[发明专利]一种环轧机抱辊运动轨迹的优化方法

说明书

一种环轧机抱辊运动轨迹的优化方法，首先确定抱辊运动轨迹的影响因素及其取值范围；其次建立了抱辊运动轨迹的评价指标；然后设计实验方案利用有限元仿真试验建立了抱辊运动轨迹评价指标与影响因素的关联模型；进一步建立了抱辊运动轨迹优化的数学模型；最后利用数学工具MATLAB获取抱辊运动轨迹影响因素的优化值，实现抱辊运动轨迹的优化。本发明可针对不同的环轧设备及辗轧环件尺寸实现抱辊运动轨迹的优化，降低抱辊运动轨迹的设计成本，缩短抱辊运动轨迹的设计周期，解决了原有通过试错或经验的方法来设计或优化抱辊运动轨迹所导致的成本高、效率低等问题，为环件辗轧的工艺设计和装备研制提供了重要参考。

技术领域

本发明属于环件辗轧成形加工领域，具体涉及一种环轧机抱辊运动轨迹的优化方法。

背景技术

在环件辗轧成形的整个过程中，抱辊在环件对其摩擦力作用下绕自身轴线转动的同时，也随着环件直径的长大绕连杆固定铰点作圆周轨迹运动。抱辊圆周运动的旋转中心由连杆固定铰点位置决定，而运动半径与抱辊和环坯的接触位置有关，由初始抱辊角决定，连杆固定铰点位置和初始抱辊角共同决定了抱辊的圆弧运动轨迹。在实际环轧设备研制和环轧工艺设计中，抱辊运动轨迹是需要合理设计的重要参数，抱辊的运动轨迹的优劣决定了抱辊机构是否可以发挥有效的作用，对环轧过程的稳定性和成形环件的圆度具有重要影响。然而，过去凭经验或试错方法来设计或优化抱辊的运动轨迹，成本高，效率低，而且导致抱辊机构作用效果不好，针对不同尺寸环件适用性差，无法充分保证环件辗轧过程的稳定性以及成形环件的圆度。李姝等[李姝，刘东，马义伟.环件径轴双向轧制过程中抱辊运动轨迹的计算方法[J].热加工工艺，2010，39(11)：48-52.]以环件瞬时外径变化规律为基础，建立了抱辊运动轨迹的计算方法，但抱辊运动轨迹优化相关研究还未见报道。鉴于此，本发明提出了一种通过优化连杆固定铰点位置和初始抱辊角实现优化环轧机抱辊运动轨迹的方法，为实际环轧机抱辊机构设计优化和环轧工艺的规划提供参考。

发明内容

为了克服现有技术中常依赖于经验和试错法设计抱辊运动轨迹所导致的成本高，效率低，以及抱辊机构作用效果不好，针对不同环件尺寸适用性差的不足，本发明提出了一种环轧机抱辊运动轨迹的优化方法。

本发明的具体步骤如下：

步骤1，确定抱辊运动轨迹的影响因素及其取值范围：

所述抱辊运动轨迹的影响因素包括初始抱辊角α₀、固定铰点横坐标x和固定铰点纵坐标z；

根据环轧机轧辊尺寸及环坯尺寸计算抱辊运动轨迹影响因素的取值范围，所述环轧机轧辊尺寸包括环轧机主辊半径R₁，环轧机芯辊半径R₂，环轧机抱辊半径R₃，所述环坯尺寸包括环坯外半径R₀；

初始抱辊角α₀的取值范围：

连杆固定铰点横坐标x的取值范围：

[1.2R₁,1.7R₁] (4)

连杆固定铰点纵坐标z的取值范围：

步骤2，建立抱辊运动轨迹的评价指标：

所述抱辊运动轨迹的评价指标包括环轧稳定性评价指标和环件圆度评价指标；通过辗轧过程中不同时刻环件截面上不同节点的坐标值计算环轧稳定性评价指标和环件圆度评价指标，所述环件截面是指垂直环件轴线的对称面处的环件截面；

通过公式(9)计算环轧稳定性评价指标：

其中：