[发明专利]超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法

说明书

本发明提供了一种超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法，包括：基于锥辊转速模糊调节的轧环稳定性控制和基于导向力反馈的轧环圆度控制；该方法还在基于锥辊转速模糊调节的轧环稳定性控制中，对输入的环心偏移量和偏移变化率进行算术平均滤波法处理，对锥辊转速调节量进行限幅处理。本发明的超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法，针对超大型环件轧制过程的失圆、失稳变形状态，以径轴向轧环设备常规运动规划控制为基础，提出基于锥辊转速限幅滤波模糊调节的轧制稳定性控制方法，制定基于导向力反馈的轧制圆度控制策略，通过实时调节轧辊运动来控制环件轧制圆度和稳定性，可兼顾超大型环件轧制过程的稳定性和圆度。

技术领域

本发明属于环件轧制领域，具体涉及一种超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法。

背景技术

超大型环件产品，如风电轴承、塔架法兰、核电支承环、火箭过渡环等，是新型能源、航空航天装备广泛使用的关键主体结构件。环件径轴向轧制是制造高性能超大型整体环形构件的先进技术。

环件径轴向轧制原理如图2所示，测量辊8保持贴合环件外表面旋转进给运动，驱动辊2作主动旋转运动，芯辊3作径向进给运动和从动旋转运动，上锥辊6、下锥辊7作主动旋转、轴向进给和水平后退移动，上导向辊4、下导向辊5绕着某定点做圆周运动，从环件1两侧“抱住”环件1，以保证轧环过程的稳定和圆度。环件轧制过程中产生壁厚减薄，高度降低和直径扩大的连续塑性变形。

然而超大型环件轧制成形过程时间超长，环件几何尺寸变幅显著，转动惯量和刚度条件相对于初始环坯均呈指数倍变化，这些特点给超大型环件轧制圆度和稳定性控制带来了巨大难度，常导致轧环终止和产品质量波动。当超大型环件轧制过程产生失稳状态时，环心会偏离驱动辊与芯辊中心连线，且绕中心连线上下波动；当导向辊无法以合适的导向力“抱住”环件，发生导向辊“脱离”或“压扁”环件，轧制环件产生失圆状态。

因此，以环心偏移量(环心偏离驱动辊与芯辊中心连线)和偏移变化率来表示轧环过程稳定性；以环件上下导向辊和驱动辊三点理想圆半径与测量辊测出的半径之差表示圆度误差。图3黑色虚线表示上下导向辊和驱动辊三点理想圆，下导向辊离中线的距离y₂与上导向辊离中线的距离y₁之差y₀为环心偏移量，dy₀为环心偏移变化率。y₀0表示环件上偏状态，y₀0表示下偏状态；R_{i max}、R_{i min}分别为环件理想圆半径与测量辊测量半径，二者之差为环件圆度误差r_o。本发明提供一种超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法，解决超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态。

发明内容

本发明提供一种超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法，针对超大型环件轧制过程的失圆、失稳变形状态，以径轴向轧环设备常规运动规划控制为基础，提出基于锥辊转速限幅滤波模糊调节的轧制稳定性控制方法和基于导向力反馈的轧制圆度控制方法，通过实时调节轧辊运动控制环件轧制圆度和稳定性，实现超大型环件径轴向轧制过程几何尺寸和变形状态双闭环控制，可兼顾超大型环件轧制过程的稳定性和圆度。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

一种超大型环件径轴向轧制过程稳定性和圆度自适应控制方法，包括：

(1)基于锥辊转速模糊调节的轧环稳定性控制

根据环心偏移量、环心偏移变化率和锥辊转速之间的关系，建立锥辊转速模糊控制规则，并以环心偏移量及偏移变化率作为控制输入量，以锥辊转速调节量作为控制输出量，设计环件轧制稳定性模糊控制器，实时计算辊转速调节量；

(2)基于导向力反馈的轧环圆度控制