轧制综合实验.docx
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轧制综合实验
一、设计实验方案
1.1实验目标
（1）通过对实验轧机进行多参数的综合测试，掌握轧机力能参数综合测试的各个环节，使已学过的测试理论及测试技术在本实验中得到综合应用，为今后的现场实测打下基础。
（2）通过本次综合实验的训练，进一步掌握材料成型过程中的力能参数检测的原理、
方法和技术，熟练掌握相关仪器设备的使用和操作技能，巩固传感器的制作、标定与安装，熟悉测试仪器与传感器之间的连接，进而提升自身运用所学专业知识综合分析、解决问题
的能力。
使我们对实验设计过程和各科知识的融合使用有了一个更感性的认识。
（3）了解计算机的测试采集系统。
1.2设计实验参数
轧机相关参数：
最大轧制力150KN，轧机辊径为130mm，最大轧薄能力0.4mm，转速20~33r∕min。
轧材相关数据：
T5钢板，尺寸2×40×100mm，屈服强度s=400Mpa=40kg/mm2，轧
辊与轧材间摩擦系数f=0.3。
1.2.1压下规程设计
考虑到钢板冷轧中的加工硬化，初步设计轧制6道次，道次压下量分配如下：
2mm→1.8mm→1.5mm→1.25mm→1.05mm→0.9mm→0.8mm。
分配各道次压下量，计算各道次变形程度，如下表所示:
表1-1
表1-1道次压下量的分配及变形程度表
道次
1
2
3
4
5
6
h/mm
0.20
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
i
10%
16.7%
16.7%
16.0%
14.3%
11.1%
10%
25%
37.5%
47.5%
55%
60%
考虑轧机的能力，对上述数据进行预校核：
1.2.1.1咬入角校核
由压下量可知，最大压下量为
0.3mm，利用公式
max
arccos（1
hmax
D
），代入数据
可得
max=5.5°，则tan=0.09﹤f=0.3，故满足咬入条件。
1.2.1.2确定轧制速度
因为轧机的转速范围为20~33r/min，则选取n=25r/min1.2.1.3轧制力校核
利用斯通公式对轧制力进行初步计算。
公式为：
P=pF
（1-1）
p
em1K
（1-2）
m
其中冷轧薄板是均匀变形，所用
K=1.15σs
，故经计算得
K为46kg/mm2。
F
RhB=176.8mm2，利用查表数据有n
=em
1=1.533，经修正后，变形区面积为
m
197.3mm2，经计算可得第一道次轧制力为
55.64KN。
轧制相关参数如表
1-2所示。
将上述数据与轧机的额定参数进行比较可知，均满足要求，故此设计参数能够进行轧
制。
表1-2
轧制参数表
道
H∕mmh∕mm
h∕mm
∕%
B∕mm
n
l∕mm
F∕mm2
p∕Mpa
P∕KN
次
1
2.00
1.80
0.20
10.00
40
1.493
3.61
144.8
686.78
99.45
2
1.80
1.50
0.30
16.70
40
1.623
4.42
176.8
746.58
132.00
3
1.50
1.25
0.25
16.70
40
1.710
4.03
161.2
786.60
126.80
4
1.25
1.05
0.20
16.00
40
1.760
3.61
144.8
809.60
117.23
5
1.05
0.90
0.15
14.30
40
1.810
3.12
124.8
832.60
103.91
6
0.90
0.80
0.10
11.10
40
1.790
2.55
100.2
832.40
83.41
1.3实验方法
目前广泛采用两种测量轧制压力的方法。
第一种是通过测量机架立柱的拉伸应变测量轧制压力，又称应力测量法；第二种是用专门设计的测力传感直接测量轧制压力。
至于所用的交换原理或传感器式，则有电阻应变式、压磁式、电容式及电感式。
本实验采用第二种中的电阻应变片式。
1.4实验原理
图1-1实验数据采集线路示意图
传感器主要弹性元件和应变片构成。
测力传感器应安装在工作机座两侧轧辊轴承垂直
载荷的传力线上，通过测量两侧的轧制力分力即可得到总轧制力。
外力作用在弹性元件上，使其产生弹性变形（应变），由贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻变化。
再利用
全桥电路将电阻变化转换成电压变化，然后送入放大器放大，由实验数据采集系统记录实
验数据。
经过计算机数据采集系统的编辑整理后得到轧制力数据。
将轧制力数据输入
表格，利用Excel可以将轧制力和变形程度曲线描绘出。
具体流程如图1-1所示。
1.5数据采集方法
Excel
（1）首先将轧机压下螺丝的安全臼换上已标定过的转换元件（即压头），把转换元件
的桥路线接到应变仪的电桥盒上，然后把应变仪输出端连接到示波器的输入端。
（2）将已标定好的被测轴安装好后，把集流环上的铜辫子固定好，将其扭距桥路引出
线接到应变仪的电桥盒上，应变仪的输出端连到光线示波器的某振子上。
结构如图2-1所
示，用螺栓9将两个半圆形花环（由尼龙做成）固定在传动轴1，并随之转动。
在滑环的
外层车有三至四条沟槽（依半桥或全桥），槽中嵌有铍青铜或黄铜带5。
铜带两端固定在滑
环的两个剖面上，其端头焊上导线，以便与应变片引线连接。
拉线6至于滑环上，并经绝缘子，用弹簧8拉近固定，仪器的导线焊接在拉线6上，即可将电信号有拉线6引至固定的测量仪器。
（3）用拉线式集电装置把轧机上的轧制压力在电桥线路以电信号输出到测试仪的通过放大器把传感器输出的直流信号进行放大处理。
（4）计算机把传感器的输出信号进行处理、分析和储存，然后处理、分析的结果输出。
图1-2拉线式集电装置
1—转轴；2—应变片;1—转轴;3—引线;4—滑环;5—黄环带;6—拉线;7—绝缘子;8—弹簧;9—螺栓
1.6数据分析处理方法
利用Excel软件进行数据回归分析。
描绘出轧制力与变形程度的关系曲线。
二、实验程序制定
2.1实验器材及设备
φ130实验轧机，电阻应变片，漆包线，T5钢（规格：
2×40×100mm3），信号采集系统，测力压头，力能参数测试仪。
2.2综合实验的顺序与具体过程
2.2.1综合实验的顺序
备料、设备准备→传感器制作→传感器标定→安装传感器→开始扎制并准备采集数据→采集数据→整理数据并分析。
2.2.2综合实验的具体过程
2.2.2.1传感器的制作
（1）电阻应变片的粘贴工艺
①外观检查
用10倍以上放大镜或显微镜检查应变片是否完整，有无断路、短路、霉点锈斑等缺陷。
要求敏感栅排列整齐平直，引线牢固，粘贴牢固等，否则不能使用。
②阻值检查
经过外观检查后合格的应变片，每片都应进行电阻值检查。
用惠斯登电桥逐片测量应变片的阻值，记下每片阻值，其值要求精确到0.1Ω，同一批使用的应变片电阻值的位差范围，一般不超过±0.3Ω，不合格者不予采用。
③配桥
要求组成电桥的各臂阻值大致相等，或相对臂之积大致相等，其最大误差限制在0.5Ω以内，否则不易平衡。
（2）应变片的粘贴位置
贴片位置应尽量离开应力集中处。
对于本实验用的圆筒形弹性元件，应将应变片贴在弹性
元件的中间，均布于四周且横、竖交错（如图2-1），这样可以消除圆筒体端面上的接触摩擦、不均匀载荷、偏心载荷和温度的影响。
图2-1贴片位置图
（3）贴片部位的表面处理
①机械清理
去除弹性元件表面的氧化铁皮、铁锈、污垢等。
并使其达到所需的表面粗糙度。
根据
弹性元件的表面状态。
先用粗砂布打磨，然后用细砂布打磨，最后用细砂布沿与轴线成45
度角的方向交叉打磨，以增加滑动阻力，提高黏附力。
打磨的面积均为应变片面积的2-3
倍，其表面粗糙度以0.8-1.6为宜，太粗糙或太光滑都不易使应变片粘牢。
②化学清理
用镊子夹住脱脂棉蘸酒精对表面进行清洗，直到棉球不见黑为止。
注意，贴片人员的双手亦保持清洁，严禁用手指接触清洗过的表面。
最后，将弹性元件放在红外线灯下，烘干其表面的潮气。
（4）应变片的定位
为保证测量的精度，应使应变片的粘贴位置正确而不歪斜。
在座校纸上按贴片位置刻出比应变片基底稍大的空位，然后将它贴在弹性元件上，以备贴片时用。
（5）贴片
①在贴片时先将应变片的背面和试件的贴片处，用镊子夹棉球蘸少量无水乙醇或丙酮
轻轻擦一下，以去除其表面的油污、灰尘等。
晾干后开始贴片，一手捏住应变片引出线，一手拿502粘合剂小瓶，将瓶口向下在应变片基底底面涂抹一层（一滴即可）粘合剂，涂粘合剂后应立即将应变片底面向下平放按预先定好的方向和部位贴在弹性元件上，在应变片上覆盖一层玻璃纸或塑料薄膜，接着用拇指（或橡皮棍）小心地压紧应变片一端，从这一端至另一端压挤（辊压）数次，挤出多余的粘接剂和粘接层中的气泡（注意按压时不要将应变片移动），之后手指保持不动约一分钟再放开，轻轻掀开玻璃纸。
②再将玻璃纸盖在应变片上，一手指按压在应变片引出线端上，另一手捏住引出线轻轻提起使之与弹性元件脱离。
注意：
压挤应变片时，不能使其错动，用力要适当，不能过大，以免使敏感栅变形和引线端焊接点下面的基底压破，从而使绝缘破坏。
（6）粘贴质量检查
①外观检查：
用肉眼观察固化后的应变片是否粘牢，敏感栅有无变形、褶皱、翘曲等。
还要检查贴片位置是否正确，特别市方位角咬准确。
再用万用表检查有无断路、短路等。
如有上述缺陷，则应撕掉重贴。
②阻值检查：
在粘贴前后，应变片的电阻值不应有较大的变化。
③绝缘电阻检查：
用兆欧表（500V以下）或万用表（×10K）检查应变片与弹性元件之间的绝缘电阻是否符合要求，一般在500MΩ以上，动态测量也可在50-100MΩ以上静态测量要求高些。
④将贴片的传感器进行编号，每组牢记自己的编号。
2.2.3组桥连线及防潮
2.2.3.1熟悉电桥的加减特性
相邻臂电阻变化，同号相减，异号相加，而相对臂同号相加，异号相减。
因此在组桥接线时，一定要把被测量的变化相同的连接在相对臂，相反的变化连接在相邻臂。
2.2.3.2组桥接线
①固定焊接端子
为了防止应变片在焊接和连接过程中被拉断，最好不直接把连线与引线焊接，也不要把连线焊接在应变片上，建议采用焊接端子和胶布固定连接的方法。
即事先将焊接端子粘贴在靠近应变片引线附近的适当位置，然后把应变片的二条引线分别弯成一个平弯焊接在端子上，再从端子上焊接引线，连线的排列应尽量整齐规则，便于检查，并用白胶布或胶带把它固定住。
②组桥连线
可用细的漆包线或塑料胶线作为连线，并按一定的组桥方式或用20-50瓦的电烙铁将工作应变片和补偿片连接起来组成桥路，将应变片的引线和引出导线用镊子夹住，将其焊在端
子上，多余的引线用剪刀剪掉。
注意：
⑴焊接点一定要焊牢，严防虚焊，焊点要光滑，但焊锡用量不宜过多，焊接时间不要太长，一般为3-5秒；⑵连接线线头尽量剥短些，以免裸露部分和弹性元件相碰；⑶连接时，要注意邻臂和对臂的关系，实验中，为了便于区分，对臂用相同颜色的导线，邻臂用不同颜色的导线。
实验常用有半桥和全桥测量接法，考虑到全桥能够消除环境与温度的影响，本实验采用全桥接法，接法如图2-2所示。
全桥测量时，把R1接在接线柱“1”和“2”之间，R2接在接线柱“2”和“3”之间，
图2-2全桥线路图
R3接在接线柱“3”和“4”之间，R4接在接线柱“1”和“4”之间。
导线接在线柱上时，
必须拧紧。
2.2.3.3桥路检查
①焊点是否焊牢，发现虚焊应重焊。
②绝缘检查：
桥臂中任一抽头与弹性元件之间的绝缘电阻应在50MΩ以上。
③测量阻值：
二个相邻臂阻值相同，二相对臂阻值相同。
2.2.3.4防潮处理
轧钢机上的测力传感器工作环境十分恶劣，往往有灰尘、油、水和蒸汽等。
在这种情况下，如果防潮处理不当，将会使应变片与丫头之间绝缘破坏，以及粘贴剂吸水后变质，粘接力
大大降低，严重会引起剥落，使得压头无法正常工作。
因此对传感器采取防潮措施。
2.2.4轧机实验参数综合测试仪的使用
2.2.4.1准备工作
应变片和电桥盒的接法
外接应变电桥与电桥盒的接法如图2-2（a）所示。
电桥盒内装有120Ω的互感线绕电阻R0作为内半桥用。
图2-3电桥盒的连接
①半桥测量接法
半桥测量时，按图2-2（b）接线，把工作应变片R1接在接线柱“1和”“2之”间，工作应变片R2接在接线柱“2和”“3之”间，而接线柱“1和”“5”、“3和”“7”、“4和”“8之”间分别用短接片短接。
②全桥测量接法
全桥测量时，按图2-2（c）接线，把R1接在接线柱“1和”“2之”间，R2接在接线柱“2和”“3”之间，R3接在接线柱“3和”“4之”间，R4接在接线柱“1和”“4之”间。
导线接在线柱上时，必
须拧紧。
因为组桥连线采用全桥接法，则电桥盒的连接也采用全桥测量接法，如图2-2（c）所
示。
2.2.4.2仪器的连接
①将粘贴在试件上的电阻应变片通过连接线接到相应的电桥盒接线柱上将电桥盒的
另一端的插头通过连接线分别接到应变仪后面板下部的“输入”插座内，并将插头旋紧。
②开启计算机，用USB连接线连接计算机和测试仪器，计算机自动安装测设仪驱动。
③接线完毕，开启电源值钱，再检查一下各开关的工作位置。
2.2.4.3平衡调节
①打开仪器电源的“电源开关”，指示灯亮。
②从应变片的第一通道开始，先观察输出表是否为零如果不为零，课通过“平衡”电器操作自动平衡按钮，2秒后放大器输出为零，消除自身的漂移。
③调整“增益”档位选择适当的放大倍数输出，如额定增益档不能满足要求，可使用增益微调来进行微调。
2.2.4.4软件使用
①新建项目，选择通道数输入项目名称和存放位置。
②参数设置，选择单位和设置定系数K，K值系数与采集的数据是相乘的关系。
③开始采集，根据需要选择合适的“采集频率”，以及“采集时间”，点击“开始采集”按
钮开始采集。
采集时波形实时显示在各自的窗口中。
④显示全部波形，点击主界面右面的“显示全图”按钮，将在相应窗口中显示项目文件中的所有数据。
⑤标志
⑥分析数据
⑦图形输出，将图形保存。
⑧word报表及输出，生成word报表。
2.2.4.5整体调试
首先开启测试测试仪的电源，之后在计算机上打开测试软件，通过点击“采样”开始采集并有图形输出即表明各设备或各一起之间已连接好，否则要重新检查连接线路排除故
障。
2.2.5测力传感器的标定方法
2.2.5.1测力传感器的标定方法及步骤
所谓标定，就是用一系列已知的标准载荷作用在传感器上，然后确定出一系列标准载荷与输出信号之间的对应关系，该关系通常以曲线或数学式来表示，前者为标定曲线，后者为标定方程，以此关系来度量传感器所承受的未知载荷的大小。
输出量与输出成正比例的关系的，则以一常数来表示，称为标定函数。
因此，标定也就是确定标定曲线、标定方程和标定常数的过程。
本实验采用等臂梁为传感器，其标定方法具体如下：
①将要标定的传感器一端固定，接入测量仪器，调其平衡，使初始读数为零。
②开始标定时，首先在零载荷和满载之间反复加载、卸载次数，以消除传感器各部件
之间的间隙和滞后，改善其线性。
③根据传感器的量程分段加载、记录各级载量和输出值。
然后按同样的级别卸载，并
再次记录。
如此重复3-5次，求出各级标定载荷Pi所对应的平均输出值hi作为标定数据。
④根据所得的标定数据，绘出标定曲线。
通常以各级载荷为横坐标，对应的平均输出
值hi为纵坐标，先在纸上标出各数据点的位置，然后通过各级载荷为横坐标描绘的平滑曲线，且使曲线的两侧的点数相同，则此曲线为标定曲线，若载荷与输出值之间呈直线关系变化称为线性；反之，呈曲线变化的称为非线性。
标定曲线的斜率，即为传感器的灵敏度
k，其倒数Kh=1，就是传感器的标定系数，可由下式确定：
k
n
Pi2
i1
khn
Pili（2-1）
i1
⑤估算标定误差
1
n
p
kh）
2
（
i
（2-2）
ni1
hi
式中：
n-标定级数。
2.3仪器和设备间安装连接及轧制
2.3.1测力传感器的安装与连接
将轧机压下螺丝的安全臼换上以标定过的转换元件，安装方式如图2-4所示。
把转换元
件的桥路线连接到测试仪的电桥盒上，然后再把测试仪输出端连接到计算机的输入端。
图2-4传感器安装示意图
2.3.2拉线式集电装置的安装与连接
结构如图1-2所示，用螺栓9将两个半圆形花环（由尼龙做成）固定在传动轴
1，并
随之转动。
在滑环的外层车有三至四条沟槽（依半桥或全桥），槽中嵌有铍青铜或黄铜带5。
铜带两端固定在滑环的两个剖面上，其端头焊上导线，以便与应变片引线连接。
拉线
6至
于滑环上，并经绝缘子，用弹簧
8拉近固定，仪器的导线焊接在拉线
6上，即可将电信号
有拉线6引至固定的测量仪器。
2.3.3将轧机、测试仪、计算机连接就绪，打开软件，设定好采样时间，开始轧制钢
板，以每道次的压下量开始轧制，共轧
6道。
2.3.4轧完后停止采样，利用测试软件分析结果，打印分析，并记录数据于表
2-1内。
表2-1轧制综合参数表
道
H/mm
P总/KN
B/mm
L/mm
1
2
次
△h
P/KN
P/KN
H1
H2
H3
H
0
40.42
101
2.24
2.26
2.22
2.24
—
—
—
—
1
40.10
105
2.02
1.98
2.00
2.00
0.24
22.25
31.20
53.45
2
40.12
112
1.88
1.90
1.88
1.89
0.11
39.52
58.59
98.11
3
40.20
121
1.78
1.76
1.78
1.77
0.12
59.15
60.64
119.79
4
40.18
130
1.60
1.62
1.60
1.61
0.16
65.79
61.89
127.68
5
40.20
141
1.54
1.52
1.52
1.53
0.08
73.87
53.31
127.18
6
40.20
151
1.32
1.34
1.34
1.33
0.20
69.10
59.27
128.37
2.3.5拆除连线，将设备、仪器还原。
三、数据处理及分析
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