[发明专利]一种新型的轧机刚度计算方法

说明书

 

技术领域

本发明属于金属加工板带产品轧制技术领域，涉及一种新型的轧机设备刚度设定计算方法，尤其是在线设定计算控制系统；同时，本发明还涉及一种反馈自适应计算方法。

背景技术

金属在轧制时，由于轧辊和轧件相互作用，产生巨大的作用力,该作用力引起轧机的变形,轧机的变形量计算采用胡克定律，即：

ΔS = P/M

其中，P为轧制压力，M为轧机刚度。

轧机刚度M的计算精度决定了生产时自动控制的辊缝设定精度，也是反馈控制厚度计算的基础。

生产时自动控制辊缝设定计算模型如下：

S = h - P/M     （1）

（1）中，S为设定辊缝，h为预设定出口厚度,P为预设定轧制力，M为预计算轧机刚度。

反馈控制厚度计算模型如（2）：

h = S + P/M     （2）

(2)中，S为实测辊缝，P为实测轧制力，M为实际计算刚度。

（1）、（2）式是板材生产自动控制的基础方程，这两个方程都要用到轧机刚度，轧机刚度的精度决定了生产的控制精度，也决定了后续反馈自适应计算厚度的精度。

轧机刚度计算是一个比较复杂的过程，其精确测定很困难。轧机刚度是轧件宽度和轧制压力的函数，即：

M = f(B, P)     （3）

（3）中，B为轧件宽度，P为轧制压力。目前还没有精确的数学模型能够精确描述轧机刚度随着轧件宽度变化以及轧制压力变化的变化规律。

国内的做法一般是通过轧制铝板或者铜板获得相应的回归曲线。（2）式可变化为：

M = P/(h - S)     (4)

在（4）中，如果通过一定的方法获得P，h以及S的数值，就可以获得轧机刚度的数值。该方法从理论上是可行的，但是需要按照一定的计划进行编排，而且测量过程不可避免地出现测量偏差。其宽度编排是按照轧机能够生产的板材宽度编排，每隔200-300mm设置一个宽度点；对于3000mm轧机，其厚度规格最少要8个，宽度规格要10个以上，即需要80个规格的铝板或者铜板轧制才能确定轧机刚度M随着宽度和厚度规格变化的趋势。由于铝板或者铜板的价格昂贵，这对于板带材生产企业是难以做到的，而且该方法也只有相对的精度，很难覆盖生产中可能遇到的规格。

国外发达国家的板带材生产企业，由于其工业化早，很多板带材生产企业积累了大量的生产数据，可从（4）反算出轧机的刚度，从而用于工业控制。国外很多相关企业都是采用这种经验数据方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出了一种新的方法，建立了轧机刚度随轧件宽度和轧制压力变化数学模型，不需要经验数据就可以获得高精度轧机刚度的方法。

轧机的弹性变形是一个复杂的模型。轧机由多个机械装置组成，重要的轧机组成设备包括：辊系（工作辊和支撑辊）、轴承座、压下螺丝、液压缸、球面垫、垫板等。轧机的变形就是以上机械设备变形的总和，轧机的变形同时受到轧制压力和轧件宽度的影响，确定二者的影响模型，是一个难点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

首先从理论上计算出轧机刚度随着轧制压力和轧件宽度变化的变化规律，然后通过现场测量，采用Cramer 法则动态计算出轧制刚度随轧制压力变化的物理规律，通过二者结合的方法，获得高精度的轧机刚度算法模型。

从材料力学可以推导出在一定的轧制压力和轧件宽度下的轧机变形模型：

 + +  + +  +   + + +  +   + +  + +                           （5）

其中：

f – 轧机的总变形

 ， 

P_z——轧制力，kg；

E₂——支承辊材料弹性模量，N/mm²；

G₂——支承辊材料剪切模量，N/mm²；

K ——截面形状系数，圆截面k=1.11；

D₂ ——支承辊辊身直径，mm；

——支承辊辊颈直径，mm；

L ——支承辊辊身长度，mm；

l——轴承支承中心线间的距离，mm；

B ——轧件的宽度，mm；

R₀——轴承调心垫的回转半径，mm；

 ——轴承座沿调心垫滑动时的摩擦系数，取u=0.1-0.15；