軋制綜合實驗

1、一、 設計實驗方案1.1 實驗目標 （1）通過對實驗軋機進行多參數(shù)的綜合測試，掌握軋機力能參數(shù)綜合測試的各個環(huán)節(jié)，使已學過的測試理論及測試技術在本實驗中得到綜合應用，為今后的現(xiàn)場實測打下基礎。 （2）通過本次綜合實驗的訓練，進一步掌握材料成型過程中的力能參數(shù)檢測的原理、方法和技術，熟練掌握相關儀器設備的使用和操作技能，鞏固傳感器的制作、標定與安裝，熟悉測試儀器與傳感器之間的連接，進而提升自身運用所學專業(yè)知識綜合分析、解決問題的能力。使我們對實驗設計過程和各科知識的融合使用有了一個更感性的認識。 （3）了解計算機的測試采集系統(tǒng)。1.2 設計實驗參數(shù) 軋機相關參數(shù)：最大軋制力150KN，軋機輥徑為

2、130mm，最大軋薄能力0.4mm，轉速2033rmin。 軋材相關數(shù)據：T5鋼板，尺寸2×40×100mm，屈服強度=400Mpa=40kg/mm2，軋輥與軋材間摩擦系數(shù)f=0.3。 1.2.1 壓下規(guī)程設計考慮到鋼板冷軋中的加工硬化，初步設計軋制6道次，道次壓下量分配如下：2mm1.8 mm1.5 mm1.25 mm1.05 mm0.9mm0.8mm。分配各道次壓下量，計算各道次變形程度，如下表所示:表1-1表1-1 道次壓下量的分配及變形程度表道次123456/mm0.200.300.250.200.150.1010%16.7%16.7%16.0%14.3%11.1%

3、10%25%37.5%47.5%55%60% 考慮軋機的能力，對上述數(shù)據進行預校核： 1.2.1.1咬入角校核 由壓下量可知，最大壓下量為0.3mm，利用公式，代入數(shù)據可得=5.5°，則tana=0.09f=0.3，故滿足咬入條件。1.2.1.2確定軋制速度 因為軋機的轉速范圍為2033r/min，則選取n=25r/min 1.2.1.3軋制力校核 利用斯通公式對軋制力進行初步計算。公式為：P=F (1-1) (1-2) 其中冷軋薄板是均勻變形，所用K=1.15s ，故經計算得K為46kg/。B=176.8，利用查表數(shù)據有=1.533，經修正后，變形區(qū)面積為197.3，經計算可得第一

4、道次軋制力為55.64KN。軋制相關參數(shù)如表1-2所示。將上述數(shù)據與軋機的額定參數(shù)進行比較可知，均滿足要求，故此設計參數(shù)能夠進行軋制。表1-2軋制參數(shù)表道次Hmmhmmmme%BmmlmmFMpaPKN12.001.800.2010.00401.4933.61144.8686.7899.4521.801.500.3016.70401.6234.42176.8746.58132.0031.501.250.2516.70401.7104.03161.2786.60126.8041.251.050.2016.00401.760 3.61144.8809.60117.2351.050.900.1514

5、.30401.8103.12124.8832.60103.9160.900.800.1011.10401.7902.55100.2832.4083.41 1.3 實驗方法 目前廣泛采用兩種測量軋制壓力的方法。第一種是通過測量機架立柱的拉伸應變測量軋制壓力，又稱應力測量法；第二種是用專門設計的測力傳感直接測量軋制壓力。至于所用的交換原理或傳感器式，則有電阻應變式、壓磁式、電容式及電感式。本實驗采用第二種中的電阻應變片式。 1.4 實驗原理圖1-1 實驗數(shù)據采集線路示意圖傳感器主要彈性元件和應變片構成。測力傳感器應安裝在工作機座兩側軋輥軸承垂直載荷的傳力線上，通過測量兩側的軋制力分力即可得到總軋制

6、力。外力作用在彈性元件上，使其產生彈性變形（應變），由貼在彈性元件上的應變片將應變轉換成電阻變化。再利用全橋電路將電阻變化轉換成電壓變化，然后送入放大器放大，由實驗數(shù)據采集系統(tǒng)記錄實驗數(shù)據。經過計算機數(shù)據采集系統(tǒng)的編輯整理后得到軋制力數(shù)據。將軋制力數(shù)據輸入Excel表格，利用Excel可以將軋制力和變形程度曲線描繪出。具體流程如圖1-1所示。1.5數(shù)據采集方法 （1）首先將軋機壓下螺絲的安全臼換上已標定過的轉換元件（即壓頭），把轉換元件的橋路線接到應變儀的電橋盒上，然后把應變儀輸出端連接到示波器的輸入端。 （2）將已標定好的被測軸安裝好后，把集流環(huán)上的銅辮子固定好，將其扭距橋路引出線接到應變儀

7、的電橋盒上，應變儀的輸出端連到光線示波器的某振子上。結構如圖2-1所示，用螺栓9將兩個半圓形花環(huán)（由尼龍做成）固定在傳動軸1，并隨之轉動。在滑環(huán)的外層車有三至四條溝槽（依半橋或全橋），槽中嵌有鈹青銅或黃銅帶5。銅帶兩端固定在滑環(huán)的兩個剖面上，其端頭焊上導線，以便與應變片引線連接。拉線6至于滑環(huán)上，并經絕緣子，用彈簧8拉近固定，儀器的導線焊接在拉線6上，即可將電信號有拉線6引至固定的測量儀器。 （3）用拉線式集電裝置把軋機上的軋制壓力在電橋線路以電信號輸出到測試儀的通過放大器把傳感器輸出的直流信號進行放大處理。 （4）計算機把傳感器的輸出信號進行處理、分析和儲存，然后處理、分析的結果輸出。圖1-

8、2拉線式集電裝置1轉軸；2應變片;1轉軸;3引線;4滑環(huán);5黃環(huán)帶;6拉線;7絕緣子;8彈簧;9螺栓1.6 數(shù)據分析處理方法 利用Excel軟件進行數(shù)據回歸分析。描繪出軋制力與變形程度的關系曲線。二、 實驗程序制定2.1 實驗器材及設備130實驗軋機，電阻應變片，漆包線，T5鋼（規(guī)格：2×40×100mm3），信號采集系統(tǒng)，測力壓頭，力能參數(shù)測試儀。2.2綜合實驗的順序與具體過程 2.2.1綜合實驗的順序備料、設備準備傳感器制作傳感器標定安裝傳感器開始扎制并準備采集數(shù)據采集數(shù)據整理數(shù)據并分析。綜合實驗的具體過程 .1傳感器的制作 （1）電阻應變片的粘貼工藝 外觀檢查用10倍

9、以上放大鏡或顯微鏡檢查應變片是否完整，有無斷路、短路、霉點銹斑等缺陷。要求敏感柵排列整齊平直，引線牢固，粘貼牢固等，否則不能使用。 阻值檢查經過外觀檢查后合格的應變片，每片都應進行電阻值檢查。用惠斯登電橋逐片測量應變片的阻值，記下每片阻值，其值要求精確到0.1，同一批使用的應變片電阻值的位差范圍，一般不超過±0.3，不合格者不予采用。 配橋要求組成電橋的各臂阻值大致相等，或相對臂之積大致相等，其最大誤差限制在0.5以內，否則不易平衡。 （2）應變片的粘貼位置貼片位置應盡量離開應力集中處。對于本實驗用的圓筒形彈性元件，應將應變片貼在彈性元件的中間，均布于四周且橫、豎交錯(如圖2-1)，

10、這樣可以消除圓筒體端面上的接觸摩擦、不均勻載荷、偏心載荷和溫度的影響。 圖2-1 貼片位置圖 （3）貼片部位的表面處理 機械清理去除彈性元件表面的氧化鐵皮、鐵銹、污垢等。并使其達到所需的表面粗糙度。根據彈性元件的表面狀態(tài)。先用粗砂布打磨，然后用細砂布打磨，最后用細砂布沿與軸線成45度角的方向交叉打磨，以增加滑動阻力，提高黏附力。打磨的面積均為應變片面積的2-3倍，其表面粗糙度以0.8-1.6為宜，太粗糙或太光滑都不易使應變片粘牢。 化學清理用鑷子夾住脫脂棉蘸酒精對表面進行清洗，直到棉球不見黑為止。注意，貼片人員的雙手亦保持清潔，嚴禁用手指接觸清洗過的表面。最后，將彈性元件放在紅外線燈下，烘干其

11、表面的潮氣。 （4）應變片的定位為保證測量的精度，應使應變片的粘貼位置正確而不歪斜。在座校紙上按貼片位置刻出比應變片基底稍大的空位，然后將它貼在彈性元件上，以備貼片時用。 （5）貼片 在貼片時先將應變片的背面和試件的貼片處，用鑷子夾棉球蘸少量無水乙醇或丙酮輕輕擦一下，以去除其表面的油污、灰塵等。晾干后開始貼片，一手捏住應變片引出線，一手拿502粘合劑小瓶，將瓶口向下在應變片基底底面涂抹一層（一滴即可）粘合劑，涂粘合劑后應立即將應變片底面向下平放按預先定好的方向和部位貼在彈性元件上，在應變片上覆蓋一層玻璃紙或塑料薄膜，接著用拇指（或橡皮棍）小心地壓緊應變片一端，從這一端至另一端壓擠（輥壓）數(shù)次，

12、擠出多余的粘接劑和粘接層中的氣泡（注意按壓時不要將應變片移動），之后手指保持不動約一分鐘再放開，輕輕掀開玻璃紙。再將玻璃紙蓋在應變片上，一手指按壓在應變片引出線端上，另一手捏住引出線輕輕提起使之與彈性元件脫離。 注意：壓擠應變片時，不能使其錯動，用力要適當，不能過大，以免使敏感柵變形和引線端焊接點下面的基底壓破，從而使絕緣破壞。 （6）粘貼質量檢查 外觀檢查：用肉眼觀察固化后的應變片是否粘牢，敏感柵有無變形、褶皺、翹曲等。還要檢查貼片位置是否正確，特別市方位角咬準確。再用萬用表檢查有無斷路、短路等。如有上述缺陷，則應撕掉重貼。 阻值檢查：在粘貼前后，應變片的電阻值不應有較大的變化。 絕緣電阻檢

13、查：用兆歐表（500V以下）或萬用表（×10K）檢查應變片與彈性元件之間的絕緣電阻是否符合要求，一般在500M以上，動態(tài)測量也可在50-100M以上靜態(tài)測量要求高些。 將貼片的傳感器進行編號，每組牢記自己的編號。組橋連線及防潮.1熟悉電橋的加減特性 相鄰臂電阻變化，同號相減，異號相加，而相對臂同號相加，異號相減。因此在組橋接線時，一定要把被測量的變化相同的連接在相對臂，相反的變化連接在相鄰臂。.2組橋接線 固定焊接端子 為了防止應變片在焊接和連接過程中被拉斷，最好不直接把連線與引線焊接，也不要把連線焊接在應變片上，建議采用焊接端子和膠布固定連接的方法。即事先將焊接端子粘貼在靠近應變片

14、引線附近的適當位置，然后把應變片的二條引線分別彎成一個平彎焊接在端子上，再從端子上焊接引線，連線的排列應盡量整齊規(guī)則，便于檢查，并用白膠布或膠帶把它固定住。 組橋連線可用細的漆包線或塑料膠線作為連線，并按一定的組橋方式或用20-50瓦的電烙鐵將工作應變片和補償片連接起來組成橋路，將應變片的引線和引出導線用鑷子夾住，將其焊在端子上，多余的引線用剪刀剪掉。 注意：焊接點一定要焊牢，嚴防虛焊，焊點要光滑，但焊錫用量不宜過多，焊接時間不要太長，一般為3-5秒；連接線線頭盡量剝短些，以免裸露部分和彈性元件相碰；連接時，要注意鄰臂和對臂的關系，實驗中，為了便于區(qū)分，對臂用相同顏色的導線，鄰臂用不同顏色的導

15、線。實驗常用有半橋和全橋測量接法，考慮到全橋能夠消除環(huán)境與溫度的影響，本實驗采用全橋接法，接法如圖2-2所示。全橋測量時，把R1接在接線柱“1”和“2”之間，R2接在接線柱“2”和“3”之間，圖2-2 全橋線路圖R3接在接線柱“3”和“4”之間，R4接在接線柱“1”和“4”之間。導線接在線柱上時，必須擰緊。.3橋路檢查 焊點是否焊牢，發(fā)現(xiàn)虛焊應重焊。 絕緣檢查：橋臂中任一抽頭與彈性元件之間的絕緣電阻應在50M以上。 測量阻值：二個相鄰臂阻值相同，二相對臂阻值相同。.4防潮處理軋鋼機上的測力傳感器工作環(huán)境十分惡劣，往往有灰塵、油、水和蒸汽等。在這種情況下，如果防潮處理不當，將會使應變片與丫頭之間

16、絕緣破壞，以及粘貼劑吸水后變質，粘接力大大降低，嚴重會引起剝落，使得壓頭無法正常工作。因此對傳感器采取防潮措施。軋機實驗參數(shù)綜合測試儀的使用.1準備工作應變片和電橋盒的接法外接應變電橋與電橋盒的接法如圖2-2(a)所示。電橋盒內裝有120的互感線繞電阻R0作為內半橋用。 圖2-3電橋盒的連接 半橋測量接法半橋測量時，按圖2-2（b）接線，把工作應變片R1接在接線柱“1”和“2”之間，工作應變片R2接在接線柱“2”和“3”之間，而接線柱“1”和“5” 、“3”和“7” 、“4”和“8”之間分別用短接片短接。 全橋測量接法全橋測量時，按圖2-2（c）接線，把R1接在接線柱“1”和“2”之間，R2接

17、在接線柱“2”和“3”之間，R3接在接線柱“3”和“4”之間，R4接在接線柱“1”和“4”之間。導線接在線柱上時，必須擰緊。 因為組橋連線采用全橋接法，則電橋盒的連接也采用全橋測量接法，如圖2-2（c）所示。.2儀器的連接 將粘貼在試件上的電阻應變片通過連接線接到相應的電橋盒接線柱上將電橋盒的另一端的插頭通過連接線分別接到應變儀后面板下部的“輸入”插座內，并將插頭旋緊。 開啟計算機，用USB連接線連接計算機和測試儀器，計算機自動安裝測設儀驅動。 接線完畢，開啟電源值錢，再檢查一下各開關的工作位置。 2.2.4.3平衡調節(jié) 打開儀器電源的“電源開關”，指示燈亮。 從應變片的第一通道開始，先觀察輸

18、出表是否為零如果不為零，課通過“平衡”電器操作自動平衡按鈕，2秒后放大器輸出為零，消除自身的漂移。 調整“增益”檔位選擇適當?shù)姆糯蟊稊?shù)輸出，如額定增益檔不能滿足要求，可使用增益微調來進行微調。.4軟件使用 新建項目，選擇通道數(shù)輸入項目名稱和存放位置。 參數(shù)設置，選擇單位和設置定系數(shù)K，K值系數(shù)與采集的數(shù)據是相乘的關系。 開始采集，根據需要選擇合適的“采集頻率”，以及“采集時間”，點擊“開始采集”按鈕開始采集。采集時波形實時顯示在各自的窗口中。 顯示全部波形，點擊主界面右面的“顯示全圖”按鈕，將在相應窗口中顯示項目文件中的所有數(shù)據。 標志 分析數(shù)據 圖形輸出，將圖形保存。 word報表及輸出，生

19、成word報表。.5整體調試 首先開啟測試測試儀的電源，之后在計算機上打開測試軟件，通過點擊“采樣”開始采集并有圖形輸出即表明各設備或各一起之間已連接好，否則要重新檢查連接線路排除故障。測力傳感器的標定方法.1測力傳感器的標定方法及步驟 所謂標定，就是用一系列已知的標準載荷作用在傳感器上，然后確定出一系列標準載荷與輸出信號之間的對應關系，該關系通常以曲線或數(shù)學式來表示，前者為標定曲線，后者為標定方程，以此關系來度量傳感器所承受的未知載荷的大小。輸出量與輸出成正比例的關系的，則以一常數(shù)來表示，稱為標定函數(shù)。因此，標定也就是確定標定曲線、標定方程和標定常數(shù)的過程。本實驗采用等臂梁為傳感器，其標定方

20、法具體如下： 將要標定的傳感器一端固定，接入測量儀器，調其平衡，使初始讀數(shù)為零。 開始標定時，首先在零載荷和滿載之間反復加載、卸載次數(shù)，以消除傳感器各部件之間的間隙和滯后，改善其線性。 根據傳感器的量程分段加載、記錄各級載量和輸出值。然后按同樣的級別卸載，并再次記錄。如此重復3-5次，求出各級標定載荷Pi所對應的平均輸出值hi作為標定數(shù)據。 根據所得的標定數(shù)據，繪出標定曲線。通常以各級載荷為橫坐標，對應的平均輸出值hi為縱坐標，先在紙上標出各數(shù)據點的位置，然后通過各級載荷為橫坐標描繪的平滑曲線，且使曲線的兩側的點數(shù)相同，則此曲線為標定曲線，若載荷與輸出值之間呈直線關系變化稱為線性；反之，呈曲線變化的稱為非線性。標定曲線的斜率，即為傳感器的靈敏度k，其倒數(shù)Kh=，就是傳感器的標定系數(shù)，可由下式確定： （2-1） 估算標定誤差 （2-2） 式中：n-標定級數(shù)。2.3 儀器和設備間安裝連接及軋制 2.3.1 測力傳感器的安裝與連接將軋機壓下螺絲的安全臼換上以標定過的轉換元件，安裝方式如圖2-4所示。把轉換元件的橋路線連接到測試儀的電橋盒上，然后再把測試儀輸出端連接到