專利名稱：檢測軋輥機(jī)架的振動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在各種材料的熱軋和冷軋過程中檢測軋輥機(jī)架(roll stand)的振動(dòng)的方法。本發(fā)明可特別用于檢測在帶材形式的扁平軋材的軋制過程中特別是在使用連軋機(jī)(tandem mills)時(shí)影響厚度的振動(dòng)。
背景技術(shù)：
冶金產(chǎn)品，特別是扁平軋材(例如金屬板、條材或者帶材)，不管它們由鋼鐵、鋁還是其他材料或合金制成，其通常都是通過使用軋機(jī)(mill)進(jìn)行軋制(rolling)來制造的，所述軋機(jī)是由至少一個(gè)軋輥機(jī)架形成的軋機(jī)和例如由一組連續(xù)排列以形成為公知的連軋機(jī)串(tandem milltrain)的機(jī)架形成的軋機(jī)。
通常，軋輥機(jī)架包括大的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊(rotating mass)，例如工作輥(working roll)和支承輥(backing roll)，以及減速裝置。這些質(zhì)量塊在不被注意的情況下就會開始振動(dòng)，特別是在高速軋制中。
在冷連軋機(jī)系列中尤其顯著的、有時(shí)被成為“震顫(chatter)”的這一現(xiàn)象類似于共振現(xiàn)象，因?yàn)閷τ诮o定的軋輥機(jī)架，它會以基本上固定的頻率產(chǎn)生振動(dòng)并且該現(xiàn)象在超過了特定的速度閾值時(shí)就會發(fā)生。這一現(xiàn)象會導(dǎo)致帶材的厚度不規(guī)則或使得帶材破裂，或者在輥?zhàn)由狭粝掳毯邸＿@樣更加影響生產(chǎn)，因?yàn)榭梢詰?yīng)用的最直接的補(bǔ)救方法是降低軋制速度。
人們對這些振動(dòng)的起因知道得很少，但是它似乎主要是由于機(jī)架中帶材向上和向下的牽引力之間的相互作用以及機(jī)架的厚度減小過程而造成的。
為了更好地理解這些現(xiàn)象，對軋輥機(jī)架的行為建立了模型，并在其上設(shè)置了加速度計(jì)。從這些試驗(yàn)中得到的模擬和測量顯示出，一方面，最主要的振動(dòng)干擾具有處在100赫茲到250赫茲的頻段(3倍頻程)以及500赫茲到700赫茲的頻段(5倍頻程)中的頻率。
另外，這兩類振動(dòng)的效果似乎并不相同，因?yàn)橐呀?jīng)證實(shí)3倍頻程的振動(dòng)會導(dǎo)致厚度缺陷以及帶材的破裂，而5倍頻程的振動(dòng)會在支承輥上產(chǎn)生疤痕。此外，由于精確的軋制條件，振動(dòng)并不總是開始于相同的頻率但是會處于上述范圍之一中。
為了克服這種震顫現(xiàn)象的缺點(diǎn)，需要盡快檢測到這種振動(dòng)的出現(xiàn)，以采取必要的校正措施，例如降低軋制速度。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在例如BE 890928中已經(jīng)提出在機(jī)架上設(shè)置加速度計(jì)、將其發(fā)出的信號濾波至合適的頻帶，以及當(dāng)經(jīng)過濾波的信號超過特定閾值時(shí)觸發(fā)校正動(dòng)作。
這種方式使得最重要的損壞(例如帶材的破裂)得以避免。然而，加速度計(jì)型的傳感器對于所有的加速度都非常敏感，并且其信號通常受到背景噪聲的干擾。因此，通常將其盡可能地安裝在所不期望的振動(dòng)可能發(fā)生的位置。還提出將其安裝在軋輥的軸承處，這樣就必須裝備所有的軸承組，并且在輥?zhàn)拥拿總€(gè)轉(zhuǎn)換處重新建立連接。
近來，已經(jīng)可以將這些傳感器安裝在軋輥機(jī)架的頂部并且記錄工作信號，接下來重要的是對信號進(jìn)行處理，以選取并檢測所得到的偽信號(artefact)。
然而這一用于消除背景噪聲的信號處理過程會產(chǎn)生延遲，該延遲會影響警報(bào)觸發(fā)和在所需時(shí)刻的相關(guān)動(dòng)作。另外，頻帶內(nèi)簡單的處理不能使具有有害起因的振動(dòng)的頻率與那些由設(shè)備的某些轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量塊所產(chǎn)生的正常振動(dòng)的頻率相區(qū)分。
在更近的申請EP1 125 649中，通過提出對來自于話筒的聲學(xué)信號進(jìn)行處理來試圖補(bǔ)償這些缺點(diǎn)。由此解決了傳感器位置的問題以及其易損性，但是信號處理的問題仍然存在，因?yàn)樵捦矔z測存在的所有聲學(xué)頻率，并且該信號受到主背景噪聲的干擾。為了消除背景噪聲，該申請?zhí)岢隽艘环N基于多種方法結(jié)合的信號處理方法，其目的是確定有害振動(dòng)的產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，其結(jié)合了帶通濾波器、峰值檢波、共振因子計(jì)算、傅立葉分析，并且在當(dāng)這些參數(shù)之一或者其組合超出預(yù)定頻帶中的特定閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警。
這一方法仍然存在缺點(diǎn)，因?yàn)橛糜谔幚硇盘柕臅r(shí)間過長，并且其主要是檢測軋機(jī)機(jī)架的振動(dòng)開始點(diǎn)的發(fā)散(divergence)。最近觀察到可以產(chǎn)生無發(fā)散的振動(dòng)，所述振動(dòng)損害了軋制軋材的厚度或表面狀態(tài)。
另外，由于每個(gè)機(jī)架的軋制力和每個(gè)機(jī)架的上下牽引力之間的相互作用，振動(dòng)現(xiàn)象通常會在一個(gè)機(jī)架中產(chǎn)生并且傳遞到其他的機(jī)架。上述所提出的裝置只能檢測連軋機(jī)的機(jī)架作為一個(gè)整體所發(fā)出的聲學(xué)頻率，而不能直接將機(jī)架彼此區(qū)分開來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提出一種基于測量信號工作的新的檢測方法來解決這些問題，該方法不具有上述缺點(diǎn)，并且特別是不需要進(jìn)行用于產(chǎn)生振動(dòng)檢測信號的初步處理。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，使用了形成現(xiàn)代軋輥機(jī)架的部件和傳感器，即，裝備有高分辨率數(shù)字位置傳感器的液壓調(diào)節(jié)千斤頂，其精度通常至少為1微米。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于通過組成軋輥機(jī)架的整套輥?zhàn)雍鸵簤赫{(diào)節(jié)千斤頂?shù)恼駝?dòng)傳輸?shù)臒o法預(yù)期的效果，位置傳感器的信號受到振動(dòng)的干擾。多個(gè)補(bǔ)充試驗(yàn)以非常可靠和詳確的方式證實(shí)了位置信號在頻率和幅度方面完全受振動(dòng)的調(diào)制。在振動(dòng)開始產(chǎn)生時(shí)即出現(xiàn)調(diào)制，并且幅度根據(jù)振動(dòng)的變化而變化，振動(dòng)的變化疊加在由系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的用于調(diào)節(jié)厚度的信號的幅度變化上。
因此能夠提供一種用于通過觀察液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脗鞲衅鞯臏y量信號來檢測裝備有液壓調(diào)節(jié)裝置的軋輥機(jī)架的振動(dòng)的方法，該數(shù)字位置信號去除了全部背景噪聲，通常通過采樣操作來對其進(jìn)行觀測，所述采樣操作的周期在毫秒量級，并且只需在給定的時(shí)間間隔內(nèi)直接觀察其幅度變化。不需要使用將會導(dǎo)致相對于待被檢測的振動(dòng)有幾個(gè)周期延遲的濾波器。在本發(fā)明的方法中，所述位置傳感器的所述測量信號(POS)被實(shí)時(shí)且永久地存儲，所述信號的采樣被直接與時(shí)空觀察窗口(F)相比較，所述窗口的維度和所述采樣的大小被選擇作為所述軋輥機(jī)架和待被檢測的振動(dòng)的頻率的函數(shù)，并且當(dāng)所述信號采樣不包含在所述窗口(F)內(nèi)時(shí)觸發(fā)振動(dòng)檢測信號。
根據(jù)本發(fā)明的方法，觀察窗口(F)的所述時(shí)間維度可具有足夠的時(shí)間長度以包含用來表示待被檢測的振動(dòng)現(xiàn)象的位置信號的采樣，如果所述現(xiàn)象對位置信號產(chǎn)生了干擾并且從而也包含在所述采樣中。在本發(fā)明方法的實(shí)踐方式中，觀察窗口(F)的所述時(shí)間維度可具有這樣的長度，即其至少等于相當(dāng)于待被檢測的振動(dòng)現(xiàn)象的信號的2個(gè)周期的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的方法，觀察窗口(F)的高度具有這樣的空間維度，它可表現(xiàn)出大于所述液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的最大重復(fù)變化的幅度的大小。在本發(fā)明方法的實(shí)踐方式中，觀察窗口(F)的高度具有這樣的空間維度，它可表現(xiàn)出大于4微米的液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的幅度。
根據(jù)本發(fā)明的檢測方法，記錄液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的幅度超出所述觀察窗口(F)的次數(shù)并且當(dāng)液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的幅度超過所述觀察窗口(F)的次數(shù)大于所述軋輥機(jī)架的控制系統(tǒng)允許的最大幅度的校正動(dòng)作期間通常觀察到的次數(shù)時(shí)，發(fā)出進(jìn)行振動(dòng)檢測的信號。在一般方式中，并且根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的幅度超出所述觀察窗口(F)的次數(shù)大于2時(shí)，發(fā)出進(jìn)行振動(dòng)檢測的信號。
根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)改進(jìn)所述，對于觸發(fā)了振動(dòng)檢測信號的所述觀察窗口，測量每個(gè)超出量相對于所述窗口(F)的維度的幅度，并且對于觸發(fā)了振動(dòng)檢測信號的所述觀察窗口，在同一觀察窗口(F)中確定每個(gè)超出量的幅度變化的斜率(D)。
根據(jù)本發(fā)明方法的一種變型所述，對于觸發(fā)了振動(dòng)檢測信號的所述觀察窗口，在不同的觀察窗口(F)中確定每個(gè)超出量的幅度變化的斜率。
仍然根據(jù)本發(fā)明所述，所述方法被用于連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架，以用來決定每個(gè)機(jī)架的液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的采樣的大小并且確定觀察窗口的大小，從而達(dá)到使其與連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架的待被檢測的振動(dòng)頻率相適應(yīng)的目的。
在連軋機(jī)的情況下，對連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架上產(chǎn)生的超出量的幅度變化的斜率(D)進(jìn)行比較。然后確定至少在超出量的幅度中變化的斜率(D)為最大的機(jī)架上執(zhí)行待被執(zhí)行的校正動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一種變型，采用液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的不同采樣大小和不同觀察窗口(F)的維度來檢測軋輥機(jī)架的不同振動(dòng)模式，其每個(gè)都與對應(yīng)于待被檢測的每個(gè)振動(dòng)模式的振動(dòng)頻率相適應(yīng)。


通過對具體實(shí)施方案的描述，本發(fā)明將得到更好的理解。
圖1示出了裝備有液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軋輥機(jī)架的剖視圖；圖2示出了圖1的側(cè)視圖；圖3示出了受到振動(dòng)干擾的位置傳感器的測量信號的典型記錄；圖4示出了本發(fā)明的方法。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖2所示，軋輥機(jī)架1本身為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的四輥式軋輥機(jī)架，它包括兩個(gè)支撐架(support column)2和2’。支撐架2和2’被橫梁3、3’隔開并且由所述橫梁連接，支撐架2和2’之間設(shè)置有一組具有平行的軸線的疊置的輥?zhàn)樱鲚S線基本上位于與軋材P的移動(dòng)方向相垂直的同一調(diào)節(jié)平面S中。
各個(gè)架2、2’具有閉合的形狀以形成環(huán)形，并且各個(gè)架包括兩個(gè)立柱(upright pillar)21、22(21’、22’)以及兩個(gè)水平部分23，24(23’，24’)。
所述一組疊置的輥?zhàn)影▋蓚€(gè)工作輥4、4’和兩個(gè)支承輥(backingrolls)5、5’，軋材P從工作輥4、4’中間穿過，工作輥抵靠在支承輥5、5’上。
順便提及的是，可以注意到除了四輥式軋輥機(jī)架外，還有多種其他類型的包括更多輥?zhàn)拥能堓仚C(jī)架(例如六輥式)，或者包括更少輥?zhàn)拥能堓仚C(jī)架(例如二輥式)。本發(fā)明可以應(yīng)用于所有的軋輥機(jī)架。
輥?zhàn)友刂挚烤€(resting line)相互抵靠，所述抵靠線基本上是平行的并且根據(jù)母面(generatrix)來確定方向，所述母面的輪廓(它通常由直線圍成)取決于所施加的力以及輥?zhàn)拥膹?qiáng)度。通常，通過插入在機(jī)架和上支承輥5、下支承輥5’(它通過其末端直接抵靠在軋輥機(jī)架1上)的軸的末端之間的螺絲或千斤頂(jack)6、6’來施加調(diào)節(jié)力。除了這一最后提到的輥?zhàn)油?，其他的輥?zhàn)颖仨氂纱四軌蛳鄬τ跈C(jī)架運(yùn)動(dòng)，為此它們由稱為軸承座(chock)的支撐部件51、51’來承載。這些支撐部件被安裝為在兩個(gè)窗口中豎直滑動(dòng)，所述窗口分別形成在軋輥機(jī)架1的兩個(gè)支撐架2和2’的立柱21、22和21’、22’之間。
輥?zhàn)颖辉O(shè)置為繞著它們的安裝在這些支撐部件中的軸承中的軸線旋轉(zhuǎn)。因此，上支承輥5的端部配備有兩個(gè)支撐部件51a、51b，它們在軋輥機(jī)架1的兩個(gè)支撐架2和2’的立柱21、22和21’、22’之間豎直滑動(dòng)。下支承輥5’的端部配備有兩個(gè)支撐部件51’a、51’b，它們可以在軋輥機(jī)架1的兩個(gè)支撐架2和2’的立柱21、22與21’、22’之間滑動(dòng)以便于拆卸和更換支承輥。
在軋制階段，下支承輥5’的支撐部件51’a、51’b直接抵靠在軋輥機(jī)架1的支撐架2、2’的下水平部分24、24’上。
本發(fā)明涉及其調(diào)節(jié)裝置由液壓千斤頂組成的軋輥機(jī)架。在對應(yīng)于圖1和圖2而描述的實(shí)施方案中，這些液壓千斤頂安裝在機(jī)架的上部。然而，也可存在這種結(jié)構(gòu)，即千斤頂安裝在軋輥機(jī)架的下部。在后一種情況中，上支承輥通過其支撐部件51a、51b直接抵靠在軋輥機(jī)架1的支撐架2、2’的上水平部分23、23’上。
本發(fā)明可以同等地應(yīng)用于上述任一結(jié)構(gòu)，這些都不會背離權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
由抵靠在軋輥機(jī)架1的支撐架2、2’的上水平部分23、23’的下表面上的液壓千斤頂組成的調(diào)節(jié)裝置在輥?zhàn)拥拈]合(closing direction)方向施加垂直的力，以用于對穿過工作輥4、4’之間的軋材P進(jìn)行軋制。
通常，各個(gè)工作輥被安裝為繞著其在軸承中的軸線旋轉(zhuǎn)，所述軸承由稱為軸承座41a、41b和41’a、41’b的兩個(gè)支撐部件承載，這些支撐部件被安裝為平行于通過工作輥的軸線的調(diào)節(jié)平面S滑動(dòng)，每個(gè)工作輥位于兩個(gè)平坦的導(dǎo)引面之間，所述導(dǎo)引面形成為在調(diào)節(jié)平面的各側(cè)一個(gè)，位于機(jī)架的相應(yīng)窗口的兩邊。由于支承輥具有大的直徑，因此相應(yīng)的導(dǎo)引面52、52’通常直接形成在機(jī)架的相應(yīng)支撐架的兩個(gè)立柱上。
另一方面，由于工作輥具有較小的直徑，因此其軸承座較小，并且相應(yīng)的導(dǎo)引面42、42’(其相互靠近)通常形成在兩個(gè)固體塊7上，所述固體塊7固定至構(gòu)成窗口的兩個(gè)立柱，并且以凸出的方式朝著窗口的內(nèi)部延伸。這些塊可以包括用于控制工作輥的偏斜的設(shè)備，它通常是一些千斤頂(圖中未示出)。對于這些已經(jīng)是大量刊物和專利主題的眾所周知的軋輥機(jī)架設(shè)備不需要進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
因此，通過轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)拥寞B置(由此可允許軋材P通過)，可以在待被軋制的軋材P上施加可通過千斤頂?shù)囊簤簛碚{(diào)節(jié)的擠壓力。每個(gè)液壓千斤頂由千斤頂本體61和活塞62組成，在二者之間注入有油。液壓來自于配備有泵的動(dòng)力設(shè)備，并且通常通過伺服閥將油注入到千斤頂中。這些裝置未示出。在軋機(jī)設(shè)備和軋制領(lǐng)域中這些裝置是眾所周知的，并且其已經(jīng)是大量專利和刊物的主題。
為了控制作用在軋材上的擠壓動(dòng)作，液壓千斤頂配備有位置傳感器。在圖1所示的實(shí)施方案中，千斤頂?shù)谋倔w61構(gòu)成調(diào)節(jié)裝置的固定部分并且其抵靠在軋輥機(jī)架1的支撐架2的水平部分23的下表面上?；钊?2構(gòu)成調(diào)節(jié)裝置的活動(dòng)部分，它將力施加到上支承輥5的軸承座51a、51b的上部?；钊倪\(yùn)動(dòng)由桿65傳輸至安裝在支撐架上方的傳感器64。通常提供設(shè)置在液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)妮S線上的單個(gè)位置傳感器。為此，在支撐架2的上水平部分23中鉆有孔25。通過密封裝置63對千斤頂?shù)闹黧w61和連接至活塞62的桿65進(jìn)行密封。對于這類已經(jīng)是本申請人的多個(gè)專利主題的安裝不需要進(jìn)行進(jìn)一步的描述?？梢岳斫?，相同的裝置也被安裝在軋輥機(jī)架的另一個(gè)支撐架2’中，在所描述的實(shí)施方案中，該裝置在支撐架2’的水平部分23’和上支承輥5的軸承座51b之間施加調(diào)節(jié)力。
另外，位置傳感器在多年前已經(jīng)是眾所周知的，例如精度至少在1微米范圍內(nèi)的可提供數(shù)字位置信號的數(shù)字光學(xué)尺。還存在其他類型的基于其他技術(shù)、能夠提供同類信號的位置傳感器。最后還應(yīng)注意到，由于空間或者千斤頂技術(shù)，以相反的方式實(shí)現(xiàn)安裝是可能的，即，將千斤頂?shù)谋倔w安裝在支承輥5的軸承座51a、51b頂部，活塞62則抵靠在軋輥機(jī)架1的支撐架2和2’的水平部分23、23’上。
軋制過程中，在傳輸至軋材P的力的作用下，軋輥機(jī)架的多個(gè)部分會產(chǎn)生彈性變形，立柱21、21’和22、22’變長，工作輥4、4’和支承輥5、5’受到擠壓，并且支承輥的軸承座在較小的程度上受到擠壓。這些變形作為一個(gè)整體被稱為軋輥機(jī)架的屈服(yielding)，它的值與調(diào)節(jié)力成比例。因此，活塞相對于千斤頂本體的位移值一定大于工作輥之間(軋材在其間被軋制)存在的氣隙所產(chǎn)生的變化。然而，眾所周知應(yīng)該如何建立決定所有這一切的公式、并且如何建立軋輥機(jī)架模型和屈服模型以確定作為調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢米兓蛙堉屏ψ兓暮瘮?shù)的氣隙變化。因此通過液壓千斤頂?shù)奈恢镁涂梢钥刂栖堉撇僮髦械臍庀丁?br> 另外，機(jī)架的各種部件有可能開始振動(dòng)。這些振動(dòng)特別地被傳輸至調(diào)節(jié)千斤頂和這些千斤頂?shù)奈恢脗鞲衅?，從而可以記錄下所述振?dòng)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的方法能夠觀察到的內(nèi)容。中間部分POS中的記錄顯示出了用于測量液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢玫膫鞲衅鞯男盘?。通過一種令人驚奇的效果(surprising effect)，該位置信號以非常清楚和可靠的方式顯現(xiàn)了整個(gè)軋機(jī)的震顫振動(dòng)的開始。這里觀察到的是一些逐步變得更大的搏動(dòng)(beating)形式。
如以上提到過的，連軋機(jī)的所有機(jī)架可以按照略微不同的頻率振動(dòng)，這樣可以解釋搏動(dòng)現(xiàn)象。在作為發(fā)明人所進(jìn)行的試驗(yàn)和研究的主題并且還沒有裝備自動(dòng)系統(tǒng)的本軋機(jī)中，操作者已經(jīng)在曲線V中引入了減速效果。其效果可以在位置傳感器的信號中立刻看到。當(dāng)信號達(dá)到足夠的幅度時(shí)，檢測變得遲緩，因?yàn)檫@一操作由操作者以手控方式執(zhí)行。
以100毫秒的時(shí)間間隔(它相當(dāng)于頻率接近100赫茲)可以從該記錄中數(shù)出約10個(gè)信號周期。曲線FT是位置信號POS的傅立葉變換。對曲線FT的分析已證明通過觀察位置信號POS可以清楚地識別出振動(dòng)現(xiàn)象，因?yàn)楦盗⑷~變換(它是在能使采樣表征出所觀測到的待獲取信號的時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算的)在約110赫茲的頻率處顯示出峰值，并且在約105赫茲和115赫茲處顯示出兩個(gè)較小的側(cè)峰，它們代表導(dǎo)致搏動(dòng)的二次振動(dòng)頻率。
這一記錄顯示了來自于位置傳感器的信號可以清楚地表示出希望檢測的振動(dòng)。
因此，不需要另外的傳感器(類似于那些經(jīng)常易損的加速度計(jì)類型，它難于安裝并且其信號經(jīng)常伴隨有主背景噪聲)，也不需要精密復(fù)雜的信號處理過程來從所提供的所有信號中選擇主要信號，并且不需要為了檢測軋輥機(jī)架中振動(dòng)狀態(tài)的開始而進(jìn)行的會產(chǎn)生較大延遲的大量轉(zhuǎn)換。
在本發(fā)明的方法中，在恰當(dāng)選擇的時(shí)間間隔內(nèi)可以直接觀察到來自于數(shù)字傳感器(其配備在軋輥機(jī)架的調(diào)節(jié)裝置的液壓千斤頂上)的位置信號POS，并且由此可以監(jiān)測信號的形狀和其幅度隨著時(shí)間的變化以觸發(fā)振動(dòng)檢測信號。根據(jù)本發(fā)明的方法，通過直接觀察位置信號POS可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
位置測量傳感器的信號以數(shù)字形式提供，并且其采樣頻率會高到足以觀察到頻率約為100赫茲到200赫茲的信號，而且同時(shí)還遵守信號處理規(guī)則，例如香農(nóng)定理(Shannon’s law)。在實(shí)踐中，每毫秒或每兩毫秒對位置傳感器進(jìn)行一次讀取。該信號對是由厚度調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行的控制的反映。有可能看到輥?zhàn)拥膱A形形狀或者偏心率中的缺陷所產(chǎn)生的特定周期信號的外觀，但是對于范圍在1500米/分鐘到2000米/分鐘的軋制速率來說，這些信號中包含的最高頻率將在20赫茲到30赫茲左右。另外，液壓千斤頂活動(dòng)部分的位置變化幅度通常是幾微米，并且在正常操作中和穩(wěn)定狀態(tài)中可達(dá)到幾十微米。
在連軋機(jī)全部的控制系統(tǒng)中，軋輥機(jī)架被預(yù)設(shè)至作為待被軋制的軋材和需減少的厚度的函數(shù)的明確確定的值，然后將這些設(shè)定有意地限制在其動(dòng)作幅度內(nèi)，以當(dāng)這些設(shè)定達(dá)到例如動(dòng)作限制時(shí)檢測任何的操作或者預(yù)設(shè)的異常情況。因此，以其幅度值為基礎(chǔ)，完全有可能知道位置信號中的變化是其他現(xiàn)象的反映。
在圖3的實(shí)施例中，在幾十毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)，震顫現(xiàn)象直接導(dǎo)致了幅度的變化超過10微米。
在本發(fā)明的方法中，通過給定數(shù)量的點(diǎn)來存儲位置信號，然后將其與一時(shí)空窗口(spatio-temporal window)的大小一起觀察或者將二者進(jìn)行比較。當(dāng)信號不再包含在該窗口內(nèi)時(shí)，將觸發(fā)振動(dòng)檢測報(bào)警。窗口的寬度沿著時(shí)間軸具有這樣的維度，該維度對應(yīng)于與待被檢測的信號的周期相關(guān)的重要時(shí)間間隔。在實(shí)踐中，可以采用例如長于或者等于信號的兩個(gè)周期的時(shí)間。如上所述，沿著空間軸，窗口的高度具有對應(yīng)于大于設(shè)定系統(tǒng)給出的重復(fù)校正的大小的維度，在實(shí)踐中，可以固定一個(gè)閾值，例如4微米。尚有待確定觀察窗口外的信號的超出量的頻率。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，記錄窗口外的超出量(overshoot)的數(shù)目并且將其與最大數(shù)目相比較，以此觀察設(shè)定系統(tǒng)最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)(例如那些對應(yīng)于預(yù)定限制的運(yùn)動(dòng))的這些超出量。在實(shí)踐方式中，如果期望檢測100赫茲左右的振動(dòng)頻率，并且在等于待測信號兩個(gè)周期的時(shí)間間隔內(nèi)(即約20毫秒)存儲了位置信號，那么如果有超過兩個(gè)幅度大于固定閾值的超出量在窗口外，則該頻率將會明確地顯現(xiàn)出來。
然后，在另一個(gè)時(shí)間間隔中隨著位置信號的存儲再次開始測量，以創(chuàng)建另一個(gè)觀察窗口。根據(jù)情況，并且為了考慮到某些裝置的特定特征，可使用不同的方法來記錄和存儲測量，例如，給定數(shù)量的測量點(diǎn)的瞬時(shí)凍結(jié)(鎖存)、FIFO(先入先出)隊(duì)列的填充和清空、或者通過為每個(gè)新的測量增加新的點(diǎn)并通過去除已計(jì)入的第一個(gè)點(diǎn)來創(chuàng)建滑移平均(sliding average)。所有這些方法都創(chuàng)建了調(diào)節(jié)裝置的液壓千斤頂?shù)奈恢眯盘柕倪B續(xù)測量點(diǎn)采樣，它可與所定出的觀察窗口進(jìn)行連續(xù)比較。
圖4示出了本發(fā)明的方法的觀察方法。其提供了一段時(shí)間內(nèi)沿著圖3中所示信號的水平軸線延伸的視圖，在所述這段時(shí)間內(nèi)，位置信號受到震顫振動(dòng)現(xiàn)象的干擾。圖4中示出了觀察窗口F，該窗口對應(yīng)于在上文中定出的一些閾值的最小值。根據(jù)裝置的特征和進(jìn)入有害的振動(dòng)狀態(tài)的傾向必須對這些閾值進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)椴幌Ｍ斐裳b置頻率的減低，然而，在另一方面，盡可能快地檢測振動(dòng)是有利的，因?yàn)樵诔霈F(xiàn)發(fā)散(divergent)和導(dǎo)致更實(shí)質(zhì)性的損害之前它們會影響軋制軋材P的厚度或表面狀態(tài)。
還應(yīng)該注意到，利用本發(fā)明的方法，可以對應(yīng)于不同的現(xiàn)象，在觀察位置信號的基礎(chǔ)上來檢測軋輥機(jī)架的振動(dòng)狀態(tài)或者振動(dòng)狀態(tài)中的變化。以上已經(jīng)提到了軋輥的圓形形狀及偏心率中的缺陷，但是還可以檢測其它缺陷，例如由來自于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件(如減速齒輪或者轉(zhuǎn)矩傳輸傳動(dòng)系)的磨損而造成的缺陷。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，有必要僅表征出頻率和幅度缺陷并且根據(jù)本發(fā)明的方法定出觀察窗口。然后就可以通過所定出的并且對應(yīng)于待被檢測的不同缺陷的各種窗口來觀察所存儲的位置信號的采樣。
在連軋機(jī)中，可以建立根據(jù)每個(gè)機(jī)架不同的、并且適應(yīng)于各機(jī)架的特定特征的多個(gè)觀察窗口。例如，如果某些機(jī)架是四輥式的并且其它機(jī)架是六輥式的，那么它們將具有不同的特征，并且在所有情況下每個(gè)機(jī)架所使用的輥?zhàn)拥闹睆椒秶约捌潋?qū)動(dòng)特征都是不同的。由于通常對所有的機(jī)架使用同一電機(jī)，并且需要考慮軋材在連續(xù)的機(jī)架中的各種速率，因此所使用的減速器的減速比是不同的。當(dāng)震顫現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，最快的和最有效的操作手段是使裝置慢下來。然而，如果希望防止這一現(xiàn)象再次出現(xiàn)在隨后的加速過程中，則需改變其他的參數(shù)，否則就必須以較低的速度操作裝置并且生產(chǎn)率會由此大大降低。所以確定該現(xiàn)象最先出現(xiàn)在哪個(gè)機(jī)架上從而可以調(diào)整該機(jī)架的工作狀態(tài)是尤其重要的，上述調(diào)整工作的例子包括更換潤滑油或改變潤滑劑的溫度，或者改變?nèi)魏螌τ谠O(shè)置振動(dòng)的軋輥機(jī)架的工作狀態(tài)的影響是已知的其它參數(shù)。
因此，在本發(fā)明的方法的一種改進(jìn)中，計(jì)算了每個(gè)觀察窗口中位置信號的超出量的幅度。此舉可通過利用選擇作為待被監(jiān)測的不同振動(dòng)現(xiàn)象的函數(shù)的不同觀察窗口而在預(yù)定的機(jī)架上實(shí)現(xiàn)。也可以在相同類型的一些觀察窗口的基礎(chǔ)上在整個(gè)連軋機(jī)上實(shí)現(xiàn)此舉，這些窗口被設(shè)定在每個(gè)機(jī)架的特定值上。因此可以根據(jù)機(jī)架來估計(jì)所述現(xiàn)象的幅度。然而，為了可靠地確定是連軋機(jī)中的哪個(gè)機(jī)架最先開始振動(dòng)，在特定的情況下幅度的單一標(biāo)準(zhǔn)可能是不確定的，因?yàn)槿鐖D3所示，震顫現(xiàn)象可能具有被搏動(dòng)調(diào)制的形式，其幅度是變化的。這樣可能使現(xiàn)象開始點(diǎn)的定位變得復(fù)雜。
在本發(fā)明的方法的另一種改進(jìn)中，在計(jì)算了超出量的幅度后，每個(gè)觀察窗口內(nèi)部的這些超出量的變化被確定，并且當(dāng)所述現(xiàn)象在連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架上出現(xiàn)時(shí)計(jì)算這些變化的梯度。圖4中通過直線D的斜率示出了這一點(diǎn)，直線D連接表示位置信號振動(dòng)的曲線的極點(diǎn)。問題最先出現(xiàn)的機(jī)架是直線D的斜率被測出為最大的機(jī)架。因?yàn)樵谀莻€(gè)機(jī)架上信號被放大得最快，進(jìn)而那個(gè)機(jī)架承受初始的激勵(lì)現(xiàn)象并引起其他機(jī)架的振動(dòng)，然后在連軋機(jī)的機(jī)架之間會出現(xiàn)共振和波動(dòng)現(xiàn)象。
在本發(fā)明的方法中，可以盡可能快地檢測可能會影響軋制軋材P的厚度或表面狀態(tài)的振動(dòng)現(xiàn)象，并且能夠檢測發(fā)散現(xiàn)象并發(fā)出能夠觸發(fā)校正動(dòng)作的警報(bào)。在使得連軋機(jī)減速并且避免了主要損壞之后，歸功于本發(fā)明的方法，指出該現(xiàn)象開始于哪個(gè)機(jī)架的指示使得能夠調(diào)整該機(jī)架的工作狀況，以防止在隨后的重新加速期間再次出現(xiàn)上述問題。
然而，本發(fā)明并不僅限于所描述的這一個(gè)實(shí)施方案。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以以不同的方式提供軋機(jī)的液壓調(diào)節(jié)裝置，并且為其配備各種可能的液體，另外也可以為調(diào)節(jié)裝置的活動(dòng)部分和/或固定部分配置能夠提供所述兩個(gè)部分中的一個(gè)相對于另一個(gè)的位置的不同類型的數(shù)字傳感器。如上所述，在用于軋制帶鋼的冷連軋機(jī)中振動(dòng)現(xiàn)象最常出現(xiàn)，但是本發(fā)明的方法也可以應(yīng)用于熱軋機(jī)和單機(jī)架的軋機(jī)以及那些用于生產(chǎn)由非鐵或鋼的材料(例如鋁)制成的帶材的軋機(jī)。另外，已經(jīng)提到本發(fā)明的方法可用于檢測軋輥機(jī)架的不同振動(dòng)模式，并且還可以利用它檢測在位置信號中引入重復(fù)或者非重復(fù)的脈沖類型的快速變化的任何異常情況，而這些都不會脫離本發(fā)明的范圍。例如，輥?zhàn)由系陌毯蹖a(chǎn)生這樣的缺陷，即，在輥?zhàn)拥拿總€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生短暫的停頓，要根據(jù)本發(fā)明的方法對其進(jìn)行檢測，只需要確定觀察窗口的合適維度即可。因此，為了簡化描述，在權(quán)利要求中使用了術(shù)語“振動(dòng)”，但是在不背離本發(fā)明范圍的情況下，其可以引申為任何產(chǎn)生快速變化的重復(fù)或非重復(fù)信號的異常情況。
同樣，權(quán)利要求中所提到的在技術(shù)特征之后插入的參考標(biāo)號僅旨在便于權(quán)利要求的理解，而并非用于限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，所述軋輥機(jī)架包括兩個(gè)支柱(2、2’)，每個(gè)所述支柱形成環(huán)形，并且在所述支柱之間設(shè)置有一組軋輥，所述軋輥由至少兩個(gè)工作輥(4、4’)形成，用于減小待被軋制的軋材(P)的厚度，所述工作輥疊置在一個(gè)構(gòu)成調(diào)節(jié)面的基本上豎直的平面(S)內(nèi)，并且被安裝為在形成有軸承的軸承座(41、41’、51、51’)中轉(zhuǎn)動(dòng)，所述軸承的軸承座被安裝成能夠在由所述支柱的直立部分(21、22)支撐的導(dǎo)引面之間豎直滑動(dòng)，所述軋輥機(jī)架包括用于通過液壓千斤頂(6、6’)來調(diào)節(jié)輥?zhàn)拥难b置，所述液壓千斤頂?shù)挚吭诿總€(gè)所述支柱的水平部分(23、23’)上，并且在所述輥?zhàn)拥妮S承座上施加調(diào)節(jié)力，所述液壓千斤頂還包括位置傳感器(64)，所述位置傳感器在每個(gè)瞬時(shí)提供所述液壓千斤頂?shù)幕顒?dòng)部分(62)和所述軸承座(51)相對于所述液壓千斤頂?shù)墓潭ú糠?61)和所述每個(gè)支柱的所述水平部分(23)的位置的信號表示(POS)，所述方法的特征在于，所述位置傳感器的所述測量信號(POS)被實(shí)時(shí)和永久地存儲，其中所述信號的采樣被直接與時(shí)空觀察窗口(F)相比較，所述采樣的大小和所述窗口的維度被選擇作為所述軋輥機(jī)架和待被檢測的振動(dòng)的頻率的函數(shù)，并且其中當(dāng)所述信號采樣不包含在所述窗口(F)內(nèi)時(shí)觸發(fā)振動(dòng)檢測信號。
2.如權(quán)利要求1所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，所述觀察窗口(F)的時(shí)間維度具有這樣一個(gè)時(shí)長，該時(shí)長足以使其內(nèi)包含的采樣能夠表征出待被檢測的振動(dòng)現(xiàn)象。
3.如權(quán)利要求2所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，所述觀察窗口(F)的所述時(shí)間維度具有這樣一個(gè)長度，該長度至少等于相當(dāng)于待被檢測的振動(dòng)現(xiàn)象的信號的2個(gè)周期的時(shí)間。
4.如權(quán)利要求2或3之一所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，所述觀察窗口(F)的高度具有這樣一個(gè)空間維度，該空間維度表現(xiàn)出大于所述液壓調(diào)節(jié)千斤頂(6)的位置測量信號(POS)的最大重復(fù)變化的幅度的大小。
5.如權(quán)利要求4所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，所述觀察窗口(F)的高度具有這樣一個(gè)空間維度，該空間維度表現(xiàn)出大于4微米的液壓調(diào)節(jié)千斤頂(6)的位置測量信號(POS)的幅度。
6.如上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，記錄液壓調(diào)節(jié)千斤頂(6)的位置測量信號(POS)的幅度超出所述觀察窗口(F)的次數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，當(dāng)液壓調(diào)節(jié)千斤頂(6)的位置測量信號(POS)的幅度超出所述觀察窗口(F)的次數(shù)大于所述軋輥機(jī)架的控制系統(tǒng)允許的最大幅度的校正動(dòng)作期間通常觀察到的次數(shù)時(shí)，發(fā)出進(jìn)行振動(dòng)檢測的信號。
8.如權(quán)利要求6所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，當(dāng)液壓調(diào)節(jié)千斤頂(6)的位置測量信號(POS)的幅度超出所述觀察窗口(F)的次數(shù)大于2時(shí)，發(fā)出進(jìn)行振動(dòng)檢測的信號。
9.如權(quán)利要求6所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，對于觸發(fā)了振動(dòng)檢測信號的所述觀察窗口，測量每個(gè)超出量相對于所述窗口(F)的維度的幅度。
10.如權(quán)利要求9所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，對于觸發(fā)了振動(dòng)檢測信號的所述觀察窗口，在同一觀察窗口(F)中確定每個(gè)超出量的幅度變化的斜率(D)。
11.如權(quán)利要求9所述的用于檢測軋輥機(jī)架(1)的振動(dòng)的方法，其特征在于，對于觸發(fā)了振動(dòng)檢測信號的所述觀察窗口，在不同的觀察窗口(F)中確定每個(gè)超出量的幅度變化的斜率。
12.一種根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法對軋輥機(jī)架(1)的不同振動(dòng)模式進(jìn)行檢測的方法，其特征在于，采用液壓調(diào)節(jié)千斤頂(6)的位置測量信號(POS)的不同的采樣大小以及不同的觀察窗口(F)的維度，此二者的每一個(gè)都和與待被檢測的各個(gè)振動(dòng)模式相對應(yīng)的振動(dòng)頻率相適應(yīng)。
13.一種利用上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的方法對包括多個(gè)機(jī)架的連軋機(jī)的機(jī)架振動(dòng)進(jìn)行檢測的方法，其特征在于，對于各個(gè)軋輥機(jī)架采用液壓調(diào)節(jié)千斤頂?shù)奈恢脺y量信號(POS)的采樣大小和觀察窗口的維度，此二者與待被檢測的所述軋輥機(jī)架的振動(dòng)頻率相適應(yīng)。
14.利用權(quán)利要求13所述的方法對包括多個(gè)機(jī)架的連軋機(jī)的機(jī)架振動(dòng)進(jìn)行檢測的方法，其特征在于，對于所述連軋機(jī)的每個(gè)機(jī)架確定所述超出量的幅度變化的斜率(D)。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14對連軋機(jī)的機(jī)架振動(dòng)進(jìn)行檢測和校正的方法，其特征在于，至少在超出量的幅度變化的斜率(D)為最大的機(jī)架上執(zhí)行待要執(zhí)行的校正動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測軋輥機(jī)架(1)振動(dòng)的方法。軋輥機(jī)架(1)配有液壓千斤頂(6)作為調(diào)節(jié)軋輥(4、5)的裝置。液壓千斤頂包括測量活動(dòng)部分相對于固定部分的位置的可提供數(shù)字信號(POS)的傳感器(64)。根據(jù)本發(fā)明，通過直接觀察位置信號(POS)并與時(shí)空窗口(F)進(jìn)行對比來檢測振動(dòng)，時(shí)空窗口的大小作為待測頻率的函數(shù)來確定。根據(jù)本發(fā)明，可定出適用于不同振動(dòng)現(xiàn)象探測的不同觀察窗口(F)。在連軋機(jī)中，本發(fā)明方法可觀察到每個(gè)軋輥機(jī)架(1)的液壓千斤頂(6)的位置信號(POS)由此可檢測各機(jī)架振動(dòng)的開始并確定該現(xiàn)象始于哪個(gè)機(jī)架。
文檔編號B21B38/00GK1772405SQ20051011520
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者米歇爾·阿比·卡拉姆, 埃米利奧·洛佩斯·薩比奧 申請人:韋克萊奇姆公司