附着式轧制力传感器安装误差对测量精度的影响

　　1前言

　　轧制力是轧机最主要的技术参数之一，获取轧制力信息对保证安全生产、防止设备重大事故、优化轧制规程、实现生产过程自动化和最优控制等都具有重要意义[1]。

　　利用附着式传感器测量轧制力是一种间接测量轧制力的方法，其基本原理是：轧钢时轧制力传递到两侧机架上并由4个立柱承担，因此，通过测量立柱应变即可间接测量轧制力。但由于机架强度裕量较大，应力水平较低，应变很小，因而测量精度低。为了提高测量精度，传感器采用两端粗、中间细的对称阶梯状结构模型，以使传感器敏感元件的应力水平提高到机架应力水平的4～10倍，在机架应力水平较低(5～12MPa)情况下，能使弹性元件处于较高(25～120MPa)的应力水平，从而实现较高精度的轧制力测量。

　　在整个测量系统中，影响测量精度的因素很多，主要包括：标定、安装误差、温度漂移、轧机振动和主传动系统影响等。本文主要研究标定及安装误差对测量精度的影响。

　　2建立计算模型

　　以某中板轧机为例，对于间接测量轧制力来说，机架立柱作为测量的一次弹性体，其应力分布对测量的精确度有重要影响。在轧制过程中，机架受力很复杂，包括轧制力、附加水平力和摩擦力等。本文采用ANSYS有限元软件对机架在此3种力作用下立柱的应力分布进行了计算[2,3]。

　　2.1模型的建立

　　首先，建立轧机在3种状态下的有限元模型和标定装置模型：

　　(1)只考虑轧制力而忽略其他力的影响;

　　(2)考虑轧制力和地脚螺栓的约束;

　　(3)考虑轧制力、地脚螺栓约束和附加水平力及摩擦力的共同作用。

　　标定装置采用千斤顶加载，载荷只考虑该力的作用。3种状态下，轧机模型的网格划分见图1。对于前两种情况，由于机架的载荷和结构具有对称性，取机架的1/2建立模型。模型采用8节点的solid45六面体单元划分，在附着区中性面附近进行细分。其余部分采用拉伸平面单元得到，这样既保证了所关心的立柱附着区部分的计算精度，方便中性面上节点应力的获取，又减少了计算量。计算取弹性模量E=210GPa，泊松比0.3。标定装置尺寸及模型见图2。

　　2.2约束和载荷的施加

　　由于轧机机架载荷和结构的对称性，在上下横梁剖面上施加对称约束。若轧机轧制力为30000kN，分别由2片机架承担，单片机架承受的轧制力为15000kN，每个立柱为7500kN，以均布载荷施加在上横梁的中心环形槽内，下横梁以均布载荷施加。据有关文献计算，取侧向水平力约为200kN，在润滑不良的情况下，取机架与轴承座之间的摩擦系数为0.1，则摩擦力为20kN，水平力和摩擦力按均布力施加在右立柱内侧。对于标定装置来说，为了使立柱的应力水平与机架立柱相同，在标定装置的上下横梁之间施加250kN均布力。