内蒙古科技大学：《材料成型控制工程基础》课程教学课件（PPT讲稿）第11章 钢轨预弯控制（主讲：陈林）

百米高速钢轨预弯过程自动控制 主讲人：陈林 教授 内蒙古科技大学 2010年10月

百米高速钢轨预弯过程自动控制 内蒙古科技大学 2010年10月 主讲人：陈林 教授

本章导读： 介绍了预弯变形原理、 ·预弯控制系统组成、 ■预弯变形的控制原理等内容。 ·重点掌握预弯控制系统的特点及预弯控制原理。 ■主要内容有： 百米重轨冷床特点 ,百米重轨空冷弯曲特点及其影响因素 西门子PCS7控制系统的特点以及它与S7系列PLC之间的 关系 预弯控制策略与控制原理等相关内容

n 介绍了预弯变形原理、 n 预弯控制系统组成、 n 预弯变形的控制原理等内容。 n 重点掌握预弯控制系统的特点及预弯控制原理。 n 主要内容有： Ø 百米重轨冷床特点 Ø 百米重轨空冷弯曲特点及其影响因素 Ø 西门子PCS7控制系统的特点以及它与S7系列PLC之间的 关系 Ø 预弯控制策略与控制原理等相关内容。 本章导读：

1引言 口中国铁路高速发展的需求 >我国自1997年以来，已成 中长期铁路网规划图 功进行了5次铁路大提速， 提速线路延展里程达到 14025km. >营业里程从2004年的 7.4万公里增加到2020 年的10万公里 新建和改建线路需钢 轨约180万吨/年

1 引言 Ø我国自1997年以来，已成 功进行了5次铁路大提速， 提 速 线 路 延 展 里 程 达 到 14025km。 Ø营业里程从2004年的 7.4万公里增加到2020 年的10万公里 Ø 新建和改建线路需钢 轨约180万吨/年

1引言 2005年，武广、郑西、石太及京津等11条总长 3243km的200km/h以上客运专线全部开工建设； >2006年，京沪高速铁路正式获得国家批准立项， 设计时速350km/h,全长约1318km。 ≥中长期目标：“四纵四横”共计12000公里， 200km/h以上高速客运专线；2010年350km/h高速 线路将达到1318公里，建设资金约1680亿元

Ø2005年，武广、郑西、石太及京津等11条总长 3243km的200km/h以上客运专线全部开工建设； Ø2006年，京沪高速铁路正式获得国家批准立项， 设计时速350km/h，全长约1318km。 Ø中长期目标： “四纵四横”共计1 2 0 0 0公里, 200km/h以上高速客运专线； 2010年350km/h高速 线路将达到1318公里，建设资金约1680亿元。 1 引言

1.引言 口提高国内重轨生产设备装备技术水平需要 ●传统重轨生产工艺：二十世纪50~60年代的技术装备水平， 孔型轧制方式，横列式布置形式，变形不均匀、尺寸精度差、 轧辊磨损大、产量低。 ●万能重轨生产工艺：二十一世纪初的技术装备水平，万能孔 型轧制方式，顺列式布置形式，与常规轧制法相比，万能轧机 轧制钢轨具有如下优点： 钢轨头部和底部可进行直接压下；通过施加比较均匀的压下力 而得到均匀的变形，从而得到高质量的钢轨；能够减轻轧辊磨 损，保证产品良好得表面性能；轧辊的孔型设计方法得到简化， 新产品开发周期得以缩短，尺寸精度高、产量高

1. 引言 l传统重轨生产工艺：二十世纪50～60年代的技术装备水平， 孔型轧制方式，横列式布置形式，变形不均匀、尺寸精度差、 轧辊磨损大、产量低。 l万能重轨生产工艺：二十一世纪初的技术装备水平，万能孔 型轧制方式，顺列式布置形式，与常规轧制法相比，万能轧机 轧制钢轨具有如下优点： 钢轨头部和底部可进行直接压下；通过施加比较均匀的压下力 而得到均匀的变形，从而得到高质量的钢轨；能够减轻轧辊磨 损，保证产品良好得表面性能；轧辊的孔型设计方法得到简化， 新产品开发周期得以缩短，尺寸精度高、产量高

11.2预弯变形的原理 ■要想改变钢轨的矫直前弯曲度，可以在冷床区 通过预弯控制系统使用“预变形法”来改变钢 轨的矫前弯曲度。 ■重轨冷前预弯变形的原理是：在冷却前对钢轨 预先进行一个与自然冷却后的弯曲方向相反的 反向弯曲，随着冷却进行，所施加的预弯曲能 “补偿”钢轨冷却过程形成的应力弯曲，最终 达到改善钢轨平直度的目的

11.2 预弯变形的原理 n 要想改变钢轨的矫直前弯曲度，可以在冷床区 通过预弯控制系统使用“预变形法”来改变钢 轨的矫前弯曲度。 n 重轨冷前预弯变形的原理是：在冷却前对钢轨 预先进行一个与自然冷却后的弯曲方向相反的 反向弯曲，随着冷却进行，所施加的预弯曲能 “补偿”钢轨冷却过程形成的应力弯曲，最终 达到改善钢轨平直度的目的

百米重轨的冷床 11.2预弯变形的原理 系统如果没有预 弯功能，钢轨经 过自然冷却后轨 头、轨底断面不 2 对称造成的收缩 率不同使钢轨由 轨底向轨头弯曲， ◆ 形成很大的弯曲 ◆0 弧度，平直钢轨 -2 min 在自然冷却环境 12min 下达到终冷状态 *-16min 30 min 时的弯曲变形在 +-60m1n 240min 1.84mw2.07m之 间。 钢轨长度

百米重轨的冷床 系统如果没有预 弯功能，钢轨经 过自然冷却后轨 头、轨底断面不 对称造成的收缩 率不同使钢轨由 轨底向轨头弯曲， 形成很大的弯曲 弧度，平直钢轨 在自然冷却环境 下达到终冷状态 时的弯曲变形在 1.84m~2.07m之 间。 11.2 预弯变形的原理

11.2预弯变形的原理 通过“把平直钢轨终冷曲线等值反向弯曲后， 再建立钢轨弯曲变形、残余应力之间预弯控制 数学模型”的方法，可实现对百米重轨预弯的 控制目的。其步骤如下： ■(1)在控制程序的设计阶段： 考虑因素：初始温度、钢种及环境温度（自然 冷却) 建立预弯控制初始数学模型，由此模型计算 出对应不同条件的预弯参数， 根据此预弯参数来确定冷床入口处39部小车 各自的横移控制目标值

11.2 预弯变形的原理 n 通过“把平直钢轨终冷曲线等值反向弯曲后， 再建立钢轨弯曲变形、残余应力之间预弯控制 数学模型”的方法，可实现对百米重轨预弯的 控制目的。其步骤如下： n （1）在控制程序的设计阶段: Ø 考虑因素：初始温度、钢种及环境温度(自然 冷却) Ø 建立预弯控制初始数学模型，由此模型计算 出对应不同条件的预弯参数， Ø 根据此预弯参数来确定冷床入口处39 部小车 各自的横移控制目标值

11.2预弯变形的原理 ■（2)在预弯的调试过程中， 对设计阶段建立的预弯控制初始数学模型进行完 善。通过预弯控制数学模型自学习，最终确定 出满足百米重轨生产的预弯控制数学模型。 ■(3)结合冷却过程钢轨不同部位的冷却速度 及纵向变形，通过实施钢轨预弯方案，可以使 重轨冷却后弯曲的弦高能够控制在.50w0.75m, 为矫直后残余应力的控制奠定工艺基础

11.2 预弯变形的原理 n （2）在预弯的调试过程中， 对设计阶段建立的预弯控制初始数学模型进行完 善。通过预弯控制数学模型自学习，最终确定 出满足百米重轨生产的预弯控制数学模型。 n （3）结合冷却过程钢轨不同部位的冷却速度 及纵向变形，通过实施钢轨预弯方案，可以使 重轨冷却后弯曲的弦高能够控制在.50~0.75m, 为矫直后残余应力的控制奠定工艺基础

11.3预弯控制系统组成及控制功能 钢轨预弯系统：由“冷床控制”和“预弯控制 两部分组成 ■冷床控制系统：电气自动化控制主要功能是 为冷床提供动力，在计算机控制系统协同下， 保证预弯变形和冷床其它动作的准确控制与实 施

11.3预弯控制系统组成及控制功能 钢轨预弯系统：由“冷床控制”和“预弯控制” 两部分组成 n 冷床控制系统：电气自动化控制主要功能是 为冷床提供动力，在计算机控制系统协同下， 保证预弯变形和冷床其它动作的准确控制与实 施