一種采用分布式控制系統(tǒng)的多級萬能軋機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用分布式控制系統(tǒng)的多級萬能軋機(jī)，該裝置采用壓扁、粗軋、中軋和精軋多級軋制；原料進(jìn)入本軋機(jī)系統(tǒng)，依次經(jīng)過壓扁裝置、一級檢測、冷卻潤滑裝置、粗軋機(jī)頭、二級檢測、冷卻潤滑裝置、中軋機(jī)頭、三級檢測、冷卻潤滑裝置、精軋機(jī)頭、成品檢測，矯直收卷；其中每一級執(zhí)行器后的檢測裝置將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用模糊控制的思想對檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析綜合，進(jìn)而控制相應(yīng)的軋輥伺服電機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)；該裝置的冷卻潤滑均采用油，避免采用油潤滑、水冷卻所帶來的“油水分離”問題；本發(fā)明的最大優(yōu)勢在于采用壓扁、粗軋、中軋和精軋多級軋制，實(shí)現(xiàn)線材軋機(jī)生產(chǎn)線的精確閉環(huán)控制，提高線材軋制的精度和效率。
【專利說明】
一種采用分布式控制系統(tǒng)的多級萬能軋機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種俗稱乳機(jī)的金屬壓延機(jī)械，尤其是一種多級、分布式的萬能乳機(jī)系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]萬能乳機(jī)是由一對水平輥和一對立輥組成主機(jī)架，其四個(gè)輥的軸線在一個(gè)平面內(nèi)，可對乳件進(jìn)行四面加工，通過調(diào)節(jié)乳輥之間的距離和位置，可以加工不同規(guī)格及H型鋼、鋼軌、工字鋼、槽鋼、鋼板粧、U型鋼、L型鋼、不等邊角鋼等多種類型的型鋼。
[0003]世界上第一套萬能乳機(jī)建于1902年聲森堡的Arbed(阿爾貝德)廠，但當(dāng)時(shí)乳出的較寬翼緣的工字鋼內(nèi)惻仍有斜度。1908年按照格林乳制法(必須有一架乳邊機(jī)和一架萬能乳機(jī)配合使用)在美國伯利恒公司建成了第一個(gè)寬翼緣H型鋼廠，1914年德國培因公司也采用同樣的方法建成了培因H型鋼廠，1955年歐洲煤鋼聯(lián)營開發(fā)了 IPE鋼粱系列，1957年德國的培因H型鋼廠生產(chǎn)了第一批IPE鋼梁，但直到1970年工字鋼的生產(chǎn)仍占較大比例。
[0004]20世紀(jì)60年代以后，隨著世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，萬能乳機(jī)得以迅速發(fā)展，大多數(shù)國家的鋼鐵界都積極籌建新型的萬能乳機(jī)。各國充分利用原有的大型乳機(jī)和軌梁乳機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，這種做法在日本得到普遍采用，從1961年到1972年的大約10年期間，日本先后改造了三個(gè)大型廠和一個(gè)軌梁廠，目的主要是引進(jìn)萬能乳機(jī)。1965年日本已經(jīng)有能力批量生產(chǎn)H型鋼，至20世紀(jì)60年代末，世界上共有大型乳機(jī)74套，軌梁乳機(jī)24套，寬邊鋼梁乳機(jī)12套。
[0005]國內(nèi)近年來投產(chǎn)了數(shù)條萬能生產(chǎn)線，均是引進(jìn)美國、德國等國外公司的設(shè)備和技術(shù)。國外設(shè)備不僅一次性投入較大，而且后期的維護(hù)費(fèi)用也甚可觀，這促使一大批企業(yè)家與高校合作或者獨(dú)立研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的萬能乳機(jī)裝備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:
[0007]針對上述引進(jìn)國外萬能乳機(jī)設(shè)備和技術(shù)所導(dǎo)致的一次性投入大、后期維護(hù)費(fèi)用高等問題，研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的萬能乳機(jī)裝備，降低前期投入及后期維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)線材乳機(jī)生產(chǎn)線的精確閉環(huán)控制，提高線材乳制的精度和效率。
[0008]技術(shù)方案:
[0009]本乳機(jī)系統(tǒng)采用壓扁、粗乳、中乳、精乳多級乳制。原料由放線機(jī)送入本系統(tǒng)，依次經(jīng)過壓扁裝置、檢測裝置、冷卻潤滑裝置、粗乳機(jī)頭、檢測裝置、冷卻潤滑裝置、中乳機(jī)頭、檢測裝置、冷卻潤滑裝置、精乳機(jī)頭、成品檢測裝置，最終矯直收卷。為便于運(yùn)輸，機(jī)架可拆分為前后兩部分，通過螺栓連接。上述所有裝置固定于機(jī)架上，其輥?zhàn)淤N合中心點(diǎn)在同一直線上。
[0010]壓扁裝置的作用是將原材料壓扁，是乳制的第一步，在這個(gè)過程中，材料形變最大。壓扁裝置主要由兩個(gè)壓扁輥?zhàn)咏M成，其中下輥?zhàn)庸潭ǎ瞎髯拥奈恢糜伤欧姍C(jī)控制，通過控制伺服電機(jī)，可以調(diào)節(jié)兩個(gè)輥?zhàn)又g的距離，從而控制材料壓扁的厚度。
[0011]檢測裝置的作用是在線測寬測厚并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，進(jìn)一步地將檢測的數(shù)據(jù)反饋到輸入端，通過控制器控制相應(yīng)的乳輥伺服電機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而控制型材的寬度和厚度參數(shù)并使之滿足要求。檢測裝置由底座、限位機(jī)構(gòu)、測厚機(jī)構(gòu)、測寬機(jī)構(gòu)組成。由于檢測裝置在檢測時(shí)對線材的平穩(wěn)度要求較高，故檢測裝置的前中后分別設(shè)有限位機(jī)構(gòu)，以穩(wěn)定線材。整個(gè)檢測裝置按照限位機(jī)構(gòu)、厚度測量機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、寬度測量機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)的順序安裝，而且相互之間留有一定的縫隙，以便機(jī)構(gòu)自身獨(dú)立自由的擺動(dòng)或者輥輪自由地轉(zhuǎn)動(dòng)。裝置中五對輥輪之間均通過復(fù)位彈簧彈性的貼合在一起，既能使線材方便通過，還能使輥輪彈性貼合。厚度測量機(jī)構(gòu)和寬度測量機(jī)構(gòu)均是采用雙杠桿結(jié)構(gòu)，兩者輥輪安裝的角度相互垂直。雙杠桿形成一種“懸浮”結(jié)構(gòu)，能使線材處于自然拉伸狀態(tài)，且利用線材引起輥輪之間的位移變化量，再通過接觸式位移傳感器產(chǎn)生的形變測得型材的厚度或?qū)挾?。本系統(tǒng)包含三個(gè)檢測裝置，其作用和結(jié)構(gòu)完全相同。
[0012]冷卻潤滑裝置，顧名思義，其主要作用是起到冷卻和潤滑作用，此外還可以調(diào)節(jié)線材的張緊程度，控制線速度。其主要部件包括冷卻油池、導(dǎo)向輪、氣缸、壓緊輪、拉線式位移傳感器。冷卻油池的上方裝有氣缸，氣缸伸縮帶動(dòng)壓緊輪上下運(yùn)動(dòng)，從而控制線材的張緊程度，氣缸的位置通過拉線式位移傳感器測量。冷卻潤滑裝置同時(shí)起到冷卻和潤滑作用，避免采用油潤滑、水冷卻所帶來的“油水分離”問題。本系統(tǒng)包含三個(gè)冷卻潤滑裝置，其作用和結(jié)構(gòu)完全相同。
[0013]乳機(jī)頭用于對線材的乳制，本裝置的乳機(jī)頭為萬能乳機(jī)頭，乳機(jī)頭的四個(gè)乳輥分別由三組直線導(dǎo)軌構(gòu)成的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并分別由四個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以對材料進(jìn)行多種截面形狀的乳制，乳輥乳制進(jìn)口處設(shè)有冷卻油和潤滑脂噴頭，乳輥內(nèi)部設(shè)有油路冷卻系統(tǒng)。本系統(tǒng)所包含粗乳、中乳、精乳三個(gè)乳機(jī)，其結(jié)構(gòu)完全相同，區(qū)別在于每次乳制的精度不同。
[0014]成品檢測裝置是本系統(tǒng)的最后一道檢測環(huán)節(jié)，其作用是將檢測結(jié)果反饋給控制器，控制器根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)按照一定的算法對前面的一級或多級執(zhí)行器進(jìn)行控制，盡可能的減小誤差。成品檢測裝置包括水平限位機(jī)構(gòu)、豎直限位機(jī)構(gòu)、寬度測量機(jī)構(gòu)、厚度測量機(jī)構(gòu)和浮動(dòng)機(jī)構(gòu)。寬度測量機(jī)構(gòu)和厚度測量機(jī)構(gòu)安裝于浮動(dòng)機(jī)構(gòu)上，相比于前級檢測裝置，進(jìn)一步消除了線材的抖動(dòng)，使檢測時(shí)線材更加平穩(wěn)，提高了檢測的精度。
[0015]本系統(tǒng)在壓扁裝置、粗乳機(jī)頭、中乳機(jī)頭、精乳機(jī)頭后均設(shè)有獨(dú)立的檢測裝置。檢測的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)基于模糊控制的思想，根據(jù)反饋值與設(shè)定值的誤差大小，控制相應(yīng)的乳機(jī)頭改變位置或者角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線材乳機(jī)生產(chǎn)線的精確閉環(huán)控制，提高線材乳制的精度和效率。
[0016]有益效果:
[0017]研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的萬能乳機(jī)裝備，降低前期投入及后期維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)線材乳機(jī)生產(chǎn)線的精確閉環(huán)控制，提高線材乳制的精度和效率。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹:
[0019]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括機(jī)架1、壓扁裝置2、檢測裝置3、冷卻潤滑裝置4、粗乳機(jī)頭5、檢測裝置6、冷卻潤滑裝置7、中乳機(jī)頭8、檢測裝置9、冷卻潤滑裝置10、精乳機(jī)頭11和成品檢測裝置12。
[0020]圖2為壓扁裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括伺服電機(jī)13、絲杠14、上輥15、下輥16。
[0021]圖3為檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括基座17、限位機(jī)構(gòu)18、厚度測量機(jī)構(gòu)19、限位機(jī)構(gòu)20、寬度測量機(jī)構(gòu)21和限位機(jī)構(gòu)22。
[0022]圖4為冷卻潤滑裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括導(dǎo)向輪23、冷卻油池24、拉線式位移傳感器25、氣缸26和壓緊輪27。
[0023]圖5為乳機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖，包括伺服電機(jī)28、內(nèi)部固定框架29、直線導(dǎo)軌30、栗形安裝塊31、傳動(dòng)絲桿32、直線導(dǎo)軌34、乳輥固定架35、滑塊固定裝置36、乳輥37、直線導(dǎo)軌
40 ο
[0024]圖6為成品檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖，包括水平限位機(jī)構(gòu)41、豎直限位機(jī)構(gòu)42、寬度測量機(jī)構(gòu)43、厚度測量機(jī)構(gòu)44和浮動(dòng)機(jī)構(gòu)45。
[0025]圖7為本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。原料由放線機(jī)送入本系統(tǒng)，依次經(jīng)過壓扁裝置
2、檢測裝置3、冷卻潤滑裝置4、粗乳機(jī)頭5、檢測裝置6、冷卻潤滑裝置7、中乳機(jī)頭8、檢測裝置9、冷卻潤滑裝置10、精乳機(jī)頭11、最終檢測裝置12，最終矯直收卷。所述裝置2-12固定在機(jī)架I上，為便于運(yùn)輸，機(jī)架I可拆分為前后兩部分，通過螺栓連接。上述裝置的輥?zhàn)淤N合中心點(diǎn)均在同一直線上。
[0028]圖2是壓扁裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。壓扁裝置主要由兩個(gè)壓扁輥?zhàn)咏M成，其中下輥16固定，上輥15的位置由伺服電機(jī)13控制，伺服電機(jī)13旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠14轉(zhuǎn)動(dòng)，上輥15隨之上下運(yùn)動(dòng)。通過控制伺服電機(jī)，可以調(diào)節(jié)兩個(gè)輥?zhàn)又g的距離，進(jìn)而控制材料壓扁的厚度。
[0029]圖3是檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。檢測裝置包括基座17、限位機(jī)構(gòu)18、厚度測量機(jī)構(gòu)
19、限位機(jī)構(gòu)20、寬度測量機(jī)構(gòu)21和限位機(jī)構(gòu)22。檢測裝置按照限位機(jī)構(gòu)18、厚度測量機(jī)構(gòu)19、限位機(jī)構(gòu)20、寬度測量機(jī)構(gòu)21、限位機(jī)構(gòu)22的順序，獨(dú)立地通過相應(yīng)的支架用螺栓固定在基座17上，且相互之間留有一定的縫隙。裝置中五對輥輪之間均通過復(fù)位彈簧彈性的貼合在一起，既能使線材方便通過，還能使輥輪彈性貼合。厚度測量機(jī)構(gòu)19和寬度測量機(jī)構(gòu)31均是采用雙杠桿結(jié)構(gòu)，兩者輥輪安裝的角度相互垂直。雙杠桿形成一種“懸浮”結(jié)構(gòu)，能使線材處于自然拉伸狀態(tài)，且利用線材引起輥輪之間的位移變化量，再通過接觸式位移傳感器產(chǎn)生的形變測得型材的厚度或?qū)挾?。本系統(tǒng)所包含的三個(gè)檢測裝置3、6、9，其作用和結(jié)構(gòu)完全相同。
[0030]圖4是冷卻潤滑裝置結(jié)構(gòu)示意圖。冷卻潤滑裝置主要包括冷卻油池22、導(dǎo)向輪23、氣缸24、壓緊輪25、拉線式位移傳感器26。冷卻油池22的上方裝有氣缸24、壓緊輪25和拉線式位移傳感器26，氣缸24伸縮帶動(dòng)壓緊輪25上下運(yùn)動(dòng)，控制線材的張緊程度，壓緊輪25的位置通過拉線式位移傳感器26測量，將壓緊輪位置信息反饋給控制系統(tǒng)，以便調(diào)整各部分速度。本系統(tǒng)所包含的三個(gè)冷卻潤滑裝置4、7、10，其作用和結(jié)構(gòu)完全相同。
[0031]圖5為乳機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖。乳機(jī)頭用于對線材的乳制，每個(gè)乳輥37在三組直線導(dǎo)軌30、35、40構(gòu)成的移動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)，并分別由伺服電機(jī)28驅(qū)動(dòng)，伺服電機(jī)28驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)絲桿32實(shí)現(xiàn)乳輥37位置靈活可調(diào)，可以方便組合不同形狀的乳制孔，實(shí)現(xiàn)不同形狀乳制材料。本系統(tǒng)所包含粗乳、中乳、精乳三個(gè)乳機(jī)，其結(jié)構(gòu)完全相同，區(qū)別在于每次乳制的精度不同。
[0032]圖6為成品檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。成品檢測裝置包括水平限位機(jī)構(gòu)41、豎直限位機(jī)構(gòu)42、寬度測量機(jī)構(gòu)43、厚度測量機(jī)構(gòu)44和浮動(dòng)機(jī)構(gòu)45。線材依次通過水平限位機(jī)構(gòu)41、豎直限位機(jī)構(gòu)42、寬度測量機(jī)構(gòu)43、厚度測量機(jī)構(gòu)44、豎直限位機(jī)構(gòu)42、水平限位機(jī)構(gòu)41。其中寬度測量機(jī)構(gòu)42和厚度測量機(jī)構(gòu)43安裝于浮動(dòng)機(jī)構(gòu)44上，相比于前級檢測裝置，進(jìn)一步消除了線材的抖動(dòng)，使檢測時(shí)線材更加平穩(wěn)，提高了檢測的精度。
[0033]圖7為本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意圖。壓扁裝置、粗乳機(jī)頭、中乳機(jī)頭、精乳機(jī)頭后均設(shè)有獨(dú)立的檢測裝置。檢測的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)基于模糊控制的思想，根據(jù)反饋值與設(shè)定值的誤差大小，控制相應(yīng)的乳機(jī)頭改變位置或者角度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線材乳機(jī)生廣線的精確閉環(huán)控制，提尚線材乳制的精度和效率。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明提供的一種采用分布式控制系統(tǒng)的多級萬能乳機(jī)，其特征在于采用壓扁、粗車U中乳和精乳多級乳制；其中該系統(tǒng)包括機(jī)架1、壓扁裝置2、檢測裝置3、冷卻潤滑裝置4、粗乳機(jī)頭5、檢測裝置6、冷卻潤滑裝置7、中乳機(jī)頭8、檢測裝置9、冷卻潤滑裝置10、精乳機(jī)頭11和成品檢測裝置12。所述裝置2-12固定在機(jī)架I上，為便于運(yùn)輸，機(jī)架I可拆分為前后兩部分，通過螺栓連接。上述裝置的輥?zhàn)淤N合中心點(diǎn)均在同一直線上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓扁裝置，其特征在于該裝置包括伺服電機(jī)13、絲杠14、上輥15和下輥16 ;其中下輥16固定，上輥15的位置由伺服電機(jī)13控制，伺服電機(jī)13旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠14轉(zhuǎn)動(dòng)，上輥15隨之上下運(yùn)動(dòng)。通過控制伺服電機(jī)，可以調(diào)節(jié)兩個(gè)輥?zhàn)又g的距離，進(jìn)而控制材料壓扁的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于該裝置包括基座17、限位機(jī)構(gòu)18、厚度測量機(jī)構(gòu)19、限位機(jī)構(gòu)20、寬度測量機(jī)構(gòu)21和限位機(jī)構(gòu)22 ;其中檢測裝置按照限位機(jī)構(gòu)18、厚度測量機(jī)構(gòu)19、限位機(jī)構(gòu)20、寬度測量機(jī)構(gòu)21、限位機(jī)構(gòu)22的順序，獨(dú)立地通過相應(yīng)的支架用螺栓固定在基座17上，且相互之間留有一定的縫隙。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻潤滑裝置，其特征在于該裝置包括冷卻油池22、導(dǎo)向輪23、氣缸24、壓緊輪25、拉線式位移傳感器26 ;其中冷卻油池22的上方裝有氣缸24、壓緊輪25和拉線式位移傳感器26 ;氣缸24伸縮帶動(dòng)壓緊輪25上下運(yùn)動(dòng)，控制線材的張緊程度，壓緊輪25的位置通過拉線式位移傳感器26測量，將壓緊輪位置信息反饋給控制系統(tǒng)，以便調(diào)整各部分速度；冷卻潤滑裝置同時(shí)起到冷卻和潤滑作用，避免采用油潤滑、水冷卻所帶來的“油水分離”問題。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乳機(jī)頭，其特征在于該裝置可以對乳制材料進(jìn)行四個(gè)方向上的異形乳制，每個(gè)乳制方向由三組直線導(dǎo)軌組成的側(cè)向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，可方便實(shí)現(xiàn)乳輥的精確定位調(diào)節(jié)；乳機(jī)頭的乳輥內(nèi)部設(shè)置有循環(huán)油路冷卻系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成品檢測裝置，其特征在于該裝置包括水平限位機(jī)構(gòu)41、豎直限位機(jī)構(gòu)42、寬度測量機(jī)構(gòu)43、厚度測量機(jī)構(gòu)44和浮動(dòng)機(jī)構(gòu)45 ;線材依次通過水平限位機(jī)構(gòu)41、豎直限位機(jī)構(gòu)42、寬度測量機(jī)構(gòu)43、厚度測量機(jī)構(gòu)44、豎直限位機(jī)構(gòu)42、水平限位機(jī)構(gòu)41 ;其中寬度測量機(jī)構(gòu)42和厚度測量機(jī)構(gòu)43安裝于浮動(dòng)機(jī)構(gòu)44上，相比于前級檢測裝置，進(jìn)一步消除了線材的抖動(dòng)，使檢測時(shí)線材更加平穩(wěn)，提高了檢測的精度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級、分布式萬能乳機(jī)系統(tǒng)特征在于每一級執(zhí)行器后均裝有檢測裝置，其檢測的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)根據(jù)每一級反饋的結(jié)果，采用分布式的PID模糊控制，控制相應(yīng)的乳輥伺服電機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線材乳機(jī)生產(chǎn)線的精確閉環(huán)控制，以提高線材乳制的精度和效率。
【文檔編號】G05B19/418GK105988437SQ201510073352
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月10日
【發(fā)明人】穆開洪, 帥立國, 滕子健, 萬嶸, 馬云波, 陳慧玲, 刁梁
【申請人】張家港市宏鑫源科技有限公司