整辊式板形仪波形演变机理_张桐源.pdf

第5 8卷 第6期 2 0 2 3年6月钢 铁I r o na n dS t e e lV o l.5 8,N o.6,p 8 2-9 2 J u n e2 0 2 3 D O I:1 0.1 3 2 2 8/j.b o y u a n.i s s n 0 4 4 9-7 4 9 x.2 0 2 2 0 7 9 1整辊式板形仪波形演变机理张桐源1,于华鑫1,2,廖 霜1,杨 昇1,刘宏民1,2(1.燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心,河北 秦皇岛0 6 6 0 0 4;2.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北 秦皇岛0 6 6 0 0 4)摘 要:在整辊式板形仪试验调试和工业应用中发现,大包角和大张力的情况下,板形辊内部传感器会输出明显区别于常规单峰波形信号的双峰波形信号。板形辊变包角安装时,存在着单峰波形向双峰波形过渡的情况,甚至在不同检测通道中,存在单、双峰波形共存的现象。由于双峰波形从形式上明显不同于单峰波形,如果按照常规单峰信号处理方式处理这种波形信号会产生明显板形检测误差。为了研究波形演变的原因和规律,设计了四辊变张力、变包角计算模型,并将其应用于有限元仿真计算。结果显示,大张力和大包角是板形仪输出信号中产生双峰波形的主要影响因素。在特定张力的条件下,单峰波形会随着包角的增大而逐渐演变为双峰波形;在特定包角条件下,单峰波形又会随着张力的增大而逐渐演变为双峰波形。为了进一步研究波形演变机理,在2 0、3 0 和4 0 包角下,分别固定施加在板形辊单通道上的张力进行仿真计算,提取了传感器安装孔顶和两侧面的位移变化,得到了波形关键位置对应带材与辊体相对位置的传感器顶面位移变化。分析发现,传感器安装孔轮廓在大张力、大包角下会产生不规则的微变形,使得传感器受力状态和位移趋势发生改变,从而产生单、双峰波形信号演变的现象。通过搭建试验平台进行了等张力变包角试验和等包角变张力试验,还原了仿真波形曲线演变规律,验证了其结果的正确性。最后,分析了仿真波形曲线与实际波形曲线差异的产生原因,并针对如何避免双峰波形对整辊式板形仪检测带来的影响给出了具体建议。关键词:整辊式板形仪;检测信号;有限元分析;波形演变因素;波形产生机理文献标志码:A 文章编号:0 4 4 9-7 4 9 X(2 0 2 3)0 6-0 0 8 2-1 1W a v e f o r me v o l u t i o nm e c h a n i s mo fw h o l e r o l l e r f l a t n e s sm e t e rZ HANGT o n g y u a n1,YU H u a x i n1,2,L I AOS h u a n g1,YANGS h e n g1,L I U H o n g m i n1,2(1.N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r f o rE q u i p m e n t a n dT e c h n o l o g yo fC o l dR o l l i n gS t r i p,Y a n s h a nU n i v e r s i t y,Q i n h u a n g d a o0 6 6 0 0 4,H e b e i,C h i n a;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM e t a s t a b l eM a t e r i a l sS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,Y a n s h a nU n i v e r s i t y,Q i n h u a n g d a o0 6 6 0 0 4,H e b e i,C h i n a)基金项目:国家自然科学基金区域创新发展联合基金资助项目(U 2 1 A 2 0 1 1 8);国家重点研发计划资助项目(2 0 2 1 Y F B 3 4 0 1 0 0 4);河北省“巨人计划”创新团队及领军人才基金资助项目(4 5 7 0 0 1 9)作者简介:张桐源(1 9 9 4),男,博士生;E-m a i l:1 3 1 8 0 5 9 1 0 8 11 6 3.c o m;收稿日期:2 0 2 2-1 2-2 2通信作者:于华鑫(1 9 8 8),男,博士,讲师;E-m a i l:1 5 0 3 3 5 3 7 5 8 91 6 3.c o mA b s t r a c t:I t i s f o u n d i n t h e t e s t d e b u g g i n ga n d i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o no f t h ew h o l e r o l l e r f l a t n e s sm e t e r t h a t u n d e r t h ec o n d i t i o no f l a r g ew r a p p i n ga n g l ea n dl a r g et e n s i o n,t h es e n s o r i n s i d ew i l lo u t p u t t h ed o u b l ep e a kw a v e f o r ms i g n a lw h i c h i so b v i o u s l yd i f f e r e n t f r o mt h e c o n v e n t i o n a l s i n g l ep e a kw a v e f o r ms i g n a l.W h e nt h e f l a t n e s sm e t e r i s i n s t a l l e da tv a r i a b l ew r a p p i n ga n g l ec o n d i t i o n,t h e r e i sat r a n s i t i o nf r o ms i n g l ep e a kw a v e f o r mt od o u b l ep e a kw a v e f o r ma n dt h e r e i se v e na c o e x i s t e n c eo f s i n g l e a n dd o u b l ep e a kw a v e f o r mi nd i f f e r e n t d e t e c t i o nc h a n n e l s.S i n c e t h e s h a p eo f t h ed o u b l ep e a kw a v e f o r mi so b v i o u s l yd i f f e r e n t f r o mt h a t o f t h e s i n g l ep e a ko n e,o b v i o u s f l a t n e s sd e t e c t i o ne r r o rw i l l b eg e n e r a t e d i f t h ew a v e f o r ms i g n a l i sp r o c e s s e db yc o n v e n t i o n a l s i g n a l p r o c e s s i n gm e t h o d.I no r d e r t os t u d yt h ec a u s ea n dl a wo fw a v e f o r me v o l u t i o n,a f o u r r o l l sm o d e l o fv a r i a b l e t e n s i o na n dv a r i a b l ew r a p p i n ga n g l ew a sd e s i g n e da n da p p l i e dt ot h e f i n i t ee l e m e n t s i m u l a t i o n.T h er e s u l t ss h o wt h a t l a r g e t e n s i o na n dl a r g ew r a p p i n ga n g l ea r et h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h ed o u b l ep e a kw a v e f o r mi n t h eo u t p u t s i g n a l o f t h e f l a t n e s sm e t e r.T h e s i n g l ep e a kw a v e f o r mw i l lg r a d u a l l ye v o l v e i n t ot h ed o u b l ep e a kw a v e f o r mw i t ht h e i n c r e a s eo fw r a p p i n ga n g l eu n d e r c e r t a i nc o n d i t i o n so f t e n-s i o na n d t h e s i n g l ep e a kw a v e f o r mw i l l g r a d u a l l ye v o l v e i n t od o u b l ep e a kw a v e f o r mw i t h t h e i n c r e a s e o f t e n s i o nu n d e rt h ec o n d i t i o no f s p e c i f i cw r a p p i n ga n g l e.I no r d e rt of u r t h e rs t u d yt h ee v o l u t i o nm e c h a n i s mo ft h ew a v e f o r m,t h et e n s i o nf i x e do n t h e s i n g l e c h a n n e l o f t h ed e t e c t i o nr o l l a n d i tw a s s i m u l a t e du n d e r t h e 2 0,3 0 a n d4 0 w r a p p i n ga n-g l e s,r e s p e c t i v e l y.T h ed i s p l a c e m e n t c h a n g e so f t h e t o pa n dt w os i d e so f t h e s e n s o rm o u n t i n gh o l e sw e r ee x t r a c t e d,第6期张桐源,等:整辊式板形仪波形演变机理a n dt h ed i s p l a c e m e n t c h a n g e so f t h e t o ps u r f a c eo f t h es e n s o r c o r r e s p o n d i n gt ot h er e l a t i v ep o s i t i o no f t h es t r i pa n dt h er o l l b o d yw e r eo b t a i n e d.I t i s f o u n dt h a t t h ep r o f i l eo f t h em o u n t i n gh o l eo f t h e s e n s o rw i l l p r o d u c e i r r e g u l a rm i-c r o-d e f o r m a t i o nu n d e r l a r g e t e n s i o na n d l a r g ew r a p p i n ga n g l e,w h i c hc h a n g e s t h e s t r e s s s t a t e a n dd i s p l a c e m e n t t r e n do f t h es e n s o r,r e s u l t i n g i nt h ee v o l u t i o no fs i n g l ea n dd o u b l ep e a kw a v e f o r ms i g n a l s.B ys e t t i n gu pae x p e r i m e n t a lp l a t f o r m,t h ec o n s t a n t t e n s i o nv a r i a b l ew r a p p i n ga n g l et e s ta n dc o n s t a n tw r a p p i n ga n g l ev a r i a b l et e n s i o nt e s tw e r ec a r r i e do u t.T h ee v o l u t i o n l a wo f t h e s i m u l a t i o nw a v e f o r mc u r v ew a s r e s t o r e da n d t h e c o r r e c t n e s so f t h e r e s u l t sw a sv e r i f i e d.F i n a l l y,t h er e a s o n sf o rt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h es i m u l a t e dw a v e f o r mc u r v ea n dt h ea c t u a lw a v e f o r mc u r v ea r ea n a l y z e d,a n ds p e c i f i c s u g g e s t i o n sa r eg i v e no nh o wt oa v o i dt h e i n f l u e n c eo f d o u b l ep e a kw a v e f o r mo nt h ed e t e c t i o no f t h ew h o l er o l l e r f l a t n e s sm e t e r.K e yw o r d s:w h o l er o l l e r f l a t n e s sm e t e r;d e t e c t i o ns i g n a l;f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s;w a v e f o r me v o l u t i o nf a c t o r;w a v e-f o r mp r o d u c i n gm e c h a n i s m 冷轧带材是高端金属制品,用途广泛1-4,板形是表征其质量的重要指标之一5-8,常用相对长度差来表示9-1 0。通过轧机的多种调控手段来保证产品板形质量1 1-2 0,控好板形的前提是对板形的精准检测2 1-2 5。整辊式板形仪是生产高端冷轧带材的必备检测设备2 6,长久以来取得良好效果,带来可观经济效益2 7,但是其检测信号中出现的一些现象亟待研究。在整辊式板形仪试验调试和工业应用过程中发现,其内部传感器在某些特定情况下会输出明显区别于常规单峰波形信号的双峰波形信号,这可能会带来明显的检测误差。针对影响板形检测精度的因素,已有一些学者进行了研究。刘佳伟等2 8对板形检测数据进行处理,有效地抑制数据中的干扰影响,提高了测量系统的抗干扰能力。U S AME NT I AGAR等2 9分析了带钢振动对板形测量的影响,并提出了消除或减少这些影响的方法。赵章献等3 0针对板形仪位置误差,建立了带钢下卷取和上卷取2种方式的板形补偿模型。李荣民等3 1基于几何关系和板形检测理论,建立了针对检测辊安装误差的在线板形信号误差补偿模型。白振华等3 2研究了冷轧薄板离线板形测量误差的产生机理,建立了一套适合于冷轧薄板离线板形测量的重力影响模型。杨利坡等3 3基于接触式板形检测原理和压磁传感器及其电磁特性,建立了板形检测误差及异常信号补偿模型。王东城等3 4通过优化算法,消除了整辊内嵌式板形仪挠度引起的干扰信号。于华鑫等3 5-3 6采用曲线拟合最小误差优化方法,建立了精确快速识别和消除干扰信号波形的数学模型,通过力学分析提出了通道耦合的概念和影响矩阵解耦模型,通过解耦方程消除通道间的相互干扰。为研究整辊式板形仪信号波形演变规律,本文建立了板形仪包角和张力的控制模型,并将其应用于有限元建模流程,通过仿真方法研究双峰波形产生因素,进而通过传感器安装孔和传感器表面微位移分析其产生机理,最后搭建平台进行试验验证。1 板形数据提取方法板形辊结构和传感器布置方式如图1所示,上下安装孔中的2个传感器组块形成1个检测单元,2个传感器彼此周向间隔1 8 0。按照检测单元对应的辊体轴向位置,从操作侧到传动侧对其进行排序。图1 整辊式板形辊结构和传感器布置方式F i g.1 W h o l er o l l e r f l a t n e s sm e t e r r o l ls t r u c t u r ea n ds e n s o r s l a y o u t传感器组块中的压力传感器受力时,内部压电晶体产生电荷变化,经电荷放大后,进行模数转换输出至板形计算机,得到各检测单元实际用于板形计算的A D值(A n a l o g u et oD i g i t a lV a l u e)数据。从轧制开始到结束,A D值实时输出,在板形计算机交互界面中生成一条不间断的波形曲线,图2所示为某辊实测第8和第2检测单元波形。图2(a)所示为第8检测单元输出的单峰波形,曲线中的波峰段为带材经过传感器安装孔附近辊面时传感器输出的波形。通常认为波峰值与辊体受到的压力值存在线性关系,取其表征当前周期、当前检测单元处带材对辊体的径向力大小。板形辊每旋转1圈,输出波峰数对应1个检测单元中的传感器个数,图中2个三角点之间为1个检测周期波形。曲线中的波形会在特定情况下由单峰演变为图2(b)中第2检测单元输出的双峰波形,当2种波形曲线同时出现于不同检测38钢 铁第5 8卷(a)单峰波形曲线;(b)双峰波形曲线图2 某整辊式板形仪两检测单元输出波形F i g.2 O u t p u tw a v e f o r m so f t w od e t e c t i o nu n i t so faw h o l e r o l l e r f l a t n e s s单元中时,按照波峰取值的方式明显不再适用。为此,考虑图3所示的3种波形数据取值方式。在实际检测中发现,相对于单峰波形,双峰波形对应了更大的径向压力。但按照图中3种方式提取的信号强度则与之相反,均无法保证A D值对带材径向力具有相同线性度。为从机理上研究波形演变规律,本文通过有限元方法分析影响双峰波形产生的因素,通过提取传感器及其安装孔附近变形分析其产生机理。(a)按照峰值取值;(b)按照中心相位取值;(c)按照任意相位取值图3 3种波形数据取值方式F i g.3 T h r e ew a y s t od e t e r m i n ev a l u eo fw a v e f o r m s2 建模流程考虑板形辊的工作方式,整个模型需在转动下实现数据采集,设计了改变模型结构来调节张力和包角的方法,涉及一种四辊结构,如图4所示。其中板形辊、主动辊与带材之间存在摩擦,左、右传动辊与带材之间无摩擦。加载时,主动辊受力张紧带材,其余三辊固定;传动时,主动辊转动带动带材移动,进而带动板形辊转动。给定4点O1(x1,0)、O2(-x1,0)、O3(0,y1)、O4(0,y2)分别为右传动辊、左传动辊、板形辊和主动辊初始轴心坐标,给定板形辊 半径R1和带材包 角21,传动辊和主动辊半径均假设为R2。假设以O3为轴心的板形辊和以O2为轴心的左传动辊在带材包覆侧的公切线l的横纵坐标关系为y=t a n1x+b(1)式中:b为两辊公切线l与y轴的截距。由O3到l的距离为板形辊半径R1,有R1=b-y11+t a n21(2)图4 四辊仿真模型结构F i g.4 F o u rr o l l s s i m u l a t i o nm o d e l s t r u c t u r e则b=y1+R11+t a n21(3)公切线l的横纵坐标关系可表示为y=t a n1x+y1+R11+t a n21(4)由O2到l距离,可知传动辊半径R2为R2=-t a n1x1+y1+R11+t a n211+t a n21(5)给定带材张力T、弹性模量E、带宽B、带厚h。假设带材包覆以O2为轴心的传动辊的角度被x轴分为2和3两部分,其中2对应x轴以上的部分,3对应x轴以下的部分,如图4所示,并假设主动辊包角为24,则2=-a r c c o sx1x21+y21-a r c c o sR2-R1x21+y21(6)3=a r c t a n(x1/y2)(7)4=a r c t a n(y2/x1)(8)主动辊受载前后位置和带材拉伸情况如图5所示。初始带材长度L为L=21R1+(2+3+4)R2+x21+y21-(R2-R1)2+x21+y22(9)48第6期张桐源,等:整辊式板形仪波形演变机理图5 主动辊受载前后位置和带材拉伸情况F i g.5 P o s i t i o no fd r i v i n gr o l l a n ds t r i pe l o n g a t i o nb e f o r ea n da f t e r l o a d i n g加载后带材伸长量L为L=T LB h E(1 0)加载后4应满足c o s4=x1L2+x21+y22(1 1)主动辊加载集中力F为F=2Ts i n4=2T1-x21T L2B h E+x21+y222(1 2)有限元建模时,板形辊和带材均取1个检测单元宽度,设置为2 6mm,带厚为1mm。辊体按照实际板形辊参数建模,辊径为3 1 3mm,传感器处辊面厚度为6.5mm,安装孔直径为3 2mm。传感器简化为2个宽度为2 0mm紧密贴合的弹性块,过盈配合0.0 3mm安装于辊体通孔内,导向辊简化为刚体。2 5下主要部件材料属性见表1。表1 2 5下主要部件材料属性T a b l e1 M a i nc o m p o n e n t sm a t e r i a l p r o p e r t i e sa t 2 5部件材料弹性模量/G P a泊松比辊体4 C r 5 M o S i V 12 1 00.3 0传感器-Q u a r t z9 10.1 3带材S P C C2 0 70.3 0 根据需要的张力和包角数据计算R2和F完成建模,如图6所示。图6(a)所示为模型草图轮廓,装配后的整体模型如图6(b)所示。软件中输出传感器弹性块间接触应力导致的合力,设置9 0个时间单位,力信号采集频率设置为0.5个时间单位,同时(a)模型草图轮廓;(b)模型装配体网格分布图6 模型建立F i g.6 M o d e l e s t a b l i s h m e n t c o m p l e t e d板形辊设置转动9 0,即每0.5 输出1次,1条输出曲线的1 8 0个采样点对应1 8 0次静力计算。3 单双峰波形演变因素分析数据提取和整理后得到等张力变包角和等包角变张力传感器受力曲线,结果分别如图7和图8所示。前者为固定张力为10 0 0N时,包角从4 6 0 每隔4 调整模型参数得到的传感器力信号曲线;后者为分别固定包角为2 0、3 0、4 0,改变张力大小为5 0 0、10 0 0、15 0 0、20 0 0、25 0 0N时得到的传感器力信号曲线。由图7可知,10 0 0N张力下,4 2 0 包角范围内,其相位中点附近值具有较好线性度;2 4 2 8 范围内,出现单峰波形向双峰波形的转化,波形相位中点附近值失去线性,之后随包角增大波形保持双峰形态。图8中各曲线相位中点附近值随张力增大几58钢 铁第5 8卷(a)包角4 2 0;(b)包角2 4 4 0;(c)包角4 4 6 0 图7 等张力变包角传感器受力曲线F i g.7 F o r c ec u r v eo fa s e n s o rw h e nc o n s t a n t t e n s i o na n dv a r i a b l ew r a p p i n ga n g l ea p p l i e d(a)固定包角2 0;(b)固定包角3 0;(c)固定包角4 0 图8 等包角变张力传感器受力曲线F i g.8 F o r c ec u r v eo fa s e n s o rw h e nc o n s t a n tw r a p p i n ga n g l ea n dv a r i a b l e t e n s i o na p p l i e d乎始终呈比例升高;包角为3 0 时,发生了单峰波形向双峰波形的演变,相位中点值失去线性。2 0 包角下即使施加25 0 0N张力波形也未发生变化,4 0 包角下即使仅5 0 0N张力波形也保持双峰形态。2种情况下的力信号曲线都由单峰形态向双峰形态过渡,可知在不考虑其他影响因素(预紧力、孔形孔位和传感器弹性块尺寸等)的情况下,张力和包角是在生产中影响板形信号波形发生演变的主要因素。随着包角和张力由小变大,单峰波形越易向双峰演变,之后不回复单峰形态。波形发生变化前后,各曲线不论峰值还是任何相位处取值都不存在线性关系。4 单双峰波形演变机理分析4.1 孔关键位置位移分析板形辊辊体圆截面与模型x-y坐标截面平行,设定张力为10 0 0N,分别提取2 0、3 0 和4 0 包角下板形辊传感器安装孔的x和y向位移值。加载时,传感器过盈量会造成大程度的孔轮廓变形,使带材压力与之叠加而难以得到有效结果。因此,在第一分析步中完成传感器预紧力施加,第二分析步进行带材加载;提取结果时,对第二分析步和第一分析步稳态位移作差。U1=U1 1-U1 2,U2=U2 1-U2 2(1 3)式中:U1为x向位移差;U1 1为第1分析步x向位移;U1 2为第2分析步x向位移;U2为y向位移差;U2 1为第1分析步y向位移;U2 2为第2分析步y向位移。安装孔圆周按照网格数量划分成弧度相等的4 0个部分,每个部分对应9 的圆弧范围,安装孔网格节点位置如图9所示。其中顶部节点9个,按照x轴坐标由负到正排序;考虑到不直接接触传感器部分弧度较大,左侧面和右侧面节点各1 1个,按照y轴坐标由负到正排序。图9 安装孔网格节点位置F i g.9 I n s t a l l a t i o nh o l em e s h i n gn o d ep o s i t i o n68第6期张桐源,等:整辊式板形仪波形演变机理在软件后处理模块中提取顶面网格结点处的y向位移、左侧面和右侧面网格结点处的x向位移,得到2 0、3 0 和4 0 包角下带材张力10 0 0N加载后的3组位移曲线,结果如图1 0所示。(a)顶面节点y向位移;(b)左侧面节点x向位移;(c)右侧面节点x向位移图1 0 安装孔顶面、左侧面和右侧面节点位移F i g.1 0 N o d e sd i s p l a c e m e n t o f t o p,l e f t a n dr i g h t s u r f a c e so f i n s t a l l a t i o nh o l e 图中,2 0 包角下孔顶面位移较3 0 小,而4 0 与3 0 包角接近,由压力Fn、张力T与包角关系式(1 4)可知,2 0 3 0 包角之间的传感器受力更趋近线性,而3 0 4 0 受力基本不变,不遵循式(1 4)。2 0 和3 0 左侧面位移均指向x轴负向,4 0 左侧面位移指向x轴正向;2 0 和3 0 右侧面位移均指向x轴正向,且数值与左侧面正好相反,相互对称,4 0 左侧面位移也指向x轴正向,数值与左侧面很接近。这表明2 0 和3 0 包角时孔两侧面向外鼓起,符合预想中通孔受力时的变形方式,而4 0 时孔形向y轴一侧塌陷。Fn=2Ts i n2(1 4)4.2 关键位置传感器位移分析随着辊体旋转,分别提取传感器在2 0、3 0 和4 0 包角下的顶面位移。取带材中截面距离传感器中截面相对辊体轴心角度 的关键位置进行计算,图1 1所示 为输出波形 对 应 的 模 型 关 键 位 置示意。图1 1 输出波形对应的模型关键位置示意F i g.1 1 K e yp o s i t i o n s s c h e m a t i cd i a g r a mo fm o d e lc o r r e s p o n d i n g t oo u t p u tw a v e f o r m s在建立的第一分析步中,完成传感器预紧力施加,第二分析步中进行带材加载。建模时将上述关键点加密至1 9个点,分别取上述(带材与辊体之间的相对角度)为-4 5、-4 0、-5、0、5、4 0 和4 5;对第2分析步和第1分析步的稳态位移作差,得到x向位移U1和y向位移U2后,计算辊体各关键位置的传感器顶面位移,其分布如图1 2所示。辊体各关键位置的传感器顶面位移计算公式为U=U1s i n-U2c o s(1 5)图1 2 不同包角下传感器顶面中心点位移F i g.1 2 D i s p l a c e m e n t o f c e n t e rp o i n t o f s e n s o rt o ps u r f a c eu n d e rd i f f e r e n tw r a p p i n ga n g l e s可以看出,2 0 包角时,随着逐渐趋近于零,传感器顶面位移不断增大;3 0 包角时,顶面位移先增大后发生小幅降低;4 0 包角时,顶面位移先增大后发生大幅降低。可知,其他条件不变而包角增大到一定程度时,通孔轮廓会因刚度不足发生变形,使传感器受力不增反降。放大后的通孔轮廓形状演变过程如图1 3所示。对单峰波形来说,随带材逐渐接近传感器,输出A D值从初始预紧力值达到最大值,随远离传感器变回初始预紧力值,传感器安装孔y向轮廓先压缩后扩张。对双峰波形来说,随着带材逐渐接近传感器,输出A D值从初始预紧力值增大至78钢 铁第5 8卷第1峰值后,在正压传感器时减小至极小值;随着远离传感器先增大至第2峰值,后减小至初始预紧力值,传感器安装孔y向轮廓先压缩后扩张,再压缩再扩张。图1 3 放大后的单、双峰波形通孔轮廓形状演变过程F i g.1 3 E n l a r g e de v o l u t i o np r o c e s so f s i n g l ea n db i m o d a lw a v e f o r m s t h r o u g hh o l ep r o f i l e5 输出波形试验设计与分析5.1 试验设计为了验证仿真模型的正确性,制作了图1 4所示的变包角变张力试验平台。通过使用不同长度带钢并改变导向轮竖直位置实现包角调整,通过改变左右导向轮的水平位置实现张力调整,通过称重传感器测量上导向辊径向压力并按照几何关系计算实时张力。在试验板形辊的中心检测单元中交错安装1对传 感 器 来 感 知 带 材 压 力,传 感 器 检 测 宽 度 为5 2mm。带钢首尾相连焊接,为保证焊缝在长时间拉伸过程中不崩裂,选用厚度为1mm的3 0 4不锈钢带。带钢长度按照试验平台辊体、导向轮和带材的几何关系分别定为1号(长度为40 0 0mm)、2号(长度为34 1 0mm)和3号(长度为27 2 0mm);为了防止带钢跑偏影响,带宽定为5 5mm,略大于传感器检测宽度。1称重传感器;2显示控制器;3试验板形辊;4上导向辊;5带钢;6左导向轮;7右导向轮;8张力包角调节装置;9电机。图1 4 变包角变张力试验平台结构布局F i g.1 4 V a r i a b l ew r a p p i n ga n g l ev a r i a b l e t e n s i o ne x p e r i m e n t a l p l a t f o r ms t r u c t u r e l a y o u t图1 5所示为带钢加载位置示意,每种带钢长度对应平台上的1个横向固定位置,对应上、中、下3个导向辊的竖直位置,共9个加载位置。各加载位置对应包角大小见表2。观察波形随包角变化的演变规律时,将导向轮调整至显示控制器示数对应10 0 0N张力的位置,对应10 0 0N张力时的显示控制器示数见表3。观察波形随张力变化的演变规律时,调整导向轮到波形临近演变的位置固定锁死,调整加载大小,将导向轮位置调整至显示控制器示数分别对应10 0 0、15 0 0、20 0 0N张力的位置,通过软件记录不同波形状态下的采样点数值。图1 5 试验平台加载位置示意F i g.1 5 D i a g r a mo f l o a d i n gp o s i t i o no f e x p e r i m e n t a l p l a t f o r m表2 各加载位置对应包角分布T a b l e2 L o a d i n gp o s i t i o n s c o r r e s p o n dt ow r a p p i n ga n g l e s导向辊位置1号带包角/()2号带包角/()3号带包角/()上1 6.9 22 1.8 63 0.9 6中2 4.4 83 1.7 04 4.7 8下3 2.1 04 1.3 05 7.9 0表3 各加载位置对应显示质量分布T a b l e3 C o r r e s p o n d i n gw e i g h t o f e a c hl o a d i n gp o s i t i o n导向辊位置1号带包角/k g2号带包角/k g3号带包角/k g上3 0.0 23 8.6 95 4.4 7中4 1.2 25 7.5 77 7.7 3下5 6.4 37 1.9 79 8.4 788第6期张桐源,等:整辊式板形仪波形演变机理5.2 结果分析1号、2号和3号带在3个竖直位置上初步固定张力,按照表1改变包角,按照表2调整张力,输出的A D值曲线分别如图1 6图1 8所示。1号和2号带3个加载位置存在完整的波形演变过程,“上位”为单峰波形,“中位”波形出现下陷,“下位”下陷更剧烈;由于3号带在3个竖直位置上均呈现双峰形态,等包角变张力试验不包含3号带的3个加载位置。另外,随包角逐渐增大产生双峰波形,各曲线幅值降低,峰值段对应相位逐渐变宽,单、双峰波形幅值和相位中点值之间既不存在几何关系也不存在明显线性关系,这与模拟结果吻合。(a)上位A D曲线;(b)中位A D曲线;(c)下位A D曲线图1 6 1号带固定张力10 0 0N改变包角时的传感器A D值分布F i g.1 6 A Dv a l u ed i s t r i b u t i o no f s e n s o rw i t hN o.1s t r i pt e n s i o nf i x e da t 10 0 0Nc h a n g i n gw r a p p i n ga n g l e(a)上位A D曲线;(b)中位A D曲线;(c)下位A D曲