本發(fā)明涉及一種鋼板矯平系統(tǒng)，具體針對(duì)船用薄板設(shè)計(jì)的一套完整矯直系統(tǒng)，通過(guò)矯平機(jī)矯直和超聲應(yīng)力消除，改善鋼板平直度并消除鋼板殘余應(yīng)力，達(dá)到船用鋼板作業(yè)前的要求。

背景技術(shù)：

鋼板殘余應(yīng)力消除的研究具有重要的實(shí)用意義和經(jīng)濟(jì)效益。鋼板是工業(yè)生產(chǎn)中的重要產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，也是船舶建造重要的原材料。鋼板在軋制和運(yùn)輸過(guò)程中，難免會(huì)發(fā)生彎曲變形并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，作為船舶外板，這樣不僅會(huì)影響美觀和產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)減少鋼板的使用壽命并對(duì)其強(qiáng)度、疲勞壽命和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。雖然鋼板可以通過(guò)現(xiàn)有平整及矯直加工作用實(shí)現(xiàn)矯平和減少殘余應(yīng)力，但不能有效控制其面內(nèi)殘余應(yīng)力和板形缺陷，導(dǎo)致鋼板在建造加工過(guò)程以及在今后的使用過(guò)程中，易發(fā)生變形，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠完全消除鋼板殘余應(yīng)力的設(shè)備，通常消除殘余應(yīng)力有自然時(shí)效、熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效三種方法，而振動(dòng)時(shí)效工藝以低能耗、低成本、高效率、高環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，逐步替代了工件的自然時(shí)效和熱時(shí)效工藝。雖然已有人提出了殘余應(yīng)力超聲無(wú)損檢測(cè)與調(diào)控技術(shù)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可有效大幅減少構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力，但仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)零應(yīng)力，而本發(fā)明的矯平系統(tǒng)擬實(shí)現(xiàn)鋼板面內(nèi)應(yīng)力的幾乎完全消除。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種超聲消除殘余應(yīng)力的鋼板矯平系統(tǒng)，這是一套可提高鋼板平直度以及消除其殘余應(yīng)力的矯平系統(tǒng)，可以為后期船舶建造提供高精度、高質(zhì)量的鋼材。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

超聲消除殘余應(yīng)力的鋼板矯平系統(tǒng)，包括輥式矯平機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)及消除裝置；

輥式矯平機(jī)采用兩對(duì)分設(shè)于入口及出口的5輥工作輥和中間一對(duì)導(dǎo)向輥的輥組結(jié)構(gòu)，且入口工作輥圓周速度小于中間導(dǎo)向輥，出口工作輥圓周速度大于中間導(dǎo)向輥；

液壓控制系統(tǒng)包括控制器、安裝在工作輥旁的厚度傳感器、安裝于矯平機(jī)中液壓缸內(nèi)的位置傳感器和壓力傳感器，厚度傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)鋼板殘余曲率，位置傳感器用于檢測(cè)活塞桿端部位置，壓力傳感器用于檢測(cè)液壓缸兩腔壓差，將檢測(cè)信息輸入控制器，從而控制矯平機(jī)中伺服閥的開度來(lái)調(diào)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)元件；

超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)及消除裝置設(shè)置于矯平機(jī)末端用于對(duì)矯平后的鋼板進(jìn)行殘余應(yīng)力的實(shí)時(shí)檢測(cè)及消除。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明解決了鋼板矯平后仍然存在殘余應(yīng)力的問(wèn)題，使得鋼板在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生因應(yīng)力釋放而造成變形。矯直部分加入了預(yù)拉力，通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行高速輥縫調(diào)整，并通過(guò)壓下量及矯直力來(lái)實(shí)時(shí)控制鋼板的彈復(fù)曲率(彈復(fù)曲率越小，殘余應(yīng)力也越小)從而獲得需要的平直度和較小的殘余應(yīng)力，在系統(tǒng)中加入超聲波殘余應(yīng)力消除裝置，可在末端進(jìn)行殘余應(yīng)力實(shí)時(shí)檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)幾乎完全消除。這種超聲消除殘余應(yīng)力鋼板矯平系統(tǒng)不僅能為船舶建造提供高精度、高質(zhì)量的鋼材，同時(shí)也為鋼板預(yù)處理生產(chǎn)線提供重要指標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是壓下控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是超聲波檢測(cè)和殘余應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的鋼板矯平系統(tǒng)，包括輥式矯平機(jī)、液壓控制系統(tǒng)、超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)及消除裝置；

輥式矯平機(jī)設(shè)備如圖1所示，包括如下單元：機(jī)身1，下齒輪托架2，機(jī)架3，送料輥道4，調(diào)整梁6，上齒輪托架7，上托輥架8，固定梁9，壓下裝置10，底座15。機(jī)架3頂部的兩端分別設(shè)置兩個(gè)完全對(duì)稱的上固定梁9并固定連接前、后上兩個(gè)固定梁9通過(guò)兩個(gè)互相平行的對(duì)稱的連接桿固定連接。在前調(diào)整梁上設(shè)置有上齒輪托架7并與調(diào)整梁6固定連接，在機(jī)架3的底座15上部設(shè)置有下齒輪托架2，下齒輪托架2與機(jī)架3固定連接。壓下裝置10通過(guò)托輥架8與傳動(dòng)輥連接。輥組結(jié)構(gòu)包括前排工作輥11、中間導(dǎo)向輥12和后排工作輥14，矯平輥軸頭通過(guò)軸承與上齒輪托架7轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上齒輪托架7與前調(diào)整梁6固定連接。

本發(fā)明是通過(guò)對(duì)普通輥式矯直機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在前排工作輥11和后排工作輥14之間加入了導(dǎo)向輥12實(shí)現(xiàn)牽引以及阻尼作用來(lái)對(duì)鋼板實(shí)現(xiàn)拉力作用矯直，液壓控制系統(tǒng)中引入了厚度傳感器5，連接至控制器25，壓下機(jī)構(gòu)10的液壓缸組裝有位置傳感器21和壓力傳感器22，其中，位置傳感器裝在活塞桿伸出位置，用于檢測(cè)活塞桿伸出長(zhǎng)度，壓力傳感器22裝在液壓缸兩腔，用于檢測(cè)兩端壓差。傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器連接控制器25，控制器與d/a轉(zhuǎn)換器26直接相連，從而控制伺服閥27的開度來(lái)調(diào)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)元件28。通過(guò)液壓壓下機(jī)構(gòu)10進(jìn)行快速平穩(wěn)地輥縫調(diào)整，并對(duì)壓下量及矯直力實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，減小鋼板彈復(fù)曲率，從而獲得需要的平直度和較小的殘余應(yīng)力。在系統(tǒng)末端傳送帶16上加入超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)及消除裝置13，用來(lái)完成最后環(huán)節(jié)的面內(nèi)殘余應(yīng)力幾乎完全消除。

矯平機(jī)中前后各設(shè)置五個(gè)工作輥11和14，中間加入一對(duì)導(dǎo)向輥12，導(dǎo)向輥速度較前方工作輥速度高，鋼板被拉緊，導(dǎo)向輥起牽引作用，當(dāng)整形輥有空滑時(shí)，導(dǎo)向輥可以防止其間的鋼板產(chǎn)生摺紋；較后方工作輥速度低，導(dǎo)輥與整形輥之間亦有拉力，導(dǎo)向輥起阻尼作用，這樣會(huì)將大的摺紋拉直。

矯直機(jī)輥系中加入鋼板厚度檢測(cè)裝置5，用來(lái)對(duì)鋼板殘余曲率實(shí)時(shí)檢測(cè)，并傳遞數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)23，作為下一輥壓下量即反彎曲率計(jì)算參考，控制程序確定整形輥壓下量及矯直力，通過(guò)液壓缸28實(shí)現(xiàn)壓下行程，從而實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的減小。

參見(jiàn)圖2，矯直機(jī)壓下系統(tǒng)10采用雙閉環(huán)控制，位置閉環(huán)控制(即輥縫控制)和矯直力閉環(huán)控制。先通過(guò)位置閉環(huán)控制方式進(jìn)行輥縫標(biāo)定，矯直輥系壓下時(shí)，位移傳感器21檢測(cè)活塞桿的實(shí)際位移，檢測(cè)出的位移經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換開關(guān)24反饋至計(jì)算機(jī)控制器25處理，從而得到偏差信號(hào)來(lái)對(duì)伺服閥27進(jìn)行控制，通過(guò)d/a轉(zhuǎn)換器26后驅(qū)動(dòng)液壓缸28；在壓彎量達(dá)到設(shè)置要求時(shí)，輥系和鋼板有了接觸時(shí)，改用矯直力閉環(huán)控制，壓力傳感器22檢測(cè)液壓缸兩腔壓力差，用于精確控制矯直力達(dá)到控制精度并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。

超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)及消除裝置可以包括：超聲信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊(包括：超聲激勵(lì)模塊36、回波接收模塊31、數(shù)據(jù)采集模塊30、數(shù)字控制及數(shù)據(jù)通信模塊35、38)、超聲波應(yīng)力檢測(cè)探頭(包括：超聲收/發(fā)換能器32、33和聲楔塊)、外圍設(shè)備(包括：自動(dòng)檢測(cè)行走機(jī)構(gòu)37、應(yīng)力檢測(cè)探頭夾持裝置34、超聲信號(hào)傳輸線纜，耦合劑)、軟件系統(tǒng)41、設(shè)備的標(biāo)定與校準(zhǔn)系統(tǒng)41、工控機(jī)39等，其組成框圖如圖3所示。本超聲信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊工作原理為：超聲激勵(lì)模塊36產(chǎn)生目標(biāo)高壓脈沖激勵(lì)，超聲換能器33產(chǎn)生超聲波，接收換能器32檢測(cè)到回波信號(hào)并將其傳輸?shù)交夭ń邮漳K31，經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)處理后，數(shù)據(jù)采集模塊30將包含有檢測(cè)信息的數(shù)字量經(jīng)由數(shù)字控制與數(shù)據(jù)通信模塊35傳輸?shù)焦た貦C(jī)39，再進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)標(biāo)定與校準(zhǔn)40后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件系統(tǒng)41運(yùn)用聲時(shí)差精確測(cè)量算法完成數(shù)據(jù)處理；同時(shí)在工作過(guò)程中，各模塊的相關(guān)參數(shù)設(shè)置也是由工控機(jī)39通過(guò)數(shù)據(jù)通信與數(shù)字控制模塊35完成。或者采用現(xiàn)有的任一種超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)及消除裝置均可。

本發(fā)明的鋼板矯平系統(tǒng)不僅能快速矯平鋼板，還能消減鋼板內(nèi)部的殘余應(yīng)力和由于工作輥空滑導(dǎo)致的板料摺紋。使經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理完的鋼板面內(nèi)處于零應(yīng)力狀態(tài)，之后不會(huì)因?yàn)闅堄鄳?yīng)力累積而發(fā)生變形，大大提高了的鋼板的使用壽命。這種超聲消除殘余應(yīng)力的鋼板矯平機(jī)系統(tǒng)在船體鋼板的處理過(guò)程中節(jié)約了成本，提高了效率，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。