第8章 軋制力與張力測(cè)量

1、第8章 軋制力與張力測(cè)量8.1 軋制力測(cè)量軋制力測(cè)量 軋制設(shè)備的主要力能參數(shù)包括軋制力、扭矩等，由于理論公式與實(shí)際軋制設(shè)備的主要力能參數(shù)包括軋制力、扭矩等，由于理論公式與實(shí)際條件有很大出入，因此，目前確定軋制力的最可靠方法還是針對(duì)各種軋條件有很大出入，因此，目前確定軋制力的最可靠方法還是針對(duì)各種軋機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。 軋制力的測(cè)量方法有兩種：應(yīng)力測(cè)量法和傳感器測(cè)量法。軋制力的測(cè)量方法有兩種：應(yīng)力測(cè)量法和傳感器測(cè)量法。一、一、 應(yīng)力測(cè)量法應(yīng)力測(cè)量法 軋制時(shí)，測(cè)量軋機(jī)牌坊立柱產(chǎn)生彈性變形的應(yīng)變，就可推算出軋軋制時(shí)，測(cè)量軋機(jī)牌坊立柱產(chǎn)生彈性變形的應(yīng)變，就可推算出軋制力。制力。 這種方法適

2、用于下列情況：這種方法適用于下列情況： (1)(1)軋制力特別大軋制力特別大( (幾千噸幾千噸) )，不便于制作大型傳感器；，不便于制作大型傳感器； (2)(2)軋機(jī)窗口無足夠空間安裝傳感器；軋機(jī)窗口無足夠空間安裝傳感器； (3)(3)軋機(jī)牌坊立柱的橫截面形狀簡單軋機(jī)牌坊立柱的橫截面形狀簡單( (如工字形、矩形等如工字形、矩形等) )。 確定立柱中性面后，電阻應(yīng)變確定立柱中性面后，電阻應(yīng)變片可用半橋或全橋接線。圖片可用半橋或全橋接線。圖8-28-2所所示為牌坊立柱上的布片及組成全橋示為牌坊立柱上的布片及組成全橋的方式。的方式。 圖圖8-1 8-1 軋機(jī)工作機(jī)架受力分析簡圖軋機(jī)工作機(jī)架受力分析簡

3、圖a a一軋制力對(duì)機(jī)架的傳遞示意圖；一軋制力對(duì)機(jī)架的傳遞示意圖；b b一牌坊立柱截面應(yīng)力分布簡圖一牌坊立柱截面應(yīng)力分布簡圖圖圖8-2 機(jī)架立柱上的布片及組橋機(jī)架立柱上的布片及組橋二、傳感器測(cè)量法二、傳感器測(cè)量法 測(cè)力傳感器的種類很多，按其測(cè)量原理可分為三大類：電容式、壓磁式測(cè)力傳感器的種類很多，按其測(cè)量原理可分為三大類：電容式、壓磁式和電阻應(yīng)變式和電阻應(yīng)變式1.1.電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器 它是軋制生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中廣泛使用的傳感器，主要由彈性元件、應(yīng)變片、它是軋制生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中廣泛使用的傳感器，主要由彈性元件、應(yīng)變片、測(cè)量電路以及外殼等組成。測(cè)量電路以及外殼等組成。按照變形方

4、式，電阻應(yīng)變式傳感器可分為：壓縮式、剪切式和彎曲式三種，其按照變形方式，電阻應(yīng)變式傳感器可分為：壓縮式、剪切式和彎曲式三種，其中使用最多的是壓縮式傳感器，其彈性元件有柱形和環(huán)形中使用最多的是壓縮式傳感器，其彈性元件有柱形和環(huán)形( (筒形筒形) )等。等。圖圖8-3 8-3 柱形彈性元件的貼片及接線圖柱形彈性元件的貼片及接線圖a-a-布片圖；布片圖；b-b-半橋接線圖；半橋接線圖；c-c-全橋接線圖全橋接線圖電橋的輸出信號(hào)以應(yīng)變量來表示電橋的輸出信號(hào)以應(yīng)變量來表示PEFKUkUu0002141 測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器主要由彈性元件和應(yīng)變片組成的電橋構(gòu)成。為了

5、使電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器主要由彈性元件和應(yīng)變片組成的電橋構(gòu)成。為了使傳感器可靠地工作，還應(yīng)有加載、支撐和固定裝置，外殼傳感器可靠地工作，還應(yīng)有加載、支撐和固定裝置，外殼( (包括上蓋、底盤包括上蓋、底盤和球面墊和球面墊) )和密封裝置以及引線裝置等。和密封裝置以及引線裝置等。圖圖8-4 一般傳感器的典型結(jié)構(gòu)型式一般傳感器的典型結(jié)構(gòu)型式球面墊球面墊1球面墊球面墊2、上蓋、上蓋3和底和底盤盤11彈性元件彈性元件5倒置的碗狀上倒置的碗狀上蓋蓋3。o形橡膠密封圈形橡膠密封圈7和和8 。 特制波紋管特制波紋管6銷釘銷釘4。2.2.傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定 在正式測(cè)定之前。通常是在材料試驗(yàn)機(jī)或?qū)Ｓ脡毫C(jī)上對(duì)

6、傳感器進(jìn)行標(biāo)在正式測(cè)定之前。通常是在材料試驗(yàn)機(jī)或?qū)Ｓ脡毫C(jī)上對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。所謂標(biāo)定，是用已知的一系列標(biāo)準(zhǔn)載荷定。所謂標(biāo)定，是用已知的一系列標(biāo)準(zhǔn)載荷( (輸入量輸入量) )作用在傳感器上，以便作用在傳感器上，以便確定出傳感器輸出量確定出傳感器輸出量( (儀表讀數(shù)或示波圖形高度儀表讀數(shù)或示波圖形高度) )與輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，反過來依此關(guān)系來確定傳感器所承受的未知載荷大小。輸出量與輸入量的對(duì)反過來依此關(guān)系來確定傳感器所承受的未知載荷大小。輸出量與輸入量的對(duì)應(yīng)關(guān)系常以曲線或數(shù)學(xué)式來表示，前者稱為標(biāo)定曲線，后者稱為標(biāo)定方程。應(yīng)關(guān)系常以曲線或數(shù)學(xué)式來表示，前者稱為標(biāo)定曲線，

7、后者稱為標(biāo)定方程。對(duì)于輸出量與輸入量之間成比例關(guān)系的，則以一常數(shù)來表示，稱為標(biāo)定系數(shù)。對(duì)于輸出量與輸入量之間成比例關(guān)系的，則以一常數(shù)來表示，稱為標(biāo)定系數(shù)。因此，標(biāo)定也就是確定標(biāo)定曲線、標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)的過程。因此，標(biāo)定也就是確定標(biāo)定曲線、標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)的過程。 靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定 (1)(1)標(biāo)定步驟。標(biāo)定步驟。 1)1)將要標(biāo)定的傳感器安裝在標(biāo)定裝置將要標(biāo)定的傳感器安裝在標(biāo)定裝置( (如材料試驗(yàn)機(jī)如材料試驗(yàn)機(jī)) )上。接入測(cè)量裝置上。接入測(cè)量裝置調(diào)其平衡，使初始讀數(shù)為零或打出零線。調(diào)其平衡，使初始讀數(shù)為零或打出零線。 2)2)開始標(biāo)定時(shí)，首先應(yīng)在零載和滿載開始標(biāo)定時(shí)，首先應(yīng)在零載和滿載(

8、 (額定載荷額定載荷) )之間反復(fù)加載、卸載數(shù)之間反復(fù)加載、卸載數(shù)次次( (至少三次至少三次) )，以消除傳感器各部件之間的間隙和滯后，改善其線性。，以消除傳感器各部件之間的間隙和滯后，改善其線性。 3)3)根據(jù)傳感器的量程分級(jí)加載，一般分為六根據(jù)傳感器的量程分級(jí)加載，一般分為六- -十級(jí)，然后從零載開始逐級(jí)十級(jí)，然后從零載開始逐級(jí)加載至額定裁荷為止，記錄下各級(jí)載荷量加載至額定裁荷為止，記錄下各級(jí)載荷量P Pi i以及與其對(duì)應(yīng)的輸出值以及與其對(duì)應(yīng)的輸出值( (示波圖形示波圖形高度高度h hi i或應(yīng)變量或應(yīng)變量i i).).接著按同樣的級(jí)差卸載，并再次記錄接著按同樣的級(jí)差卸載，并再次記錄( (

9、圖圖8-5a)8-5a)。如此重。如此重復(fù)三復(fù)三五次，求出各級(jí)標(biāo)定載荷五次，求出各級(jí)標(biāo)定載荷P Pi i所對(duì)應(yīng)的平均輸出值作為標(biāo)定數(shù)據(jù)。所對(duì)應(yīng)的平均輸出值作為標(biāo)定數(shù)據(jù)。4)4)根據(jù)所得到的標(biāo)定數(shù)據(jù)，繪出標(biāo)定曲線根據(jù)所得到的標(biāo)定數(shù)據(jù)，繪出標(biāo)定曲線5)5)根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)或標(biāo)定曲線確定標(biāo)定方程根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)或標(biāo)定曲線確定標(biāo)定方程6)6)估算標(biāo)定誤差估算標(biāo)定誤差(A(A值的標(biāo)淮誤差值的標(biāo)淮誤差) )圖圖8-5 8-5 傳感器的標(biāo)定示波圖傳感器的標(biāo)定示波圖(a)(a)和標(biāo)定曲線和標(biāo)定曲線(b)(b) (2)(2)標(biāo)定時(shí)的注意事項(xiàng)標(biāo)定時(shí)的注意事項(xiàng)1)1)在傳感器標(biāo)定之前和之后，應(yīng)該打電標(biāo)定在傳感器標(biāo)定之前和之

10、后，應(yīng)該打電標(biāo)定2)2)傳感器的標(biāo)定條件力求和實(shí)測(cè)條件一致傳感器的標(biāo)定條件力求和實(shí)測(cè)條件一致3)3)儀器工作狀態(tài)力求和標(biāo)定時(shí)相同。儀器工作狀態(tài)力求和標(biāo)定時(shí)相同。4)4)加載方法。正式記錄前應(yīng)反復(fù)加載加載方法。正式記錄前應(yīng)反復(fù)加載( (至額定載荷至額定載荷) )、卸載、卸載3535次。次。5 5）在相同在相同環(huán)境和加載條件下，將傳感器旋轉(zhuǎn)幾個(gè)角度，以測(cè)量其重復(fù)性。環(huán)境和加載條件下，將傳感器旋轉(zhuǎn)幾個(gè)角度，以測(cè)量其重復(fù)性。3.電容式傳感器 電容式傳感器是把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。 電容傳感器的基本原理 ： 由絕緣介質(zhì)分開的兩個(gè)平行金屬板組成的平板電容器, 如果不考慮邊緣效應(yīng), 其電容量為

11、：dAc 式中: 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù), =0r, 其中0為真空介電常數(shù), r為極板間介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù); A兩平行板所覆蓋的面積; d兩平行板之間的距離。 當(dāng)被測(cè)參數(shù)變化使得上式中的A,d或發(fā)生變化時(shí), 電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變, 而僅改變其中一個(gè)參數(shù), 就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化, 通過測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。 電容傳感器的分類： 變間隙式，變面積式，變介電常數(shù)式。 變間隙式電容傳感器 變間距型電容式傳感器的原理圖。當(dāng)傳感器的r和A為常數(shù), 初始極距為d0時(shí), 可知其初始電容量C0為： 若電容器極板間距離由初始值d0縮小d, 電容量增大C, 則有： 由上

12、式可知, 傳感器的輸出特性C =f(d)不是線性關(guān)系, 而是雙曲線關(guān)系。當(dāng)d d時(shí)有，0100dAc2020000001)(1)1 (ddddcdddAcccr1)(12dd 則： 或：)1(00ddCCCddCC04. 壓磁式傳感器壓磁式傳感器 壓磁式傳感器的工作原理圖解壓磁式傳感器的工作原理圖解 壓磁式(又稱磁彈式)傳感器是一種力電轉(zhuǎn)換傳感器。其基本原理是利用某些鐵磁材料的壓磁效應(yīng)。 （1）. 壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng) 在磁化過程中，各磁疇間的界限發(fā)生移動(dòng)，因而產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。 鐵磁材料在外力作用下，內(nèi)部發(fā)生變形，使各磁疇之間的界限發(fā)生移動(dòng)，使磁疇磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動(dòng)，從而也使

13、材料的磁化強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)的變化。這種應(yīng)力使鐵磁材料的磁性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)。 （2）. 壓磁式傳感器工作原理壓磁式傳感器工作原理 在壓磁材料的中間部分開有四個(gè)對(duì)稱的小孔1、2、3和4，在孔1、2間繞有激勵(lì)繞組N12，孔3、4間繞有輸出繞組N34。當(dāng)激勵(lì)繞組中通過交流電流時(shí)，鐵心中就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。若把孔間空間分成A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，在無外力作用的情況下，A、B、C、D四個(gè)區(qū)域的磁導(dǎo)率是相同的。這時(shí)合成磁場(chǎng)強(qiáng)度H平行與輸出繞組的平面，磁力線不與輸出繞組交鏈，N34不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖b所示。 在壓力F作用下，如圖c所示，A、B區(qū)域?qū)⑹艿揭欢ǖ膽?yīng)力，而C、D區(qū)域基本處于自由狀態(tài)，于是A、

14、B區(qū)域的磁導(dǎo)率下降、磁阻增大，C、D區(qū)域的磁導(dǎo)率基本不變。這樣激勵(lì)繞組所產(chǎn)生的磁力線將重新分布，部分磁力線繞過C、D區(qū)域閉合，于是合成磁場(chǎng)H不再與N34平面平行，一部分磁力線與N34交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。F值越大，與N34交鏈的磁通越多，e值越大。壓磁式傳感器結(jié)構(gòu) 由壓磁元件1、彈性支架2、傳力鋼球3組成。 （3） 壓磁元件壓磁元件 壓磁式傳感器的核心是壓磁元件，它實(shí)際上是一個(gè)力-電轉(zhuǎn)換元件。壓磁元件常用的材料有硅鋼片、坡莫合金和一些鐵氧體。 最常用的材料是硅鋼片。為了減小渦流損耗，壓磁元件的鐵心大都采用薄片的鐵磁材料疊合而成。沖片形狀 張力測(cè)量首先是通過張力輥和導(dǎo)向輥將張力轉(zhuǎn)換成對(duì)張力輥的

15、壓力，張力測(cè)量首先是通過張力輥和導(dǎo)向輥將張力轉(zhuǎn)換成對(duì)張力輥的壓力，然后由張力傳感器測(cè)出，最后按力三角形計(jì)算出張力大小。然后由張力傳感器測(cè)出，最后按力三角形計(jì)算出張力大小。8.28.2軋件張力測(cè)量軋件張力測(cè)量一、一、 單機(jī)座可逆式冷軋機(jī)張力測(cè)量單機(jī)座可逆式冷軋機(jī)張力測(cè)量張力測(cè)量示意圖張力測(cè)量示意圖張力輥受力分析張力輥受力分析1 1、一個(gè)張力傳感器測(cè)量張力、一個(gè)張力傳感器測(cè)量張力傳感器傾斜安裝傳感器傾斜安裝傳感器垂直安裝傳感器垂直安裝2 2、 用兩個(gè)張力傳感器測(cè)量張力用兩個(gè)張力傳感器測(cè)量張力 在張力輥在張力輥3 3左右兩端軸承座下面各裝一個(gè)張力傳感器左右兩端軸承座下面各裝一個(gè)張力傳感器6 6，兩個(gè)

16、傳感，兩個(gè)傳感器測(cè)得的壓力分別為器測(cè)得的壓力分別為Q Q左和左和Q Q右。右。張力輥受力分析之二張力輥受力分析之二兩個(gè)張力傳感器傾斜安裝兩個(gè)張力傳感器傾斜安裝兩個(gè)張力傳感器垂直安裝兩個(gè)張力傳感器垂直安裝二、二、 連軋機(jī)張力測(cè)量連軋機(jī)張力測(cè)量1 1、用三輥式張力測(cè)量裝置測(cè)量張力、用三輥式張力測(cè)量裝置測(cè)量張力輥式張力測(cè)量裝置示意圖輥式張力測(cè)量裝置示意圖2 、 由活套支撐器連桿轉(zhuǎn)角測(cè)量張力由活套支撐器連桿轉(zhuǎn)角測(cè)量張力活套支撐器受力簡圖活套支撐器受力簡圖 8.3 8.3 擠壓力測(cè)量擠壓力測(cè)量擠壓力可以用液壓法、機(jī)械法和電測(cè)法測(cè)量。液壓法利用液體傳遞壓力，按擠壓力可以用液壓法、機(jī)械法和電測(cè)法測(cè)量。液壓法

17、利用液體傳遞壓力，按液壓表上讀數(shù)算出總壓力。機(jī)械法是直接用百分表讀出測(cè)力傳感器的微小彈液壓表上讀數(shù)算出總壓力。機(jī)械法是直接用百分表讀出測(cè)力傳感器的微小彈性變形。以上兩種方法只能讀出擠壓力的最大值，而不能顯示出擠壓過程中性變形。以上兩種方法只能讀出擠壓力的最大值，而不能顯示出擠壓過程中的壓力變化，為了研究擠壓過程中的壓力變化，通常采用電測(cè)法。的壓力變化，為了研究擠壓過程中的壓力變化，通常采用電測(cè)法。1 1 應(yīng)力法應(yīng)力法 在擠壓機(jī)立柱上直接粘貼應(yīng)變片，組成電橋測(cè)量在擠壓機(jī)立柱上直接粘貼應(yīng)變片，組成電橋測(cè)量 圖圖5-48 5-48 用傳感器法測(cè)量擠壓力示意圖用傳感器法測(cè)量擠壓力示意圖1-1-模座；模座；2 2，9-9-傳感器；傳感器；3-3-擠壓模；擠壓模；4-4-擠壓筒；擠壓筒；5-5-擠壓墊；擠壓墊；6-6-擠壓桿；擠壓桿；7-7-錐形環(huán)；錐形環(huán)；8-8-活塞活塞2 2 傳感器法測(cè)量傳感器法測(cè)量8.4 8.4 拉拔力測(cè)量拉拔力測(cè)量一、一、 管棒型線材的拉撥力測(cè)量管棒型線材的拉撥力測(cè)量1 1 應(yīng)力法應(yīng)力法