[发明专利]棒线材孔型低温控轧电机功率负荷分配设计方法

摘要

一种棒线材孔型低温控轧电机功率负荷分配设计方法，属于轧钢工程设计与生产技术领域。方法流程如下：设计新产线产品大纲→将Gleeble热模拟测定的钢种变形抗力作为输入参数→采用DEFORM有限元软件仿真棒线材实际孔型下的每道次轧制变形→模拟计算出每道次咬入、轧制和抛钢过程的轧制力→计算出轧制力矩→计算出轧机的功率。优点在于：对轧制力的计算首次充分考虑了每个道次孔型中不同位置点变形温度实际分布差异、孔型中不同位置点应变量实际分布差异、孔型中不同位置点应变速率实际分布差异等。是当前计算棒线材孔型低温控轧电机功率最精准的方法，从而为新产线轧机额定功率分配设计及制定低温轧制工艺参数提供重要且可靠依据。

主权项

一种棒线材孔型低温控轧电机功率负荷分配设计方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：(1)设计产线产品大纲定位：首先明确产线所涉钢种以及轧制的最低温度要求，完成不同规格孔型参数设计，选择变形抗力最大的钢种进行后续计算：其轧制温度要求750‑800℃、碳当量C_eq≥0.54％、轧制速度：棒材15‑20m/s，线材110‑150m/s；(2)测定钢种的变形抗力：在Gleeble3000热模拟试验机上采用单道次压缩测定，试样尺寸为Φ6mm×15mm，共计15个；奥氏体化温度1250℃，保温5min，变形温度分别1073K、1173K、1223K、1273K、1323K；应变速率分别取0.1s^‑1、1s^‑1、10s^‑1，工程应变50％，压缩完成后水冷，作出应变—应力曲线；(3)采用DEFORM有限元软件模拟实际孔型下的每道次的轧制过程：将热模拟所得材料应变—应力曲线输入到新建材料库DEFORM中；利用Pro/Engineer WildFire建立轧件、轧辊三维几何模型，生成stl文件；利用DEFORM导入三维几何模型，建立轧制几何模型，进行网格划分；利用轧制程序表轧制参数作为轧制模型轧辊、轧件运动的初始条件；通过现场实测温度与模拟计算的温度场对比校正，确定轧件与轧辊之间的表面换热系数，以温度计算模型的准确性确保轧制模型的准确性；(4)采用DEFORM模拟计算出每道次咬入、轧制和抛钢过程的轧制力：轧辊视为刚性体，轧件视为塑性体，根据刚塑性有限元计算，精确确定各道次轧件咬入、轧制和抛钢过程的轧制力；根据轧制力—时间变化曲线，取轧制力最大值点作为轧机额定功率计算；(5)根据轧制力计算轧制力矩M_Z，驱动一个轧辊的力矩M_K为轧制力矩M_Z与轧辊轴承处摩擦力矩M_f1之和；M_K＝M_Z+M_f1＝P(a+ρ₁)$P=P_{m}S=P_m\frac{b_0+b_1}{2}l$P—轧制力，kN；a—轧制力力臂，即合力作用线距两个轧辊中心连线的垂直距离，mm，ρ₁—轧辊轴承处摩擦圆半径mm；P_m—平均单位压力，MPa；b₀、b₁—轧制前、后轧件宽度，mm；l—接触弧长度水平投影长度，mm；D—轧辊直径，mm；β—合力作用点角度，°；d—轧辊轴颈直径，mm；μ—轧辊轴承摩擦系数，滚动轴承μ＝0.004；(6)根据轧制力矩计算出轧机的功率N_D：再根据过载条件设计电机额定功率；$N_D=M_{er}\mathrm{\ω}=\frac{{\mathrm{\πM}}_{er}{n}_{er}}{30}$$M_{er}=\frac{M_{max}}{K}$M_er—额定静力矩，k·Nm；M_max—静负荷图上最大力矩，k·Nm；n_er—电动机额定转速，r/min；K—电动机过载系数，不可逆电动机K＝1.5～2.0。