一种轧机轴承座间隙在线检测装置及检测方法
阅读说明：本技术 一种轧机轴承座间隙在线检测装置及检测方法 (On-line detection device and detection method for bearing seat clearance of rolling mill ) 是由 邢建康 彭艳 孙建亮 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种轧机轴承座间隙在线检测装置及检测方法,其包括壳体、端盖、球、挡板、内密封圈、弧面垫、外密封圈、弹簧、传感器、电缆、螺栓、弹簧垫圈,检测装置安装在轧机牌坊耐磨衬板内。轧机换辊过程中,轧辊抽出时检测装置中的球受弹簧的作用力向外弹出,轧辊装入时,检测装置中的球受轴承座耐磨衬板的作用力压入检测装置内,从而该检测装置能够在现场长期稳定的工作,不受窜辊和频繁换辊的影响。轧机生产过程中,轴承座水平方向位移变化通过球和弧面垫传递到弹簧,弹簧将位移变化转换为力的变化,力传递到传感器,传感器输出实时力变化的信号。最终通过传感器获取力的变化反映轴承座的位移变化,实现轧机轴承座与牌坊间隙信息的实时获取。(The invention provides an online detection device and a detection method for a rolling mill bearing seat gap. In the roll changing process of the rolling mill, when the rolling roll is drawn out, the ball in the detection device is outwards popped up by the acting force of the spring, when the rolling roll is installed, the ball in the detection device is pressed into the detection device by the acting force of the bearing seat wear-resistant lining plate, so that the detection device can work stably on site for a long time and is not influenced by roll shifting and frequent roll changing. In the production process of the rolling mill, the displacement change of the bearing seat in the horizontal direction is transmitted to the spring through the ball and the cambered surface pad, the spring converts the displacement change into the force change, the force is transmitted to the sensor, and the sensor outputs a signal of the real-time force change. Finally, the displacement change of the bearing seat is reflected through the change of the force acquired by the sensor, and the real-time acquisition of the gap information between the bearing seat of the rolling mill and the housing is realized.)
技术领域
本发明涉及冶金机械设备自动化测量领域，尤其涉及一种轧机轴承座间隙在线检测装置及检测方法。
背景技术
轧辊轴承座与牌坊之间的间隙值的合理选取是轧机能够正常生产的前提。如在板带轧机中，间隙过小，会造成轧辊无法装入轧机，或装入后无法抽出而影响正常换辊；间隙过大，会影响轧机的水平刚度，从而导致轧机发生振动，造成带材明显的厚差、带材表面明暗相间的条纹，影响产品质量，甚至断带事故，同时会加速轧辊磨损，最终对于设备维护、轧制稳定运行和产品质量都产生不良影响。
间隙值的常规检测可利用外径千分尺或矩形量规对轴承座两衬板面间的宽度尺寸(又称轴承座开档尺寸)进行简单的测量，目前现场一般采用3D激光跟踪仪获取空间几何元素测点信息。传统间隙值测量和控制策略存在以下弊端：首先，轴承座宽度与牌坊的开口度为定期检测，不能保证间隙控制的实时性；其次，间隙控制标准的制定以经验为主，为避免出现轧辊无法装入轧机或换辊时无法抽出，间隙的许用范围的下限控制偏大，导致轧机振动的产生；再者，轧制过程中各轧辊传动侧入口和出口、操作侧入口和出口四个位置的间隙处于动态变化，各轧辊两端分别向哪侧偏移或是否出现轧辊交叉的情况无法实时观测。
针对这些问题，已有实时获取轧机轴承座与牌坊之间间隙的方法，采用传感器在线检测此间隙值的变化，为间隙控制起到指导作用。但是，由于轧制现场大量的冷却水、油污等影响，工作环境非常恶劣，激光位移传感器、电涡流位移传感器、磁致伸缩式位移传感器、拉绳(拉杆)式位移传感器等常规检测装置无法长期稳定的工作。并且已有实时获取轧机牌坊与轴承座间隙信息的检测装置主体结构，在实现轧机牌坊与轴承座间隙信息的实时获取的前提下，能够在工作环境非常恶劣的轧制现场长期稳定的工作，尤其可避免现场大量冷却水对传感器的损害，但每次换辊都要进行传感器的拆装，轧机频繁换辊制约了该检测装置在工业现场的广泛应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种轧机轴承座间隙在线检测装置及检测方法，其能够在恶劣的轧制现场长期稳定工作，在线监测各轧辊轴承座位置信息，且不影响轧机换辊，可以对轧机牌坊与轴承座间隙的控制起到指导作用；进而对减小轧机振动、降低轧辊磨损和提高产品质量具有重要意义。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
具体地，本发明提供一种轧机轴承座间隙在线检测装置，所述检测装置安装在轧机牌坊耐磨衬板内，所述检测装置包括壳体、端盖、球、挡板、内密封圈、弧面垫、外密封圈、弹性体以及传感器；
所述壳体安装在轧机牌坊耐磨衬板内，所述壳体上安装有所述外密封圈，所述壳体内依次安装所述传感器、所述弹簧、所述弧面垫、所述球、所述挡板以及所述端盖，所述弧面垫和所述挡板分别安装有内密封圈，所述传感器与所述壳体内孔底面接触；所述弹性体位于所述传感器与所述弧面垫之间，所述弹性体用于将位移转换为力，从而使所述传感器采集实时受力的变化，进而能够反映位移大小；所述传感器的输出端连接所述电缆从而进行实时力信号的输出；所述球与所述挡板固定连接并位于所述弧面垫所在的一侧；所述端盖与所述壳体之间相互连接，所述端盖安装后外表面低于所述壳体的外端面，所述壳体安装后外端面低于轧机牌坊耐磨衬板外表面；自由状态下，检测装置中所述球与轧机牌坊耐磨衬板相邻的侧面位于轧机牌坊耐磨衬板外表面的外侧；轧机换辊过程中，球受弹簧的作用力向外弹出，挡板和端盖共同起到限位作用，轧辊装入时，球受轧辊轴承座耐磨衬板的作用力压入检测装置内，轧机生产过程中，轧辊轴承座耐磨衬板的水平方向位移变化通过球和弧面垫传递到弹簧，弹簧将位移变化转换为力的变化，传感器输出能够反映位移的实时力信号；
轧辊轴承座耐磨衬板上均设置有横向油沟和纵向油沟，两个相邻横向油沟间距为H，两个相邻纵向油沟间距为V，每块轧机牌坊耐磨衬板安装有四个所述检测装置，四个所述检测装置安装位置位于耐磨衬板四个边角处并能够处于轧辊轴承座耐磨衬板的对应位置，从而能够检测轧辊轴承座位移；四个检测装置包括第一检测装置、第二检测装置、第三检测装置以及第四检测装置，所述第一检测装置与第二检测装置之间的横向距离以及第三检测装置与第四检测装置之间的横向距离为h，纵向距离为b；所述第一检测装置与第三检测装置之间的横向距离以及第二检测装置与第四检测装置之间的横向距离为a，纵向距离为v，横向距离a与纵向距离b为30-50mm，横向距离h±50mm与横向油沟间距H的整数倍之间以及纵向距离v±50mm与纵向油沟间距V的整数倍之间具有差值，从而保证在线检测时最多有一个所述检测装置的检测位置位于轧辊轴承座耐磨衬板的油沟内。
优选地，所述轧机牌坊耐磨衬板与轧机牌坊接触一侧开设有用于引出电缆的线槽。
优选地，所述壳体通过所述螺栓和所述弹性垫圈安装在轧机牌坊耐磨衬板内，所述壳体长度小于20mm，外径为20-30mm，内径为15-24mm，壳体外表面设置有两个用于安装所述外密封圈的环形槽。
优选地，所述弧面垫和所述挡板分别设置有一个用于安装所述内密封圈的环形槽。
优选地，所述端盖与所述壳体之间螺纹连接。
优选地，所述电缆由所述壳体引出后在所述壳体底部孔的电缆周围涂密封胶进行密封。
优选地，所述传感器为压磁式传感器、压电式传感器或电阻应变式传感器。
优选地，所述弹性体为弹簧。
优选地，所述端盖安装后外表面低于所述壳体外端面0.1-0.3mm；所述壳体安装后外端面低于轧机牌坊耐磨衬板外表面0.2-0.5mm；自由状态下，检测装置的所述球的底面高于轧机牌坊耐磨衬板外表面2-3mm。
优选地，本发明还提供一种轧机轴承座间隙在线检测方法，其包括如下步骤：
S1、在每块轧机牌坊耐磨衬板上分别安装四个检测装置，并将四个检测装置进行标定；
S2、利用四个检测装置的传感器获取能够表征位移的力信号，轧机生产过程中，轧辊轴承座耐磨衬板的水平方向位移变化通过球和弧面垫传递到弹簧，弹簧将位移变化转换为力的变化，传感器向上位机输出能够表征位移的实时力信号，上位机将该力信号转换为位移信号；
S3、在线检测过程中，去除四个检测装置中位移信号最小者，对剩余三个检测装置的实时位移信号进行平均值计算，得到位移平均值，将该位移平均值作为所检测轧机轴承座与牌坊间隙值进行输出。
与现有技术相比，本发明中的一种轧机轴承座间隙在线检测装置的有益效果如下：
1、本发明能够在线检测轧机牌坊与轧辊轴承座之间的间隙，实现轧机牌坊与轴承座间隙信息的实时获取，可以对轧机牌坊与轴承座间隙的控制起到指导作用。
2、本发明能够在工作环境非常恶劣的轧制现场长期稳定的工作，且不受窜辊和现场频繁换辊的影响。
3、本发明能够在线检测到各轴承座位置的动态变化，如是否存在轧辊交叉现象，并可指导作出相应的合理调整。
4、本发明能够实时获取轧机工作时轴承座水平方向振动信息，从而指导设备和工艺进行调整。
附图说明
图1为根据本发明的一种轧机轴承座间隙在线检测装置中的检测装置相对轧机的安装位置示意图；
图2为根据本发明的一种轧机轴承座间隙在线检测装置内部剖视图；
图3为根据本发明的一种轧机轴承座间隙在线检测装置中的检测装置在轧机牌坊耐磨衬板上的分布位置示意图。
图中部分附图标记如下：
1-轧辊轴承座，2-轧辊轴承座耐磨衬板，3-轧机牌坊耐磨衬板，4-检测装置，5-轧机牌坊，401-壳体，402-端盖，403-球，404-挡板，405-内密封圈，406-弧面垫，407-外密封圈，408-弹簧，409-传感器，410-电缆，411-螺栓，412-弹性垫圈。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
如图1所示，检测装置4安装在轧机牌坊5上的轧机牌坊耐磨衬板3内，用于在线实时检测轧辊轴承座1上的轧辊轴承座耐磨衬板2与轧机牌坊5上的轧机牌坊耐磨衬板3之间的间隙。
如图2所示，一种轧机轴承座间隙在线检测装置，其包括壳体401、端盖402、球403、挡板404、内密封圈405、弧面垫406、外密封圈407、弹簧408、传感器409、电缆410、螺栓411以及弹性垫圈412。壳体401材质为不锈钢，长度小于20mm，外径为20-30mm，内径为15-24mm，底部厚度大于3mm。底部中心加工直径2-5mm通孔，通孔用于引出电缆410，电缆410为屏蔽电缆，避免工业现场其他因素对检测信号造成干扰，通孔与电缆410周围涂密封胶进行密封。底部通孔与边部中间加工两个M2-M3细牙螺纹孔，两个螺纹孔以壳体401轴线沿圆周方向呈180°排列，壳体401外表面加工两个环形槽，用于安装外密封圈407。轧机牌坊耐磨衬板3上加工阶梯孔，直径较大的第一阶梯孔用于安装检测装置4，直径较小的第二阶梯孔用于引出电缆410，以阶梯孔轴线沿圆周方向呈180°排列加工两个用于安装螺栓411和弹性垫圈412的阶梯通孔，位置和尺寸参考壳体401底部通孔与边部中间加工的两个M2-M3细牙螺纹孔，检测装置4通过螺栓411和弹性垫圈412安装在轧机牌坊耐磨衬板3内。壳体401内依次安装传感器409、弹簧408、弧面垫406、球403、挡板404、端盖402，传感器409与壳体401内孔底面接触，传感器409检测信号由电缆410输出，传感器409可以为压磁式传感器、压电式传感器或电阻应变式传感器，防护等级在IP66以上。弹簧408处于传感器409与弧面垫406之间，弹簧408的主要作用是将位移转换为力，从而使传感器409采集到所受力的变化，进而表征位移大小。因此，弹簧408也可以采用其他类型的弹性体。球403与挡板404采用粘接或焊接方式固定连接，弧面垫406和挡板404分别加工一个环形槽，用于安装内密封圈405。端盖402通过螺纹与壳体401进行连接，端盖402安装后外表面应低于壳体外端面0.1-0.3mm，壳体401安装后外端面应低于轧机牌坊耐磨衬板3外表面0.2-0.5mm；自由状态下，检测装置4中球403应高于轧机牌坊耐磨衬板3外表面2-3mm。端盖402、球403和挡板404材质为不锈钢。
如图3所示，每块轧机牌坊耐磨衬板3安装四个检测装置4，安装位置分别安装于轧机牌坊耐磨衬板3横向和纵向边角处，在本实施例中位于1/4处附近，并且需要保证检测装置4能够处于轧辊轴承座耐磨衬板的对应位置，从而能够测量轧辊轴承座耐磨衬板的位移，轧机牌坊耐磨衬板3与轧机牌坊接触一侧加工线槽，用于引出电缆410，检测装置4投入使用前需进行标定。每块轴承座耐磨衬板上均设置有横向油沟和纵向油沟，两个相邻横向油沟间距为H，两个相邻纵向油沟间距为V，每块轧机牌坊耐磨衬板安装四个所述检测装置，四个所述检测装置安装位置分别位于耐磨衬板横向和纵向1/4处附近；四个检测装置包括第一检测装置、第二检测装置、第三检测装置以及第四检测装置，所述第一检测装置与第二检测装置之间的横向距离以及第三检测装置与第四检测装置之间的横向距离为h，纵向距离为b；所述第一检测装置与第三检测装置之间的横向距离以及第二检测装置与第四检测装置之间的横向距离为a，纵向距离为v，横向距离a与纵向距离b为30-50mm，横向距离h±50mm与横向油沟间距H的整数倍之间以及纵向距离v±50mm与纵向油沟间距V的整数倍之间具有差值，从而保证在线检测时最多有一个所述检测装置的检测位置位于轧辊轴承座耐磨衬板的油沟内。
在线检测过程中，去除四个检测装置4中信号最小者，另外三个实时检测信号取平均值，该平均值为所检测轧辊轴承座耐磨衬板2与轧机牌坊耐磨衬板3的间隙值，以排除某个检测装置4位于轧辊轴承座耐磨衬板2油沟时引起的测量误差。
轧机换辊过程中，轧辊抽出时检测装置4中的球403受弹簧408的作用力向外弹出，挡板404和端盖402共同起到限位作用；轧辊装入时，检测装置4中的球403受轧辊轴承座耐磨衬板2的作用力压入检测装置4内，且由于球403的圆弧面和轧辊轴承座耐磨衬板倒角的共同作用，换辊过程不会对检测装置4造成很大冲击，从而该检测装置4能够在现场长期稳定的工作，不受轧机频繁换辊的影响。轧机生产过程中，轧辊轴承座耐磨衬板2水平方向位移变化通过球403和弧面垫406传递到弹簧408，弹簧408将位移变化转换为力的变化，力传递到传感器409，传感器409输出实时力变化的信号。最终通过传感器409获取力的变化反映轧辊轴承座耐磨衬板2的位移变化，实现轧机轴承座与牌坊间隙信息的实时获取。
下面对轧机轴承座间隙在线检测方法进行进一步说明，具体地，其包括如下步骤：
S1、在每块轧机牌坊耐磨衬板上分别安装四个检测装置，并将四个检测装置进行标定；
S2、利用四个检测装置的传感器获取能够表征位移的力信号，轧机生产过程中，轧辊轴承座耐磨衬板的水平方向位移变化通过球和弧面垫传递到弹簧，弹簧将位移变化转换为力的变化，传感器向上位机输出能够表征位移的实时力信号，上位机将该力信号转换为位移信号；
S3、在线检测过程中，去除四个检测装置中位移信号最小者，对剩余三个检测装置的实时位移信号进行平均值计算，得到位移平均值，将该位移平均值作为所检测轧机轴承座与牌坊间隙值进行输出。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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