝Iq.PR2.N)的百分数，而Iq.STR.act的数值为矫直机传动电机额定电流扭矩分量Iq.STR.N的百分数，故此，为了通过型钢矫直机前后夹送辊以及型钢矫直机传动电机实际电流扭矩分量来计算型钢矫直机矫直辊实际所承受的矫直扭矩，需将Iσ.PR1.act与Iσ.PR2.act之和(即Iσ.ΣPR.act)折算成以矫直机传动电机额定电流扭矩分量Iq.STR.N为百分数的数值(即
Iσ.STR.act)。

[0138] 马钢小H型钢矫直机前后夹送辊传动电机功率均为132KW，型钢矫直机传动电机功率为400KW，矫直机前后夹送辊传动减速机的减速比与矫直机传动减速机的减速比相同，同时夹送辊的辊径与矫直机矫直辊辊径大致相同，这样将Iσ.ΣPR.act乘以33％(＝132KW/400KW)即可折算成Iσ.STR.act，将Iσ.STR.act与Iq.STR.act累加即可获得型钢矫直机构实际矫直扭矩对应的矫直机传动电机电流扭矩分量Iq.PSTR.act。

[0139] 该传动扭矩限幅控制程序中的型钢矫直机构实际矫直扭矩对应的矫直机传动电机电流扭矩分量(Iq.PSTR.act)计算单元正是基于此而设计。

[0140] 该型钢矫直机传动装置电机电流扭矩分量限幅值为180％Iq.STR.N，在矫直机正常矫直过程中，矫直机传动电机扭矩分量仅在矫直机咬钢后的带载升速过程中才有可能达到
其扭矩分量限幅值，故此，在型钢矫直机构矫直扭矩对应的矫直机传动电机电流扭矩分量
(Iq.PSTR.act)严重过载监控单元中，通过两个数值比较功能块JJXJNXC10和JJXJNXC12来监控型钢矫直机构矫直扭矩的严重过载状态，当Iq.PSTR.act大于180％Iq.STR.N并且持续时间超过2秒(矫直机最大带载升速时间)，或者当Iq.PSTR.act大于190％Iq.STR.N并且持续时间超过150毫秒(控制系统循环时间)，则该监控单元向矫直机前后夹送辊传动装置以及矫直机传动装置
发出运行封锁命令，以确保矫直机矫直辊辊轴及其轴承座免于受损。

[0141] 实施效果：本发明的一种具有前后夹送辊的型钢矫直机构传动扭矩限幅控制方法(或控制程序)在马钢三钢轧小H型钢矫直机控制系统中投入了使用，实际使用效果很好。

[0142] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改
进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

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一种型钢矫直机及其控制方法

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