一种四辊板带轧机工作辊轴向力在线检测装置
技术领域
本发明属于检测装置技术领域,具体涉及一种四辊板带轧机工作辊轴向力在线检测装置。
背景技术
目前,在板带轧制生产线中,四辊轧机是应用最为广泛的机型。随着轧制技术的发展,轧制速度的提高,对四辊轧机工作辊止推轴承的承载要求也日益提高。但在实际生产中,四辊轧机工作辊止推轴承经常出现过早损坏,由此导致的连带生产事故损失远远超过轴承的维护更换成本。为此,行业内开展了多方面研究,提出了许多针对性的措施,主要有改善轴承材料、提高轴承性能、规范轴承的使用、加强轴承的维护和检查等,显著减少了轴承的在线损坏事故,却并未彻底解决。现有的四辊板带轧机中,对轴承运行状态的监控大多是通过测量轴承的运转温度,间接得到轴承的轴向力承载状态。这一间接监测方法,第一不够直接明确,第二温度信号的输出需要一定时间的热传导达到稳定,信号存在滞后,所以,当出现异常升温情况时,轴承损坏和连带事故是不可避免的。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置,通过直接检测得到轴向力信号,能提供轴承状态的实时报告,为操作工或者生产控制系统的轴承维护提供决策依据,从而避免出现不可控的在线损坏事故。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置,包括轴承座、快速接头、应变片、电路板及防护罩;轴承座的两端设置凸边,所述凸边上安装应变片将轴向力信号转化为弯矩应力信号,应力信号经由电路板输出;检测装置外设置防护罩,信号输出端头设置快速接头。
本发明技术方案的进一步改进在于:在轴承座凸边两个侧面上加工斜面凹槽,所述斜面凹槽由凸边根部向上端部倾斜,所述应变片依次粘贴在凹槽内测量轴承座凸边受轴向力后产生的弯矩应力。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述应变片通过信号线连接到内置的电路板上组成电桥;电路板由十字槽螺钉固定于轴承座上;电路板的信号输出端连接带螺纹的快速接头,由外接导线将信号导入测试系统显示处理。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述应变片为二轴90°应变片,采用可满足250℃使用的高温应变片材质。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述防护罩覆盖轴承座凸边的斜面凹槽,在防护罩内部空间填充防水密封胶;防护罩使用可以屏蔽外部电信号的金属材质制成。
本发明技术方案的进一步改进在于:防护罩两端分别有起封堵作用的上堵头和下堵头;上堵头和下堵头由内六角小螺钉固定在轴承座上。
本发明技术方案的进一步改进在于:轴承座凸边的斜面凹槽的斜度为1:15。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置,在不影响辊系结构功能的前提下设计实现轴向力在线实时检测装置,并且确保检测装置得到的轴向力信号具有良好的对应性、重复性和足够强度。
本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置,检测装置设计有保护装置,不受轧制过程中冷却液的潮湿环境、轧制温度和干扰信号等因素的影响。
本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置,可以实现快速连接和断开,不影响辊系在线快速换辊的效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的系统布置图;
图2是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的主视图;
图3是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的主视图的局部放大示意图;
图4是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的俯视图;
图5是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置附图4中Ⓐ部分的放大示意图;
图6是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的左视图;
图7是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的左视局部放大图;
图8是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的实施例轴承座凸边加工主要尺寸图,图8中的A面为承载面;
图9是本发明提供的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置的标定曲线图。
其中,1、轴承座,2、螺纹帽,3、快速接头,4、外接导线,5、测试系统,6、应变片,7、信号线,8、十字槽螺钉,9、电路板,10、上堵头,11、内六角小螺钉,12、下堵头,13、防护罩。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明:
根据附图1至附图9所示,轴承座1、快速接头3、应变片6、电路板9及防护罩13;轴承座1的两端设置凸边,所述凸边上安装应变片6将轴向力信号转化为弯矩应力信号,应力信号经由电路板9输出;检测装置外设置防护罩13,信号输出端头设置快速接头3。本发明的检测装置基于工作辊辊系中固有的轴向约束结构进行设计,以轴向约束结构中的轴承座1凸边部位为信号检测的受力主体。检测装置结构在原有的轴承座1凸边尺寸空间内设计,不改变辊系的外在结构,对辊系的结构空间没有特殊要求,容易实现,检测装置装配以后不影响轧机的正常生产。
在本发明提供的实施例中,在轴承座1凸边两个侧面上加工斜面凹槽,所述斜面凹槽由凸边根部向上端部倾斜,所述应变片6依次粘贴在凹槽内测量轴承座1凸边受轴向力后产生的弯矩应力。在轴承座1凸边两个侧面上加工斜面凹槽,由凸边根部向端部倾斜。应变片6粘贴在轴承座1凸边的斜面凹槽面上,粘贴位置靠近轴承座1凸边的中部。在轴承座1凸边承受轴向力时,前后斜面凹槽面上将会分别产生由轴向力导致的弯矩拉应力和压应力,粘贴在斜面凹槽面上的应变片6即用于检测该弯矩拉应力和压应力,然后用于表征轴承座1凸边承受轴向力的大小。轴承座1凸边两个侧面斜面凹槽的设计基于具体实例的模拟仿真结果,主要考虑斜面的斜度,斜面斜度的尺寸设计一方面则需要使凹槽部位形成受弯矩的等强度梁结构,以保证在受轴向力作用时形成更大的均匀拉应力和压应力范围,以确保应变片6粘贴在斜面凹槽面上进行实际测量时,尽量避免受到过多的自身结构尺寸的影响;另一方面要使轴承座1凸边在相同的轴向力作用下,尽量使斜面上的弯矩拉应力和压应力尽量放大,提高应变片6所测得应力信号的信噪比,保证信号的可靠。
电路板9的信号输出端连接带螺纹的快速接头3,由外接导线4将信号导入测试系统5显示处理,实现轴向力在线实时检测和显示。附图1中右上部显示检测装置正常连接使用时的装配情况。在工作辊辊系需要下线维护时可以快速断开外接导线4与快速接头3的连接,不影响换辊。附图1中左下部显示检测装置断开连接不使用时的装配情况。当断开外接导线4与快速接头3的连接时,在快速接头3上拧上螺纹帽2,可以避免灰尘等杂物进入快速接头3。在轴承座1两侧均保持快速接头3朝向上部,便于快速进行外接导线4与快速接头3的连接。
轴承座1凸边前后凹槽内以轧辊中心线为基准,两侧对称粘贴应变片6,每两个应变片6之间的间隔为应变片6自身长度尺寸的2~3倍,粘贴应变片6的范围不超出轴承座1凸边侧面承载面,数量由轴承座1凸边的实际尺寸决定。
进一步地,所述应变片6通过信号线7连接到内置的电路板9上组成电桥;电路板9由十字槽螺钉8固定于轴承座1上;电路板9的信号输出端连接带螺纹的快速接头3,由外接导线4将信号导入测试系统5显示处理。基于相关理论公式估算工作辊辊系轴向力,并进行模拟仿真,在保证轴承座1凸边尺寸实现轴向约束的结构强度的前提下,减小两个侧面的面积,使轴承座1凸边在受轴向力时,力的作用更加集中,最大限度放大轴承座1凸边受轴向力时斜面凹槽面上的应力。轴承座1凸边长度设计为以轧辊中心线对称。
进一步地,所述应变片6为二轴90°应变花,采用可满足250℃使用的高温应变片材质。避免轧制过程中的温升对应变片6测量的干扰。
进一步地,所述防护罩13覆盖轴承座1凸边的斜面凹槽,在防护罩13内部空间填充防水密封胶;防护罩13使用可以屏蔽外部电信号的金属材质制成。防护罩13为金属材质,可以屏蔽外部电信号对检测信号的干扰。防护罩13覆盖轴承座1凸边的斜面凹槽。在防护罩13内部空间填充防水密封胶,保证检测装置在使用时的防水性能,避免轧制潮湿环境的干扰。防护罩13为金属材质,可以屏蔽外部电信号对检测信号的干扰。防护罩13两端分别有上堵头10和下堵头12封堵。上堵头10和下堵头12由内六角小螺钉11固定在轴承座1上。
具体的,在本发明提供的实施例中,本发明公开的一种四辊板带轧机工作辊轴向力的在线监测装置,提供了一个实现在某冷轧四辊轧机上,分别显示检测装置使用和不使用的两种装配情况。当需要换辊时,断开外接导线4与快速接头3的连接,快速接头3拧上螺纹帽2,避免灰尘等杂物进入,如附图1左下部。当辊系正常在线生产时,外接导线4与快速接头3的连接,由外接导线4将轴向力信号导入测试系统5显示处理,如附图1右上部。附图8是该实施例中轴承座1凸边的主要尺寸的具体数值。轴承座1凸边上用于承受轴向力的承载面为图5中的A面及其对侧面,长宽分别为120mm和18mm,长度尺寸由原来的通长350mm减小至120mm。轴承座1凸边凹槽斜面斜度1:15,以轧辊中心线对称共粘贴应变片6共8片。附图9是该实施例的标定曲线图。从附图9中可以看出,检测装置的信号输出与加压压力的对应关系拟合为二次多项式曲线,相关系数0.9997,近似为1,具有良好的规律性。
本发明设计既保留了轴承座1凸边的轴向约束功能,又能获取经过充分放大的应力信号,所得到的信号具有良好规律性和重复性,满足四辊板带轧机工作辊轴向力的在线实测需求。装置中的防护罩13和在防护罩13内部空间填充的防水密封胶,避免检测装置受轧制恶劣的潮湿环境的干扰,检测信号稳定可靠。检测装置的信号线7端头采用快速接头3,连接和断开方便快捷,用以兼顾轧机在线快速更换工作辊辊系的需要。
本发明适用于以轴承座1凸边结构进行轴向定位的四辊板带轧机工作辊辊系轴向力在线实时检测,对具有类似结构的轧机进行轴向力检测都具有借鉴意义。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。