滚弯工件曲率的测量方法及可测工件曲率的辊式弯曲机

摘要

本发明涉及一种用于钢板、型钢弯曲成型的辊式弯曲机的改进。测量被弯曲工件表面与弯曲机工作辊或专门设置的测量辊(轮)接触点处所通过的工件表面弧(直)线长或弧(直)线长之间的各种关系式,然后计算出钢板在各接触点处发生的应变,从而计算出各接触点工件的曲率。能得到工件回弹前后曲率半径的平均值、瞬时值,并且精度较高。

说明书

本发明涉及一种用于钢板、型钢弯曲成型的辊式弯曲机的改进。

在卷板生产线上，为了使工件曲率符合要求，需通过计算工件曲率与辊子运动行程之间的关系，来控制辊子动作。现有技术是运用三点确定一个圆的原理，制成曲率半径传感器，或者在工件表面设置应变片来直接测量工件圆弧表面的曲率变化，计算出回弹后的曲率半径，不能得到回弹前的曲率半径。由于圆弧形工件的弓高变化小，由该结果得到的曲率值误差大；曲率半径传感器在测量回弹后的曲率半径时，只能设置在辊子外侧，在工件与辊子脱离接触后实测钢板的曲率半径，这样测量点距离工件变形的位置较远，对变曲率工件的测量、反馈修正很不利，使工件曲率精度不高。在工件上贴应变片的方法要求在工作辊上开槽，使用很复杂。

本发明的目的是提供一种适用于分辊驱动辊式弯曲机工作时工件曲率的测量方法，应用该方法能得到工件回弹前后曲率半径的平均值、瞬时值，并且精度较高。

实现上述目的的方案是：测量被弯曲工件表面与弯曲机工作辊或专门设置的测量辊(轮)接触点处所通过的工件表面弧(直)线长或弧(直)线长之间的各种关系式，然后计算出钢板在各接触点处发生的应变，从而计算出各接触点工件的曲率。本方案能够测出工件回弹前后的曲率。

本发明的另一个目的是提供一种辊式弯曲机，在压弯过程中，能得到工件各点曲率半径的平均值、瞬时值，从而能通过控制辊子的运动而得到较高精度的曲率的工件，并且使用简便。

实现该目的的第一个方案是：包括设有机架的底盘、分辊主驱动装置，设于机架上的工作辊，其特征在于至少进出料工作辊或者其传动装置上设有转角传感器。

由于分辊主驱动装置的作用，使工作辊与工件之间没有滑动，因此可利用转角传感器测量弯曲机压弯工件时全部或部分辊子在同一时间内通过的钢板内外表面的弧线长，或弧线长之间的比值、差值，计算出压弯使工件成形的弹前和弹后的曲率半径，克服了现有技术不能在工件压弯的同时测其曲率的缺点，利于对工件曲率的测量、反馈修正，测量精度高并且无需对工作辊作改动，使用简便，容易实现自动控制。本方案还可以先试弯工件，测得工件回弹前后的曲率，根据一定的弯曲机几何参数和物理模型，计算出工件的实际机械性能，以确定工件精确成型时的工作辊压下行程。

实现该目的的第二个方案是：包括设有机架的底盘、主驱动装置、设于机架上的工作辊，其特征在于在工件表面设有已知间距的信号装置，在弯曲机上设可识别该信号装置的传感器。

上述信号装置可以是可由光、电、磁传感器识别的点、线、网格状涂料或物件。

本弯曲机在工作时，由传感器测得任意两信号间在各辊处通过的钢板表面弧线长度，实测板厚，并且根据其初始量，可计算出工件曲率。

实现该目的的第三个方案是：包括设有机架的底盘、主驱动装置、设于机架上的工作辊，其特征在于在进料端、出料端和工件最大变形点附近全部或部分设有与工件贴紧的测量辊(轮)，测量辊(轮)上设转角传感器。

卷制锥筒时，辊子与工件之间会产生滑动，因为直接通过工作辊或其传动系测量工件表面弧线长会产生较大误差。利用本方案的测量轮可准确测出工件两端表面弧线长，从而计算出工件弹前、弹后的大小头曲率半径。

图1为本弯曲机实施例主视图。

图2为图1俯视图。

图3为工作辊的工作状态图。

图4为本发明另一个实施例的工作状态图。

如图1、图2所示，本弯曲机包括设有机架3的底盘4，分辊主驱动装置，在上辊的传动系中设置上辊转角传感器1，在下辊的传动系中设下辊转角传感器2。

如图3所示，进料下辊5、上辊6、出料下辊7与工件8的接触点分别为A、B、C。

本弯曲机在工作时，钢板表面与要测量的辊子表面之间不能有相对滑动，至少在板宽方向有大部分或一部分是不滑动的，如四辊弯曲机，可以是仅有上辊是主动驱动的，其余辊子是被动的，也可以是上、下辊分别驱动的，侧辊是被动的。对三辊弯曲机，可以是三辊都是分别驱动的，也可以是两下辊分别驱动、上辊被动，或其他的形式，总之被测量的辊子表面与钢板之间没有相对的滑动，测量辊子表面与钢板的接触点在某一时间段内通过的线长，应该等于同一时间段内钢板在该点所通过的线长。卷板加工时，当钢板端部直边段(或预弯段)通过出料辊以后，可以认为钢板与辊子的接触点是稳定的，当卷制等曲率圆筒时，可认为接触点不会在辊子上滚动变化了，可开始测量数据，当卷制变曲率工件时，可认为接触点在辊子表面可能有滚动，但没有滑动。

图4所示的实施例在进料端、出料端和工件最大变形处设测量轮9，测量轮由液压装置或弹性装置10紧压在工件8上使之不能相对滑动，测量轮上设转角传感器。

本发明的测量原理是钢板弯曲时，外表面伸长，内表面压缩，中性层长度不变。钢板表面伸长、压缩量的大小和板厚、弯成的曲率半径有关。由于卷板过程是连续稳定的，设在相同的稳定工作时间段内，各辊工作表面所通过的钢板的中性层长度是相同的。如果是卷制圆筒，所测的时间段尽可能的长，所得到的结果会更精确些。如果是卷制变曲率的工件，则各辊在一个较短的时间间隔内通过的钢板，可看成是等曲率的一段圆弧。

现以对称式下辊分别驱动的三辊弯曲机为例，说明测量钢板曲率半径的方法和步骤。

该弯曲机两个下辊分别由单独的电机、减速机驱动，上辊被动，在两个主驱动电机上，或减速机的某一级轴上各装一个转角型传感器，在上辊上也装上测量上辊转角的传感器及装置(可装增速器提高测量精度)。

钢板外表面与两下辊的接触点处，由于弯距都为零，在进料下辊处测到的是在某一段时间内钢板原始曲率半径状态下的外表面通过的弧(直)线长；在上辊处弯矩最大，测到的是在同一段时间内钢板在本道次压弯作用下形成的弹前最小曲率半径状态下的内表面通过的弧线长；在出料下辊处测到的是钢板在本道次压弯作用下回弹后所通过的弧线长。

假设在稳定状态下，各辊处在相同的时间段内所通过的钢板中性层的弧线长相等。所以由在各辊处测得的表面弧线长，求得中性层的弧线长应相等。

第一次压弯时，进料下辊处是直线，曲率半径为无穷大，表面直线长与中性层直线长相等，在出料下辊处和上辊处是弧线。

设L₁、L₂、L₃分别代表进料下辊、出料下辊处钢板外表面和上辊处钢板内表面在稳定状态下相同时间段内通过的弧(直)线长，L₀为各辊通过的相同的中性层弧(直)线长，r为变形后、回弹前的最小半径(中径)，R为变形后、回弹后的半径(中径)，R₀为变形前的初始半径(中径)。

在进料下辊处，有L₁＝L₀             ①

在出料下辊处，有L₂/(R+S/2)R＝L₀    ②

在上辊处，有L₃/(r-S/2)·r＝L₀      ③

由①、②有：L₁＝L₂·R/(R+S/2)

    得：R＝S·L₁/〔2(L₂-L₁)〕     ④

由①、③有：L₃/(r-S/2)·r＝L₁

    得：r＝S·L₁/〔2(L₁-L₃)〕     ⑤

第二次压弯，每个字母的意义不变，右上角加“’”以区别，则有R₀’＝R，即初始半径等于第一次压弯后所得工件半径。

在进料下辊处，有L₁’/(R₀’+S/2)·R₀’＝L₀’⑥

在出料下辊处，有L₂’/(R’+S/2)·R’＝L₀’⑦在上辊处，有L₃’/(r’-S/2)·r’＝L₀’⑧由⑥、⑦有：L₁’·R₀’/(R₀’+S/2)＝L₂’·R’/(R’+S/2)

得：R’＝S·L₁’·R₀’/〔2R₀’(L₂’-L₁’)+L₂’·S〕将R₀’＝R代入，

得：R’＝L₁’·R·S/〔2R(L₂’-L₁’)+L₂’·S〕    ⑨由⑥、⑧有：L₁’·R₀’/(R₀’+S/2)＝L₃’·r’/(r’-S/2)

得：r’＝L₁’·R₀’·S/〔2R₀’(L₁’-L₃’)-L₃’·S〕将R₀’＝R代入

得：r’＝L₁’·R·S/〔2R(L₁’-L₃’)-L₃’·S〕    ⑩

用相同的方法可以得到第三、第四……道次压弯后的R″和r″、R″′和r″′……。

以上计算中均假设中性层在S/2处，若曲率大且钢板厚时，可计算中性层的位置，对公式进行修正。计算中也可以对测到的L₁、L₂、L₃、L₁’……等值，先计算应变，再计算曲率半径。

在钢板的表面(内、外、侧面)沿板料滚弯送进方向按已知初始间距(例如每100mm)或已知初始长度(例如500mm)连续铺涂可随钢板表面一起伸缩的物质)设置由各种发光、反光、光敏元件和材料(例如长50mm，宽2mm的白色油漆线、白色不干胶片)，或磁性材料(例如小圆形磁块，磁针、磁料)或电感元件、接近开关的磁钢、行程开关的撞块、电源开关的元件或其它能按一定方向被检测到且有一定重复精度的元件和材料。必要时，可在辊面开槽，以保护这些信号和标识。

在钢板与各辊(包括测量辊、轮)或部分辊接触点处或其附近处，设置识别上述信号、标识的装置，测量任意两标识之间各辊处通过的钢板表面弧(直)线长，实测板厚，计算各处应变曲率。已知初始长度即为钢板测量段的中性层长度。

例如在钢板的一个侧面中线或中线附近相同部位上每100mm设置一个接近开关触发用的磁钢，在两下辊中间，相对上辊的钢板接触点处即最大伸长变形点处放置一接近开关，接近开关安装在保持接近开关与钢板外表面和侧面一定距离的保持架上，该保持架可垂直升降，靠弹簧力贴在钢板表面，并且在两个方向设有滚轮。记录任意两个磁钢与接近开关发出信号之间各辊处钢板通过的弧(直)线长，实测板厚，计算应变曲率。