基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置

权利要求书： 1.基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：包括主轧机、制动装置、咬入角测量装置、拉力测量装置、轧制力测量装置和控制系统；所述的主轧机为冷轧机，包括机架(2)、上轧辊(1)、下轧辊(6)、滚柱轴承(33)、轴承座(34)和底座(5)；主轧机起冷轧板带作用，也为制动装置、咬入角测量装置和拉力测量装置提供支撑位置；上轧辊(1)两端辊颈通过滚柱轴承(33)连接两侧机架(2)，下轧辊(6)两端辊颈通过滚柱轴承(33)连接两侧机架(2)，两侧机架(2)通过大螺栓(4)分别连接对应侧底座(5)，上轧辊(1)与下轧辊(6)之间的间隙用于轧制轧件(3)。

2.根据权利要求1所述的基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：所述制动装置包括制动卡钳(13)、排气阀(14)、密封环(15)、活塞(16)、制动块(17)、回油软管(18)、减压阀(19)、油箱(20)、滤清器(21)、油泵(22)、输油软管(23)、止回阀(24)和活塞腔(25)；制动卡钳(13)内设上下对称的活塞腔(25)和外设排气阀(14)，活塞腔(25)通过密封环(15)与活塞(16)相连接，活塞(16)外顶面设有防打滑材料制成的制动块(17)；当需要夹住轧件(3)时，油泵(22)将液压油通过管路传输至制动卡钳(13)的活塞腔(25)，活塞腔(25)液压力增大，将推出活塞(16)，活塞(16)带动制动块(17)夹紧轧件(3)；需要松开轧件(3)时，停止油泵工作，减压阀(19)打开即可；排气阀(19)主要用于放出活塞腔(25)内的多余空气，保证活塞腔(25)内有正常的液压力。

3.根据权利要求1所述的基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：所述咬入角测量装置包括轧件轧制前后两套板厚测量机构，每套板厚测量机构设有上下两组行程检测装置，每组行程检测装设有1个“U”形固定支架(8)和4个行程位置传感器(26)；“U”形固定支架(8)两端通过螺栓分别与两侧机架连接，“U”形固定支架(8)长边等距离安装4个行程位置传感器(26)，上下两组行程检测装置成对称布置，形成一套板厚测量机构；当上下两组行程检测装置中间有轧件(3)时，就能测出轧件对应位置的厚度。

4.根据权利要求3所述的基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：所述轧件轧制前后两套板厚测量机构工作原理一致；结合轧件轧制前后板厚的比较值与轧辊直径，利用公式 其中h0为轧件初始厚度，h1为轧件轧制后厚度，计算出咬入角α。

5.根据权利要求1所述的基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：所述拉力测量装置包括“工”形支撑梁(9)、吊耳(10)和链条(11)；“工”形支撑梁(9)一端通过小螺栓(7)与机架(2)相连，“工”形支撑梁(9)另一端设有吊耳(10)，吊耳(10)与链条(11)的一端连接，两侧的“工”形支撑梁(9)安装方式一致，链条(11)贯穿于吊环(31)与弹簧拉力器(12)相连；弹簧拉力器(12)与制动卡钳(13)紧固连接。

6.根据权利要求1所述的基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：所述轧制力测量装置包括下轧辊(6)、辊颈(32)、滚柱轴承(33)、轴承座(34)、压力传感器(35)和机架牌坊下横梁(36)；下轧辊(6)的两端辊颈分别通过滚准轴承(33)及轴承座安装于两侧机架，压力传感器(35)安装在下轧辊轴承座(34)与机架牌坊下横梁(36)之间，两机架内设置的压力传感器成对称布置，且安装形式和工作方式一致；当处于轧制过程，轧制力测量装置通过两侧传感器分别测出下轧辊左右辊颈的压力P左和P右，即轧制力P＝P左+P右。

7.根据权利要求1所述的基于前馈控制法的带钢冷轧过程油膜厚度测量与调节装置，其特征在于：所述控制系统包括控制器(37)和显示器(38)；该控制系统由咬入角测量装置中的行程位置传感器(26)将检测信号传至控制系统的控制器(37)，控制器(37)经过处理、分析、运算得出轧件初始厚度h0和轧件轧制后厚度h1，结合轧件轧制前后板厚的比较值与轧辊直径D，利用公式 计算出咬入角α；再由拉力测量装置和轧制力测量装置的弹力传感器(29)和压力传感器(35)将检测信号传至控制系统，控制器(37)经过处理、分析、运算得出张力Q与轧制力P；最后根据摩擦系数计算公式摩擦力计算公式F＝Psin(α/2)+0.5Qcos(α/2)，控制系统分别计算出摩擦系数μ和摩擦力F，并通过控制系统的显示器(38)呈现计算数值。

说明书： 基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置

技术领域[0001] 本发明属于轧制测量技术领域，尤其涉及基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置。

背景技术[0002] 在金属板带轧制领域中，冷轧板带广泛用于建筑、汽车、家电、交通运输等行业。随着这些行业的发展，冷轧板带用量增加很快，尤其是表面摩擦润滑处理的研究，其技术和装

备也有很大发展。轧制过程中的摩擦润滑状态与一般机械传动中的摩擦润滑相比，既有共

同性又有特殊性。轧制时工作辊承受周期性载荷的作用，表面温度剧烈波动，与轧件之间以

及与支承辊之间存在相互接触摩擦并伴随有坚硬的破碎氧化铁皮的研磨，因而表面摩擦磨

损比较复杂。目前，轧制过程中摩擦润滑状态的研究主要仍以物理模拟实验和理论研究为

主。一般通过在试验机上的测试过程和方法基本上再现了轧制变形的实际过程，测试结果

真实地反映了轧制过程的摩擦和润滑状态。

[0003] 目前，研究轧制过程的摩擦润滑和磨损状态的试验方法有近20种，常用的主要有最大咬入角法、打滑法、扭矩法、组合法、压力法、压力针测量法、轧件强迫制动法等等。这些

方法各自有不同的特点，适合于不同轧制情况下摩擦、润滑和磨损状态的研究。其中轧件强

迫制动法采用力学性能和几何尺寸均匀、表面光洁的板形试样，在现场或实验室的板带轧

机，不仅用于板材、管材和型材轧制工艺润滑剂的润滑效果评价，还适用于板带材冷轧、热

轧时打滑摩擦状态的测试，特别是对于冷轧时，相比其他的试验方法，它的测量结果更加准

确。因此，为提高轧制生产效率和产品质量，一种行之有效的能对冷轧机轧制界面摩擦系数

及摩擦力测量装置对实际生产具有重要的意义。

[0004] 针对上述技术问题，故需要进行改进。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置，该装置结构简单，测量速度高且精准，能适用于现场或实验室的板带轧机，特

别是对冷轧时的检测数据更加可靠。

[0006] 为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置，包括主轧机、制动装置、咬入角测量装置、拉力测量

装置、轧制力测量装置和控制系统；所述的主轧机为冷轧机，包括机架、上轧辊、下轧辊、滚

柱轴承、轴承座和底座；主轧机起冷轧板带作用，也为制动装置、咬入角测量装置和拉力测

量装置提供支撑位置；上轧辊两端辊颈通过滚柱轴承连接两侧机架，下轧辊两端辊颈通过

滚柱轴承连接两侧机架，两侧机架通过大螺栓分别连接对应侧底座，上轧辊与下轧辊之间

的间隙用于轧制轧件；制动装置采用液压传动方式，传动系统设有提供强劲动力的油泵，活

塞腔设有排气阀且制动块选用防滑材料，使得夹住轧件时更加稳固，松开轧件时更加便捷；

所述咬入角测量装置主要通过两套轧件厚度测量机构来精准检测轧件轧制前后的厚度，并

根据轧辊的直径来计算出咬入角的角度；所述拉力测量装置采用弹簧测力器通过链条与制

动卡钳连接，当制动卡钳夹住轧件时，轧件随辊面向前移动，测力器上的弹簧被拉紧，当弹

簧的拉力与轧辊拖动时轧件的作用力达到平衡时，轧件被迫停止前进，在轧辊之间出现打

滑现象，此时拉力测量装置显示的拉力即为后张力。所述轧制力测量装置主要通过安装在

下轧辊轴承座与机架牌坊下横梁之间的压力传感器来采集轧制力，此处安装压力传感器不

受扭矩作用，换辊时可不必拆卸传感器且安装面积较大；所诉的控制系统将采集到轧件轧

制前后的厚度比较值、后张力以及轧制力，并通过分析处理运算得到冷轧机轧制界面摩擦

系数及摩擦力。

[0007] 所述主轧机为冷轧机，包括机架、上轧辊、下轧辊、滚柱轴承、轴承座和底座，起冷轧板带作用，也为制动装置、咬入角测量装置和拉力测量装置提供支撑位置；上轧辊两端辊

颈通过滚柱轴承连接两侧机架轴承座；下轧辊两端辊颈通过滚柱轴承连接两侧机架轴承

座；上轧辊与下轧辊之间的间隙用于轧制轧件；两侧的机架分别与对应两侧的底座通过螺

栓相连接。机架的两侧边留有螺栓孔用于连接制动装置和咬入角测量装置；机架牌坊下横

梁与下轧辊轴之间设有传感器安装部位，用于安装压力传感器。

[0008] 作为本发明的一种优选方案；所述制动装置包括制动卡钳、排气阀、密封环、活塞、制动块、回油软管、减压阀、油箱、滤清器、油泵、输油软管、止回阀和活塞腔；制动卡钳内设

上下对称的活塞腔和外设排气阀，活塞腔通过密封环与活塞相连接，活塞外顶面设有防打

滑材料制成的制动块；当需要夹住轧件时，油泵将液压油通过管路传输至制动卡钳的活塞

腔，活塞腔液压力增大，将推出活塞，活塞带动制动块夹紧轧件；需要松开轧件时，停止油泵

工作，减压阀打开即可；排气阀主要用于放出活塞腔内的多余空气，保证活塞腔内有正常的

液压力。

[0009] 作为本发明的一种优选方案，所述咬入角测量装置包括轧件轧制前后两套板厚测量机构，每套板厚测量机构设有上下两组行程检测装置，每组行程检测装设有1个“U”形固

定支架和4个行程位置传感器；“U”形固定支架两端通过螺栓分别与两侧机架连接，“U”形固

定支架长边等距离安装4个行程位置传感器，上下两组行程检测装置成对称布置，形成一套

板厚测量机构；当上下两组行程检测装置中间有轧件时，就能测出轧件对应位置的厚度。

[0010] 作为本发明的一种优选方案，所述轧件轧制前后两套板厚测量机构工作原理一致；结合轧件轧制前后板厚的比较值与轧辊直径，利用公式 其中h0为

轧件初始厚度，h1为轧件轧制后厚度，计算出咬入角α。

[0011] 作为本发明的一种优选方案，所述拉力测量装置包括“工”形支撑梁、吊耳和链条；“工”形支撑梁一端通过小螺栓与机架相连，“工”形支撑梁另一端设有吊耳，吊耳与链条的

一端连接，两侧的“工”形支撑梁安装方式一致，链条贯穿于吊环与弹簧拉力器相连；弹簧拉

力器与制动卡钳紧固连接。

[0012] 作为本发明的一种优选方案，所述轧制力测量装置包括下轧辊、辊颈、滚柱轴承、轴承座、压力传感器和机架牌坊下横梁；下轧辊的两端辊颈分别通过滚准轴承及轴承座安

装于两侧机架，压力传感器安装在下轧辊轴承座与机架牌坊下横梁之间，两机架内设置的

压力传感器成对称布置，且安装形式和工作方式一致；当处于轧制过程，轧制力测量装置通

过两侧传感器分别测出下轧辊左右辊颈的压力P左和P右，即轧制力P＝P左+P右。

[0013] 作为本发明的一种优选方案，所述控制系统包括控制器和显示器；该控制系统由咬入角测量装置中的行程位置传感器将检测信号传至控制系统的控制器，控制器经过处

理、分析、运算得出轧件初始厚度h0和轧件轧制后厚度h1，结合轧件轧制前后板厚的比较值

与轧辊直径D，利用公式 计算出咬入角α；再由拉力测量装置和轧制力

测量装置的弹力传感器和压力传感器将检测信号传至控制系统，控制器经过处理、分析、运

算得出张力Q与轧制力P；最后根据摩擦系数计算公式 摩擦力计算

公式F＝Psin(α/2)+0.5Qcos(α/2)，控制系统分别计算出摩擦系数μ和摩擦力F，并通过控

制系统的显示器呈现计算数值。

[0014] 本发明的有益效果是：本发明提出的基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置，其结构简单，操作方法简便，不破坏轧制过程，特别基于冷轧机轧

制界面摩擦系数及摩擦力的测量结果与实际相符，对现实生产具有重要意义。

附图说明[0015] 图1为本发明基于轧件强迫制动法的冷轧机轧制界面摩擦系数及摩擦力测量装置整体结构示意图；

[0016] 图2为本发明实施例的制动装置整体结构示意图；[0017] 图3为本发明实施例的板厚测量机构结构示意图；[0018] 图4为本发明实施例的弹簧拉力器局部剖视图；[0019] 图5为本发明实施例的轧制力测量装置局部剖视图；[0020] 图6为本发明实施例的控制系统。[0021] 图中附图标记：上轧辊1，机架2，轧件3，大螺栓4，底座5，下轧辊6，小螺栓7，“U”形固定支架8，“工”形支撑梁9，吊耳10，链条11，弹簧拉力器12，制动卡钳13，排气阀14，密封环

15，活塞16，制动块17，回油软管18，减压阀19，油箱20，滤清器21，油泵22，输油软管23，止回

阀24，活塞腔25，行程位置传感器26，底板27，弹簧28，弹力传感器29，固定框30，吊环31，辊

颈32，滚柱轴承33，轴承座34，压力传感器35，机架牌坊下横梁36，控制器37，显示器38。

具体实施方式[0022] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术

人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可

以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是

两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本

发明中的具体含义。

[0024] 实施例：[0025] 如图1、2、3所示，本实施例包括主轧机、制动装置、咬入角测量装置、拉力测量装置、轧制力测量装置和控制系统。所述的主轧机为冷轧机，包括机架2、上轧辊1、下轧辊6、滚

柱轴承33、轴承座34和底座5，起冷轧轧件3作用，也为制动装置、咬入角测量装置和拉力测

量装置提供支撑位置；上轧辊1两端辊颈通过滚柱轴承连接两侧机架，下轧辊6两端辊颈通

过滚柱轴承连接两侧机架，两侧机架通过大螺栓4分别连接对应侧底座，上、下轧辊之间的

间隙用于轧制轧件3；所述的拉力测量装置包括“工”形支撑梁9、吊耳10、链条11，“工”形支

撑梁9一端通过小螺栓与机架2相连，“工”形支撑梁9另一端设有吊耳10，吊耳10与链条11的

一端连接，两侧的“工”形支撑梁安装方式一致，链条11贯穿于吊环31与弹簧拉力器12相连；

弹簧拉力器12与制动卡钳13紧固连接；所述的咬入角测量装置包括轧制前轧件厚度测量机

构和轧制后轧件厚度测量机构，通过精准检测轧件轧制前后的厚度，并结合轧辊的直径来

计算咬入角的角度；轧件厚度测量机构包括上行程检测装置和下行程检测装置，行程检测

装置包括“U”形固定支架8和行程位置传感器26，“U”形固定支架8两端分别通过小螺栓与对

应侧机架相连，“U”形固定支架8长边处等距离安装4个行程位置传感器26，上、下行程检测

装置对称布置，且组成和安装形式一致；轧制前轧件厚度测量机构和轧制后轧件厚度测量

机构对称布置，且组成和安装形式一致。

[0026] 如图2所示，所述制动装置包括制动卡钳13、排气阀14、密封环15、活塞16、制动块17、回油软管18、减压阀19、油箱20、滤清器21、油泵22、输油软管23、止回阀24和活塞腔25；

如需制动卡钳13夹紧轧件3，油泵22工作，油箱20里的传动油流经滤清器21至输油软管23，

输油软管23里传动油通过止回阀24流入活塞腔25，活塞腔25建立高油压，在液压力作用下，

促使上、下两个活塞沿着密封环推出，活塞16带动制动块17向轧件3施加作用力，两个制动

块以同样的方式工作，直至夹住轧件，此时，油泵22停止工作，止回阀24起作用，保持活塞腔

25有恒定液压力；如需制动卡钳13松开轧件，打开减压阀19，活塞腔25内部分传动油通过回

油软管18回流至油箱，活塞腔25液压力下降，活塞在密封环的收缩作用下复位，制动块向轧

件施加作用力降为0。

[0027] 如图3所示，所述板厚测量机构包括上、下行程检测装置，行程检测装置包括“U”形固定支架8和行程位置传感器26；“U”形固定支架8长边处等距离安装4个行程位置传感器

26，上、下行程检测装置对称布置，上、下行程检测装置中间有轧件3时，行程位置传感器26

会将检测信号发送至控制系统，经控制系统处理、分析、运算得出轧件3轧制前后的厚度。

[0028] 如图4所示，所述弹簧拉力器包括底板27、弹簧28、弹力传感器29、固定框30和吊环31,；固定框30起防护作用，为3个弹力传感器提供密闭的空间，也起到防尘作用；固定框30

一端设有吊环31，用于连接链条11，固定框30另一端等距离连接4个弹簧，并通过弹簧与底

板27连接，底板27与制动卡钳13紧固连接。如需测量拉力，夹住轧件的制动卡钳13会拉动底

板17，底板17通过弹簧拉动固定框30，固定框30上的吊环31被两端通过两“工”形支撑梁端

面的吊耳10拉住的链条11束缚，链条11的长度合适，保证轧件处在制动状态时，制动卡钳不

与轧制前板厚测量机构碰触。此时弹簧传感器检测相应信号，并将信号传输至控制系统，经

控制系统处理、分析、运算得出拉力，即为后张力。

[0029] 如图5所示，所述轧制力测量装置下轧辊6、辊颈32、滚柱轴承33、轴承座34、压力传感器35和机架牌坊下横梁36；下轧辊6的两端辊颈分别通过滚准轴承33及轴承座安装于两

侧机架，压力传感器35安装在下轧辊轴承座34与机架牌坊下横梁36之间，两机架内设置的

压力传感器成对称布置，且安装形式和工作方式一致；当处于轧制过程，轧制力测量装置通

过两侧传感器分别测出下轧辊左右辊颈的压力P左和P右，即轧制力P＝P左+P右。

[0030] 如图6所示为本发明的控制系统，首先由咬入角测量装置中的行程位置传感器26将检测信号传至控制系统，控制器37经过处理、分析、运算得出轧件初始厚度h0和轧件轧制

后厚度h1，结合轧件轧制前后板厚的比较值与轧辊直径D，利用公式

计算出咬入角α；再由拉力测量装置和轧制力测量装置的弹力传感器29和压力传感器35将

检测信号传至控制系统，控制器经过处理、分析、运算得出张力Q与轧制力P；最后根据摩擦

系数计算公式 摩擦力计算公式F＝Psin(α/2)+0.5Qcos(α/2)，控

制系统分别计算出摩擦系数μ和摩擦力F，并通过控制系统的显示器38呈现计算数值。

[0031] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的

一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明

将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一

致的最宽的范围。

[0032] 尽管本文较多地使用了图中附图标记：上轧辊1，机架2，轧件3，大螺栓4，底座5，下轧辊6，小螺栓7，“U”形固定支架8，“工”形支撑梁9，吊耳10，链条11，弹簧拉力器12，制动卡

钳13，排气阀14，密封环15，活塞16，制动块17，回油软管18，减压阀19，油箱20，滤清器21，油

泵22，输油软管23，止回阀24，活塞腔25，行程位置传感器26，底板27，弹簧28，弹力传感器

29，固定框30，吊环31，辊颈32，滚柱轴承33，轴承座34，压力传感器35，机架牌坊下横梁36，

控制器37，显示器38等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了

更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神

相违背的。