專利名稱：一種pc軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PC軋機(jī)軋制生產(chǎn)工藝技術(shù)，特別涉及一種PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法。

背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中，板形是帶鋼的一項主要指標(biāo)。隨著AGC技術(shù)在板帶軋機(jī)上的廣泛應(yīng)用，帶鋼縱向厚度精度已經(jīng)達(dá)到了較高水平，而帶鋼板形質(zhì)量問題則顯得日益突出。由于PC軋機(jī)對于改善板帶材的板形及控制軋件的凸度有十分顯著的功效，因而它在帶鋼的熱軋和冷軋中有較為廣泛的應(yīng)用。PC軋機(jī)對板形控制具有交叉角和彎輥力兩種控制手段。在生產(chǎn)實踐中，PC軋機(jī)因為交叉角度設(shè)定過小、彎輥力設(shè)定不當(dāng)、交叉角與彎輥力配合不合理等因素造成板形較差。因此，如何合理設(shè)定交叉角和彎輥力，使其最大限度地發(fā)揮出PC軋機(jī)板形控制潛力，保證板形良好，是實際生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題，也是PC軋機(jī)使用技術(shù)的重點和難點。PC軋機(jī)由于上、下部輥系對輥交叉，其受力與變形不同于普通四輥軋機(jī)，軋制變形區(qū)金屬的應(yīng)變與應(yīng)力分布也呈現(xiàn)特殊性。以往針對普通四輥軋機(jī)建立的金屬變形模型和輥系變形模型，未考慮PC軋機(jī)的軋制特性，直接應(yīng)用到PC軋機(jī)上并不合適，存在一定的誤差，板形控制結(jié)果不理想。針對PC軋機(jī)對輥交叉的特點，建立適合、精確的金屬三維塑性變形模型和輥系彈性變形模型，對于研究其板形板凸度控制特性，提高現(xiàn)場參數(shù)設(shè)定精度，提高板形板凸度預(yù)報精度，充分發(fā)揮PC軋機(jī)的板形板凸度控制潛力具有重要意義。為此，本發(fā)明根據(jù)PC軋機(jī)交叉軋制時不同于普通四輥軋機(jī)的軋制變形區(qū)特性，全面考慮了縱向(軋制方向)、橫向(板寬方向)和高向(板厚方向)三個方向的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的綜合影響，以求解金屬三維塑性變形。輥系變形模型采用適合工程問題、能夠滿足其精度要求的影響函數(shù)法，考慮工作輥的偏移以及垂直和水平兩方向上的受力與變形，并在交叉角引起的偏轉(zhuǎn)方向上進(jìn)行位移協(xié)調(diào)，在保證現(xiàn)場應(yīng)用精度的情況下，得到軋件出口厚度橫向分布，根據(jù)板形控制策略優(yōu)化交叉角和彎輥力的設(shè)定值，提高板形板凸度控制精度。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，考慮PC軋機(jī)的對輥交叉特性，采用正常工況下采集的數(shù)據(jù)，得出PC軋機(jī)帶鋼出口厚度橫向分布值、前后張力橫向分布值等，從而對軋制壓力、交叉角、彎輥力等進(jìn)行預(yù)報和設(shè)定，提高PC軋機(jī)對板形板凸度的控制水平和質(zhì)量。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案這種PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，包括以下步驟 (a)收集實際PC軋機(jī)設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù) 包括支承輥壓下支點距離Lz、輥身長度Lb、輥身直徑Db、輥頸直徑Dbj、原始凸度曲線、正彎輥液壓缸距離Lbf、彈性模量Eb、泊松比νb、軸承摩擦系數(shù)μb，輥間偏心距e，工作輥輥身長度Lw、輥身直徑Dw、輥頸直徑Dwj、原始凸度曲線、彎輥缸距離Lwf、彈性模量Ew、泊松比νw，輥系以外單片機(jī)座受力部件的剛度Kg，右端相對左端的傾輥量srl，軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)μ，軋件來料寬度B、入口厚度橫向分布擬合曲線、彈性模量E、泊松比ν、變形抗力σs，軋制速度VR，平均前后張力σ1、σ0； (b)進(jìn)行輥系及軋件離散化 給定橫向單元劃分?jǐn)?shù)為奇數(shù)m，縱向單元劃分?jǐn)?shù)為k。
在支承輥輥身長度Lb范圍內(nèi)，將其等分為m份，單元寬度Δyi，以左壓下支點處為原點，各單元中點的橫坐標(biāo)為yi(i＝1，2，3……m)。將軋件中間部分按輥身單元寬度在橫向上相應(yīng)劃分為n-2份，兩邊余量作為軋件的起始和最后單元，這樣橫向上共n份，見圖1。在縱向上將軋件變形區(qū)劃分為k份。作用在軋輥上的載荷亦按相同單元離散化，單位寬度軋制力離散為pi(i＝1，2……m)，輥間單位寬度壓力離散為qi(i＝1，2，3……m)。軋件變形、軋輥撓度和彈性壓扁也按相同單元離散化； (c)設(shè)定初始工藝參數(shù) 初始設(shè)定輥縫中間值Sc、交叉角θ、工作輥彎輥力Fw、支承輥彎輥力Fb。正彎輥力取正值，負(fù)彎輥力取負(fù)值。
假設(shè)PC軋機(jī)初始出口輥縫橫向分布為 式中 Sy-等效輥縫； Sc-等效輥縫中點處值； yc-沿軋輥軸向距輥身中點的距離。
假設(shè)單位軋制壓力為 (i＝(m-n)/2+1，(m-n)/2+2，……(m+n)/2；j＝1，2，……k)。
(d)計算前張應(yīng)力橫向分布值與單位寬度軋制壓力，計算流程見圖2，包活以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟 d1)給定初始參數(shù)h0i、h1i、hij、Δhi、xni、l0i、VR； d2)計算條元上出口橫向位移ui及其導(dǎo)數(shù)u′i； d3)計算條元上前張應(yīng)力橫向分布值σ1i、后張應(yīng)力橫向分布值σ0i； d4)計算三個方向上的應(yīng)變εxij、εyij、εzij，軋件相對軋輥的橫、縱向滑動位移階段增量dUij、dVij，剪切應(yīng)變增量dγxyij，橫、縱向的上、下輥表面摩擦應(yīng)力τxuij、τxdij、τyuij、τydij； d5)計算三個方向上的剪切應(yīng)力τxyij、τyzij、τzxij，應(yīng)變增量比αc，縱向應(yīng)力σxij，單位軋制壓力pzij； d6)計算單位寬度軋制力pi。
在步驟(d)中i＝(m-n)/2+1，(m-n)/2+2，……(m+n)/2，j＝1，2，…，k。
步驟(d)中單元體受力見圖6～8，軋制壓力基本模型如下 其中 αc＝dεy/dεx σx＝A-pz 式中 αr-剪應(yīng)變修正系數(shù)； pz-單位軋制力； σx-縱向的正應(yīng)力； ks-軋件剪切變形抗力，ks＝0.577σs； αc-應(yīng)變增量比，αc＝dεy/dεx； τxy、τyz、τzx-三個方向上的剪切應(yīng)力； εx、εy、εz-三個方向上的正應(yīng)變； dεx、dεy、dεz-三個方向上應(yīng)變增量； γxy-x、y方向上的剪切應(yīng)變； dγxy-x、y方向上的剪切應(yīng)變增量； τxu、τxd-縱向上的上、下輥表面摩擦應(yīng)力； τyu、τyd-橫向上的上、下輥表面摩擦應(yīng)力； x-縱向上任意一點； l-變形區(qū)平均長度，變形區(qū)長度l由赫?？驴斯接嬎?； h-變形區(qū)任意截面的高度； Δh-變形區(qū)任意截面變形量； dU、dV-軋件相對軋輥的橫、縱向滑動位移階段增量。
步驟d2)中的條元橫向位移分布模型由下式給出 其中 si＝y(tǒng)i-yi-1 (i＝1，2，…，n) 式中 h1i、h0i、l0i-條元上的出、入口厚度和來料長度； h1、h0、l0-軋件出、入口厚度和來料長度的橫向平均值； τ-變形區(qū)接觸面平均摩擦應(yīng)力； hni-條元中性點厚度，取條元寬度中點的值； Δhi-條元的壓下量。
步驟d3)中的前、后張應(yīng)力橫向分布模型由下式給出 前張應(yīng)力橫向分布的模型為 后張應(yīng)力橫向分布的模型為 步驟d4)中的橫、縱向的上、下輥表面摩擦應(yīng)力模型可以用下式表示 其中 式中 Vsxuij、Vsxdij-變形區(qū)上、下表面金屬相對軋輥的縱向流動速度； Vsyuij、Vsydij-變形區(qū)上、下表面金屬相對軋輥的橫向流動速度； Vxij、Vyij-變形區(qū)內(nèi)任意點的縱、橫向流動速度； xni-變形區(qū)內(nèi)中性點縱向坐標(biāo)； γn-中性角； f(x)-板坯邊緣曲線， 步驟d6)中單位寬度軋制力采用高斯-勒讓得公式求解，包括以下計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行步驟 d61)沿縱向選取五節(jié)點，則 積分點tx2＝-0.9061793，tx3＝-0.5384693，tx4＝0，tx5＝-tx3，tx6＝-tx2 加權(quán)系數(shù)A2＝0.2369269，A3＝0.4786287 A4＝0.5688889，A5＝A3，A6＝A2， d62)確定縱向高斯積分點坐標(biāo)x1＝0，x7＝l (j＝2，3，4，5，6) d63)計算單位寬度軋制壓力 (j＝1，2，3，4，5，6，7)。
(e)計算輥間壓力及出口厚度橫向分布，包括以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟 e1)輥系受力見圖3～5，利用工作輥與支承輥之間的位移協(xié)調(diào)方程、工作輥垂直方向力與力矩平衡方程迭代求解輥間接觸壓力 DFwi＝DFbi+DFbwi+ΔDi 其中 DFwi＝DFwzicos(α+γ)+DFwxisin(α+γ)+DFwkicos(α+γ) DFbi＝DFbzicos(α+γ)+DFbxisin(α+γ) DFbwi＝Gbwiqi 式中 α-偏移角； β-偏轉(zhuǎn)角； γ-滾動摩擦角； ΔDi-輥間原始間隙或空載間隙 DFwi-工作輥軸線在(α+γ)方向上的位移； DFwzi-工作輥軸線在垂直方向上的撓度； DFwxi-工作輥軸線在水平方向上的撓度； DFwki-工作輥軸線在垂直方向上的剛性位移； DFbi-支承輥軸線在(α+γ)方向上的位移； DFbzi-支承輥軸線在垂直方向上的撓度； DFbxi-支承輥軸線在水平方向上的撓度； Gbwi-輥間壓扁影響系數(shù)； Gweij-工作輥彎曲影響系數(shù)； Gwfi-工作輥彎輥力影響系數(shù)； C1、C2-工作輥輥身左右端軸線位移； Gbeij-支承輥彎曲影響系數(shù)； Gbfi-支承輥彎輥力影響系數(shù)。
e2)軋件出口厚度橫向分布用下式表示 h1i＝Syi+2DFwicos(a+γ-βi)+2DFwbi+ΔDwi+DFbkicosβi 其中 式中 DFwbi-與軋件接觸的工作輥表面的壓扁； Gwbij-與軋件接觸工作輥表面壓扁影響系數(shù)； DFbki-上、下支承輥的剛性位移之和； Fzl、Fzr-左右壓下支反力。
考慮到實際生產(chǎn)中軋機(jī)具有板厚自動控制(AGC)系統(tǒng)，為此在迭代過程中通過控制中間輥縫值不變使得板帶中心部的板厚一定，則令 h1i＝h1i-(h1((m+1)/2)-Sc)。
步驟e1)中求解單位寬度輥間壓力，計算流程見圖9，包括以下計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟 e11)假設(shè)單位寬度輥間壓力值由下式表示 e12)計算輥間壓扁影響系數(shù)Gbwi； e13)求解線性方程組，得到新的輥間壓力分布； e14)比較輥間壓力分布變化量，若滿足收斂條件，停止迭代，若超出收斂條件，替換新的輥間壓力分布，轉(zhuǎn)到步驟e12)。
(f)以出口厚度橫向分布變化量的最大值為收斂判據(jù)，精度控制在0.01～0.1μm以內(nèi)。若收斂，輸出板厚橫向分布值、前張力橫向分布值等，不收斂則用(e)步中的軋件出口橫向分布值代替初始設(shè)定值，并轉(zhuǎn)到步驟(d)； (g)根據(jù)板凸度及前張力分布情況，結(jié)合各機(jī)架目標(biāo)板凸度值，判斷板形狀況，對交叉角和彎輥力進(jìn)行優(yōu)化。包括以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟 g1)設(shè)定彎輥力Fw，預(yù)設(shè)定值取為最大彎輥力的1/3～1/2。給定交叉角的計算步長Δθ，最大交叉角θmax，初始交叉角θ0＝0°，板形目標(biāo)函數(shù)初始值Bx0＝1.0×1010，并取計算次數(shù)Cn＝1； g2)令交叉角θ＝(Cn-1)Δθ； g3)判斷θ≥θmax是否成立，若成立，轉(zhuǎn)入步驟g8)； g4)計算相應(yīng)的前張力分布值σ1i； g5)計算目標(biāo)板形值Bx＝((max(σ1i)-min(σ1i))/T1)； g6)判斷Bx≤Bx0是否成立，若成立則令Bx0＝Bx，θ0＝θ； g7)令Cn＝Cn+1，轉(zhuǎn)入步驟g2)； g8)輸出最佳交叉角θ0。
本發(fā)明的有益效果是該發(fā)明在大量理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場軋制情況，根據(jù)PC軋機(jī)具有對輥交叉且工作輥偏移的特點，充分考慮軋制變形區(qū)特性，綜合了金屬在縱向、橫向、高向三個方向上的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的影響，并考慮輥系水平和垂直兩個方向上的受力與變形，提出一套適合于PC軋機(jī)的金屬三維塑性變形模型與輥系彈性變形模型，通過耦合迭代得到出口厚度橫向分布曲線、前后張力橫向分布值，然后根據(jù)板形控制策略優(yōu)化交叉角和彎輥力的設(shè)定值。根據(jù)本發(fā)明計算出的軋制壓力和板凸度與實測值誤差較小，預(yù)報精度高。優(yōu)化計算出的交叉角和彎輥力可以使上游機(jī)架盡可能減小板凸度，然后在下游機(jī)架保持一定比例凸度，得到良好板形，不僅提高了PC軋機(jī)的板形控制能力，而且能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度要求。



圖1輥系離散分段圖； 圖2金屬塑性變形模塊計算程序流程圖； 圖3輥系受力正視圖； 圖4輥系受力俯視圖； 圖5輥系受力側(cè)視圖； 圖6變形區(qū)單元體ZX面受力圖 圖7變形區(qū)單元體YZ面受力圖 圖8變形區(qū)單元體XY面受力圖 圖9輥間壓力迭代模塊流程圖； 圖10總程序流程圖； 圖11前張力橫向分布； 圖12單位寬度軋制力分布； 圖13單位寬度輥間壓力分布； 圖14有載輥縫橫向分布； 圖15前張力優(yōu)化前后對比； 圖16有載輥縫優(yōu)化前后對比。

具體實施例方式 以下借助附圖描述本發(fā)明的實施例 圖10是本發(fā)明的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定過程流程圖?，F(xiàn)以特定PC軋機(jī)現(xiàn)場軋制參數(shù)為例，描述某特定的鋼種在精軋機(jī)組第三機(jī)架上的交叉角與彎輥力的設(shè)定和預(yù)報過程及相關(guān)效果。包括以下步驟 (a)收集實際PC軋機(jī)設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù) 通過采用本發(fā)明所提出的金屬三維塑性模型和輥系彈性變形模型對某1880PC熱連軋機(jī)精軋機(jī)組第三機(jī)架進(jìn)行計算分析。所采用的支承輥壓下支點距離3080mm、輥身長度1860mm、輥身直徑1525mm(1600～1450mm)、輥頸直徑1065mm、彈性模量196GPa、泊松比0.275、軸承摩擦系數(shù)0.003，輥間偏心距14mm，工作輥輥身長度1880mm、輥身直徑785mm(835～735mm)、輥頸直徑610mm、彎輥缸距離3080mm、彈性模量150GPa、泊松比0.25，輥系以外單片機(jī)座受力部件的剛度3400kN/mm，軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)0.25，來料板寬為1235mm(700～1730mm)，入口厚度為12.3mm，凸度0.15mm，軋件彈性模量為117GPa，泊松比為0.36，變形抗力155.653MPa，軋制速度3.11m/s，平均前張力6.7MPa，平均后張力5.2Mpa； (b)進(jìn)行輥系及軋件離散化 給定橫向單元劃分?jǐn)?shù)101和縱向單元劃分?jǐn)?shù)6； (c)初始設(shè)定輥縫中間值7.8mm、交叉角0.68°(0～1.5°)、工作輥彎輥力773kN； (d)計算前張應(yīng)力橫向分布值與單位寬度軋制壓力，見圖11～12； (e)計算輥間壓力與出口厚度分布，見圖13～14； (f)以出口厚度橫向分布變化量的最大值為收斂判據(jù)，精度控制在0.01～0.1μm以內(nèi)。若收斂輸出板厚橫向分布值、前張力橫向分布值等，不收斂則用(e)步驟中的軋件出口橫向分布值代替初始設(shè)定值，并轉(zhuǎn)到步驟(d)； (g)根據(jù)板凸度及前張力分布情況，判斷板形狀況，對交叉角和彎輥力進(jìn)行優(yōu)化，包括以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟 g1)設(shè)定彎輥力Fw＝600kN，給定交叉角的計算步長Δθ＝0.01°，最大交叉角θmax＝1.5°，初始交叉角θ0＝0°，板形目標(biāo)函數(shù)初始值Bx0＝1.0×1010，并取計算次數(shù)Cn＝1； g2)令交叉角θ＝0.01×(Cn-1)； g3)判斷θ≥θmax是否成立，若成立，轉(zhuǎn)入步驟g8)； g4)計算相應(yīng)的前張力分布值σ1i； g5)計算目標(biāo)板形值Bx＝((max(σ1i)-min(σ1i))/T1)； g6)判斷Bx≤Bx0是否成立，若成立則令Bx0＝Bx、θ0＝θ； g7)令Cn＝Cn+1，轉(zhuǎn)入步驟g2)； g8)輸出最佳交叉角θ0＝0.58°； 由程序計算出的總軋制力為16341.6kN，實測為15761.2kN，誤差為3.68％，板凸度預(yù)報值與實測值誤差也在10μm以內(nèi)，可見該方法計算精度高。圖15、16分別為優(yōu)化前后的前張力橫向分布值、有載輥縫橫向分布值比較。可見，優(yōu)化后的前張力分布值波動幅度小，趨于均勻，對應(yīng)的軋件板形良好。另外，中心板凸度由51.4μm變?yōu)?7.5μm，比優(yōu)化前有所增加。這也進(jìn)一步說明了模型的正確性，板形控制不是要求軋件出口板凸度越小越好，而是要保持一定的比例凸度，這樣才能軋出平直度優(yōu)良的板材。通過實例可以看出，該方法計算穩(wěn)定準(zhǔn)確，達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度的要求。
權(quán)利要求
1.一種PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于所述方法包括以下步驟
(a)收集實際PC軋機(jī)設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù)
包括支承輥壓下支點距離Lz、輥身長度Lb、輥身直徑Db、輥頸直徑Dbj、原始凸度曲線、正彎輥液壓缸距離Lbf、彈性模量Eb、泊松比νb、軸承摩擦系數(shù)μb，輥間偏心距e，工作輥輥身長度Lw、輥身直徑Dw、輥頸直徑Dwj、原始凸度曲線、彎輥缸距離Lwf、彈性模量Ew、泊松比νw，輥系以外單片機(jī)座受力部件的剛度Kg，右端相對左端的傾輥量srl，軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)μ，軋件來料寬度B、入口厚度橫向分布擬合曲線、彈性模量E、泊松比v、變形抗力σs，軋制速度VR，平均前后張力σ1、σ0；
(b)進(jìn)行輥系及軋件離散化
給定橫向單元劃分?jǐn)?shù)為奇數(shù)m，縱向單元劃分?jǐn)?shù)為k；
在支承輥輥身長度Lb范圍內(nèi)，將其等分為m份，單元寬度Δyi，以左壓下支點處為原點，各單元中點的橫坐標(biāo)為yi(i＝1，2，3……m)；將軋件中間部分按輥身單元寬度在橫向上相應(yīng)劃分為n-2份，兩邊余量作為軋件的起始和最后單元，這樣橫向上共n份；在縱向上將軋件變形區(qū)劃分為k份；作用在軋輥上的載荷亦按相同單元離散化，單位寬度軋制力離散為pi(i＝1，2……m)，輥間單位寬度壓力離散為qi(i＝1，2，3……m)；軋件變形、軋輥撓度和彈性壓扁也按相同單元離散化；
(c)設(shè)定初始工藝參數(shù)
初始設(shè)定輥縫中間值Sc、交叉角θ、工作輥彎輥力Fw、支承輥彎輥力Fb；
假設(shè)PC軋機(jī)初始出口輥縫橫向分布為
式中
Sy-等效輥縫；
Sc-等效輥縫中點處值；
yc-沿軋輥軸向距輥身中點的距離；
假設(shè)單位軋制壓力為
(i＝(m-n)/2+1，(m-n)/2+2，……(m+n)/2；j＝1，2，……k)；
(d)計算前張應(yīng)力橫向分布值與單位寬度軋制壓力，包括以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟
d1)給定初始參數(shù)h0i、h1i、hij、Δhi、xni、l0i、VR；
d2)計算條元上出口橫向位移ui及其導(dǎo)數(shù)u′i；
d3)計算條元上前張應(yīng)力橫向分布值σ1i、后張應(yīng)力橫向分布值σ0i；
d4)計算三個方向上的應(yīng)變εxij、εyij、εzij，軋件相對軋輥的橫、縱向滑動位移階段增量dUij、dVij，剪切應(yīng)變增量dγxyij，橫、縱向的上、下輥表面摩擦應(yīng)力τxuij、τxdij、τyuij、τydij；
d5)計算三個方向上的剪切應(yīng)力τxyij、τyzij、τzxij，應(yīng)變增量比αc，縱向應(yīng)力σxij，單位軋制壓力pzij；
d6)計算單位寬度軋制力pi；
其中在步驟(d)中，i＝(m-n)/2+1，(m-n)/2+2，……(m+n)/2，j＝1，2，…，k；
(e)計算輥間壓力及出口厚度橫向分布，包括以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟
e1)利用工作輥與支承輥之間的位移協(xié)調(diào)方程、工作輥垂直方向力與力矩平衡方程迭代求解輥間接觸壓力
DFwi＝DFbi+DFbwi+ΔDi
其中
DFwi＝DFwzicos(α+γ)+DFwxisin(α+γ)+DFwkicos(α+γ)
DFbi＝DFbzicos(α+γ)+DFbxisin(α+γ)
DFbwi＝Gbwiqi
式中
α-偏移角；
β-偏轉(zhuǎn)角；
γ-滾動摩擦角；
ΔDi-輥間原始間隙或空載間隙
DFwi-工作輥軸線在(α+γ)方向上的位移；
DFwzi-工作輥軸線在垂直方向上的撓度；
DFwxi-工作輥軸線在水平方向上的撓度；
DFwki-工作輥軸線在垂直方向上的剛性位移；
DFbi-支承輥軸線在(α+γ)方向上的位移；
DFbzi-支承輥軸線在垂直方向上的撓度；
DFbxi-支承輥軸線在水平方向上的撓度；
Gbwi-輥間壓扁影響系數(shù)；
Gweij-工作輥彎曲影響系數(shù)；
Gwfi-工作輥彎輥力影響系數(shù)；
C1、C2-工作輥輥身左右端軸線位移；
Gbeij-支承輥彎曲影響系數(shù)；
Gbfi-支承輥彎輥力影響系數(shù)；
e2)軋件出口厚度橫向分布用下式表示
h1i＝Syi+2DFwicos(a+γ-βi)+2DFwbi+ΔDwi+DFbkicosβi
其中
式中
DFwbi-與軋件接觸的工作輥表面的壓扁；
Gwbij-與軋件接觸工作輥表面壓扁影響系數(shù)；
DFbki-上、下支承輥的剛性位移之和；
Fzl、Fzr-左右壓下支反力；
考慮到實際生產(chǎn)中軋機(jī)具有板厚自動控制(AGC)系統(tǒng)，為此在迭代過程中通過控制中間輥縫值不變使得板帶中心部的板厚一定，則令
h1i＝h1i-(h1((m+1)/2)-Sc)
(f)以出口厚度橫向分布變化量的最大值為收斂判據(jù)，精度控制在0.01～0.1μm以內(nèi)；若收斂，輸出板厚橫向分布值、前張力橫向分布值等，不收斂則用(e)步中的軋件出口橫向分布值代替初始設(shè)定值，并轉(zhuǎn)到步驟(d)；
(g)根據(jù)板凸度及前張力分布情況，結(jié)合各機(jī)架目標(biāo)板凸度值，判斷板形狀況，對交叉角和彎輥力進(jìn)行優(yōu)化，包括以下由計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的步驟
g1)設(shè)定彎輥力Fw，預(yù)設(shè)定值取為最大彎輥力的1/3～1/2。給定交叉角的計算步長Δθ，最大交叉角θmax，初始交叉角θ0＝0°，板形目標(biāo)函數(shù)初始值Bx0＝1.0×1010，并取計算次數(shù)Cn＝1；
g2)令交叉角θ＝(Cn-1)Δθ；
g3)判斷θ≥θmax是否成立，若成立，轉(zhuǎn)入步驟g8)；
g4)計算相應(yīng)的前張力分布值σ1i；
g5)計算目標(biāo)板形值Bx＝((max(σ1i)-min(σ1i))/T1)；
g6)判斷Bx≤Bx0是否成立，若成立則令Bx0＝Bx，θ0＝θ；
g7)令Cn＝Cn+1，轉(zhuǎn)入步驟g2)；
g8)輸出最佳交叉角θ0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于步驟(d)中軋制壓力基本模型為
其中
αc＝dεy/dεx
σx＝A-pz
式中
αr-剪應(yīng)變修正系數(shù)；
pz-單位軋制力；
σx-縱向的正應(yīng)力；
ks-軋件剪切變形抗力，ks＝0.577σs；
αc-應(yīng)變增量比，αc＝dεy/dεx；
τxy、τyz、τzx-三個方向上的剪切應(yīng)力；
εx、εy、εz-三個方向上的正應(yīng)變；
dεx、dεy、dεz-三個方向上應(yīng)變增量；
γxy-x、y方向上的剪切應(yīng)變；
dγxy-x、y方向上的剪切應(yīng)變增量；
τxu、τxd-縱向上的上、下輥表面摩擦應(yīng)力；
τyu、τyd-橫向上的上、下輥表面摩擦應(yīng)力；
x-縱向上任意一點；
l-變形區(qū)平均長度，變形區(qū)長度l由赫?？驴斯接嬎?；
h-變形區(qū)任意截面的高度；
Δh-變形區(qū)任意截面變形量；
dU、dV-軋件相對軋輥的橫、縱向滑動位移階段增量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于步驟d2)中的條元橫向位移分布模型為
其中
si＝y(tǒng)i-yi-1
(i＝1，2，…，n)
式中
h1i、h0i、l0i-條元上的出、入口厚度和來料長度；
h1、h0、l0-軋件出、入口厚度和來料長度的橫向平均值；
τ-變形區(qū)接觸面平均摩擦應(yīng)力；
hni-條元中性點厚度，取條元寬度中點的值；
Δhi-條元的壓下量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于步驟d3)中的前、后張應(yīng)力橫向分布模型由下式給出
前張應(yīng)力橫向分布的模型為
后張應(yīng)力橫向分布的模型為
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于步驟d4)中的橫、縱向的上、下輥表面摩擦應(yīng)力模型為
其中
式中
Vsxuij、Vsxdij-變形區(qū)上、下表面金屬相對軋輥的縱向流動速度；
Vsyuij、Vsydij-變形區(qū)上、下表面金屬相對軋輥的橫向流動速度；
Vxij、Vyij-變形區(qū)內(nèi)任意點的縱、橫向流動速度；
xni-變形區(qū)內(nèi)中性點縱向坐標(biāo)；
γn-中性角；
f(x)-板坯邊緣曲線，
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于步驟d6)中單位寬度軋制力采用高斯-勒讓得公式求解，包括以下步驟
d61)沿縱向選取五節(jié)點，則
積分點tx2＝-0.9061793，tx3＝-0.5384693，tx4＝0，tx5＝-tx3，tx6＝-tx2
加權(quán)系數(shù)A2＝0.2369269，A3＝0.4786287 A4＝0.5688889，A5＝A3，A6＝A2，
d62)確定縱向高斯積分點坐標(biāo)x1＝0，x7＝l
d63)計算單位寬度軋制壓力
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法，其特征在于步驟e1)中求解單位寬度輥間壓力，包括以下步驟
e11)假設(shè)單位寬度輥間壓力值由下式表示
e12)計算輥間壓扁影響系數(shù)Gbwi；
e13)求解線性方程組，得到新的輥間壓力分布；
e14)比較輥間壓力分布變化量，若滿足收斂條件，停止迭代，若超出收斂條件，替換新的輥間壓力分布，轉(zhuǎn)到步驟e12)。
全文摘要
本發(fā)明針對PC軋機(jī)軋制特殊性，提供一種PC軋機(jī)板形板凸度離線預(yù)報設(shè)定方法。該方法包括以下步驟(a)收集實際PC軋機(jī)設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù)；(b)進(jìn)行輥系及軋件離散化；(c)設(shè)定初始工藝參數(shù)；(d)計算單位長度軋制壓力與前張應(yīng)力橫向分布值；(e)計算輥間壓力及出口厚度分布值；(f)以出口厚度橫向分布變化量的最大值進(jìn)行收斂判斷，不收斂轉(zhuǎn)到(d)；(g)根據(jù)板凸度及前張力分布情況，判斷板形狀況，對交叉角和彎輥力進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明對軋制壓力、板凸度的預(yù)報精度高，優(yōu)化計算出的交叉角和彎輥力，軋出的板形良好。應(yīng)用本發(fā)明不僅提高了PC軋機(jī)的板形控制能力，而且能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度要求。
文檔編號B21B37/28GK101648216SQ20091007537
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者艷 彭, 劉宏民, 王雪松, 徐利璞 申請人:燕山大學(xué)