專利名稱：一種孿生的四輥軋機(jī)自適應(yīng)輥型設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬四輥軋機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種孿生的四輥軋機(jī)自適應(yīng)輥型的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
為使軋制產(chǎn)品的寬向厚差小和板形良好，對(duì)于四輥軋機(jī)來(lái)說(shuō)，主要靠輥型制度來(lái)進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的輥型制度一般支撐輥多為平輥，工作輥或?yàn)槠捷伝驇б欢ǖ耐苟?。顯然對(duì)于給定的規(guī)格產(chǎn)品范圍，需有不同的輥型制度。由于軋機(jī)生產(chǎn)的品種規(guī)格較多，致使輥型制度比較復(fù)雜，板形質(zhì)量不太理想。為此，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者在這方面進(jìn)行過(guò)一些研究，并在生產(chǎn)中也得到了一定的應(yīng)用。但他們的工作均是圍繞在支撐輥輥型的研究上。對(duì)于工作輥輥型是采用由小到大的原則來(lái)補(bǔ)償支撐輥服役周期內(nèi)的逐漸摩損，故軋輥管理仍然復(fù)雜。另外，在對(duì)輥型優(yōu)化計(jì)算編制程序時(shí)，他們是采用多重迭代計(jì)算的思想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種能改善板形、提高軋制產(chǎn)品橫向尺寸精度、保持工作輥與支撐輥輥間接觸應(yīng)力相等、摩損均勻的孿生四輥軋機(jī)自適應(yīng)于輥型設(shè)計(jì)方法。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將工作輥、支撐輥沿半輥身長(zhǎng)方向等分成n個(gè)單元，采用倒推計(jì)算輥型的方法，分別計(jì)算出板寬和軋制壓力于某一水平下的沿半輥身長(zhǎng)的輥型外廓曲線對(duì)應(yīng)的凸度向量M→ij=a·Xnb---(1)]]>式中Xn-半輥身方向劃分的單元序列數(shù)，取值為X1、X2……Xn；a-工作輥的取值范圍為5.2E-19～4.0E-10，支撐輥的取值范圍為1.9E-13～7.2E-12；b-工作輥的取值范圍為2.2～5.6，支撐輥的取值范圍為3.15～4.3；i-板寬的某一水平；j-軋制壓力的某一水平。
在計(jì)算時(shí)，先固定某一寬度水平，分別計(jì)算不同軋制壓力Pj下的工作輥、支撐輥半輥身長(zhǎng)的凸度向量Mj，將這些凸度向量經(jīng)軋制壓力加權(quán)處理后的半輥身長(zhǎng)的凸度向量為M→i=ΣPjΣPjM→j---(2)]]>再按式(2)分別計(jì)算不同工況下板寬Bi的工作輥、支撐輥的半輥身長(zhǎng)的凸度向量Mi，將這些凸度向量經(jīng)板寬加權(quán)處理后的半輥身長(zhǎng)的凸度向量為M→B=ΣBiΣBiM→i---(3)]]>在式(2)、(3)中Pj-第j個(gè)水平的軋制壓力；Bi-第i個(gè)水平的板寬；∑Bi-板寬各水平之和；∑Pj-軋制壓力各水平之和。
進(jìn)而利用非線性回歸的單純形法使離散的 連續(xù)化，則孿生出工作輥、支撐輥的半輥身長(zhǎng)的輥型外廓曲線M＝a·xb(4)式中x-半輥身方向長(zhǎng)度，mm；a-工作輥的取值范圍為5.2E-19～4.0E-10；支撐輥的取值范圍為1.9E-13～7.2E-12；b-工作輥的取值范圍為2.2～5；支撐輥的取值范圍為3.15～4.3。
工作輥、支撐輥的輥型外廓曲線與軋件寬度B的對(duì)應(yīng)部分為曲線，位于軋件寬度B以外區(qū)域?yàn)楣饣B接曲線，輥型的外廓曲線沿輥身長(zhǎng)度方向呈中心對(duì)稱。
在式(2)中， 為工作輥、支撐輥的凸度向量 的總稱，其計(jì)算式為(1)變形與力之間的關(guān)系方程工作輥彈性彎曲方程Y→w=G→→w(Q→-P→)---(5)]]>支撐輥彈性彎曲方程Y→b=G→→bQ→---(6)]]>軋制壓力引起的工作輥壓扁方程Y→ws=G→→wsP→---(7)]]>輥間壓扁方程Y→wb=G→→wbQ→---(8)]]>(2)力平衡關(guān)系方程
PT→·I→=QT→·I→---(9)]]>式中 -工作輥、支撐輥彈性彎曲向量； -工作輥、支撐輥彈性彎曲影響函數(shù)向量； -輥間的接觸壓力向量； -軋制壓力向量； -輥間彈性壓扁變形向量； -工作輥與軋件間彈性壓扁變形影響函數(shù)向量； -輥間彈性壓扁變形影響函數(shù)向量； -單位列向量。
用式(5)、(6)、(8)、(9)計(jì)算時(shí)，以輥間接觸長(zhǎng)度L與板寬B相等，并使各單元接觸壓力保持相等為約束條件，再考慮到工作輥與支撐輥間的變形協(xié)調(diào)及工作輥與軋件間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，即工作輥與支撐輥之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程Y→wb=Y→wbo+Y→b-Y→w-M→b-M→w---(10)]]>軋件和工作輥之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程H→=H→0+2(Y→ws-Y→wso)+2(M→w-Y→w)---(11)]]>式中 -常向量，即輥面中心處的壓扁量； -常向量，即板中心處的壓扁量； -支撐輥凸度向量； -工作輥凸度向量； -件軋后厚度向量； -常向量，即板中心處的軋后厚度；然后，根據(jù)式(5)～(11)編制運(yùn)算程序。運(yùn)算程序的主流程圖為先將原始數(shù)據(jù)輸入，劃分單元。在給定板凸度期望值后，進(jìn)行軋后厚度向量 計(jì)算，熱凸度向量 計(jì)算，軋制壓力向量 的計(jì)算。然后在給定工作輥、支撐輥間接觸壓力期望分布規(guī)律后，進(jìn)行工作輥、支撐輥間接觸壓力向量 的計(jì)算，彎曲影響函數(shù)向量 的計(jì)算，彎曲變形向量 的計(jì)算，壓扁影響函數(shù)向量 的計(jì)算，壓扁變形向量 的計(jì)算，常向量 的計(jì)算，工作輥、支撐輥凸度向量 的計(jì)算。
由于采用上述技術(shù)方案，所得出的工作輥、支撐輥輥型曲線具有自適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況中軋制壓力變化和板寬變化的功能，并保持軋制中構(gòu)成輥縫形狀的上、下工作輥母線平行，進(jìn)而確保了所軋產(chǎn)品的板形和尺寸精度良好。
四

圖1為本發(fā)明的一種示意圖；圖2為圖1的側(cè)視圖；圖3為本發(fā)明的輥型凸度向量計(jì)算程序的主流程框圖。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述如圖1、圖2所示，四輥軋機(jī)包括工作輥2、支撐輥3、牌坊4、軸瓦5、軸承座6、安全臼7、壓下螺桿8、轉(zhuǎn)動(dòng)盤9、拉桿10，整個(gè)軋機(jī)由地腳螺栓11將其固定于基礎(chǔ)上。
當(dāng)軋件1被軋制時(shí)，工作輥2在軋制力P作用下產(chǎn)生彎曲變形。在板寬B范圍內(nèi)工作輥2與軋件1相互接觸如圖2所示，同時(shí)會(huì)使工作輥2產(chǎn)生壓扁變形。兩類變形的疊加會(huì)使軋件1如圖2方向看去產(chǎn)生中間厚、二邊薄的現(xiàn)象，即板凸度較大，尺寸精度亦差。為使板凸度減小甚至趨近于零，將工作輥2設(shè)計(jì)為有一定的凸度，即工作輥2帶有輥型；另外，由于工作輥2與支撐輥3相互接觸，支撐輥3在產(chǎn)生壓扁變形的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，這二類變形與工作輥2凸度的疊加作用，使得工作輥2與支撐輥3如圖2方向看去的接觸應(yīng)力不等。為使輥間接觸應(yīng)力相等，支撐輥3亦設(shè)計(jì)為帶有一定外廓曲線的輥型。
本具體實(shí)施方式
以2800mm四輥中板軋機(jī)為例，軋件寬度為2200mm、軋制壓力為25000KN。當(dāng)工作輥2材質(zhì)為鑄鋼，支撐輥3材質(zhì)為70Cr3Mo。
首先，分別計(jì)算出由 總稱的工作輥2、支撐輥3的凸度向量 其計(jì)算式為(1)變形與力之間的關(guān)系方程工作輥彈性彎曲方程Y→w=G→→w(Q→-P→)---(5)]]>支撐輥彈性彎曲方程Y→b=G→→bQ→---(6)]]>軋制壓力引起的工作輥壓扁方程Y→ws=G→→wsP→---(7)]]>輥間壓扁方程Y→→wb=G→→wbQ→---(8)]]>
(2)力平衡關(guān)系方程PT→·I→=QT→·I→---(9)]]>式中 -工作輥2、支撐輥3彈性彎曲向量 -工作輥2、支撐輥3彈性彎曲影響函數(shù)向量； -輥間的接觸壓力向量； -軋制壓力向量； -輥間彈性壓扁變形向量； -工作輥2與軋件1間彈性壓扁變形影響函數(shù)向量； -輥間彈性壓扁變形影響函數(shù)向量； -單位列向量。
用式(5)、(6)、(8)、(9)計(jì)算時(shí)，以輥間接觸長(zhǎng)度L與板寬B相等，如圖1所示，并使各單元接觸壓力保持相等為約束條件。再考慮到工作輥2與支撐輥3間的變形協(xié)調(diào)及工作輥2與軋件1間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，即工作輥2與支撐輥3之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程Y→wb=Y→wbo+Y→b-Y→w-M→b-M→w---(10)]]>軋件1和工作輥2之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程H→=H→0+2(Y→ws-Y→wso)+2(M→w-Y→w)---(11)]]>式中 -常向量，即輥面中心處的壓扁量； -常向量，即板中心處的壓扁量； -支撐輥3凸度向量； -工作輥2凸度向量； -軋件1軋后厚度向量； -常向量，即板中心處的軋后厚度；根據(jù)式(5)～(11)編制運(yùn)算程序。本實(shí)施例在程序編制上，采用直接倒推計(jì)算凸度的思想，避免了軋后斷面分布假定、輥間接觸壓力分布假定。而工作輥與支撐輥輥身長(zhǎng)中點(diǎn)處的壓扁變形值是對(duì)其相鄰三點(diǎn)的壓扁變形作非線性平滑處理所得，避免了該處壓扁變形的假設(shè)。完全回避了所有的迭代計(jì)算，大大簡(jiǎn)化了編程且使計(jì)算結(jié)果更趨期望值。
運(yùn)算程序的主流程圖如圖3所示先將原始數(shù)據(jù)輸入，劃分單元，給定板凸度期望值，再進(jìn)行軋后厚度向量 計(jì)算，熱凸度向量 計(jì)算，軋制壓力向量 的計(jì)算；然后在給定工作輥、支撐輥間接觸壓力期望分布規(guī)律后，進(jìn)行工作輥、支撐輥間接觸壓力向量 的計(jì)算，彎曲影響函數(shù)向量 的計(jì)算，彎曲變形向量 的計(jì)算，壓扁影響函數(shù)向量 的計(jì)算，壓扁變形向量 的計(jì)算，常向量 的計(jì)算，工作輥、支撐輥凸度向量 的計(jì)算。
再分別根據(jù)式M→i=ΣPjΣPjM→j---(2)]]>M→B=ΣBiΣBiM→i---(3)]]>計(jì)算出不同軋制壓力Pj、不同板寬Bi的工作輥2、支撐輥3經(jīng)軋制壓力和板寬加權(quán)處理后的半輥身長(zhǎng)的凸度向量 進(jìn)而利用非線性回歸的單純形法使離散的 連續(xù)化，則孿生出工作輥2、支撐輥3的半輥身長(zhǎng)的輥型外廓曲線M＝a·xb(4)式中x-半輥身方向長(zhǎng)度，mm；a-工作輥的取值范圍為5.2E-19～4.0E-10；支撐輥的取值范圍為1.9E-13～7.2E-12；b-工作輥的取值范圍為2.2～5.6；支撐輥的取值范圍為3.15～4.3。
根據(jù)式(4)，對(duì)工作輥2來(lái)說(shuō)，a、b的取值分別為4.9×10-10和2.65，則Mw的最大值為0.1065mm。對(duì)支撐輥3來(lái)說(shuō)，a、b的取值分別為2.1×10-13和3.83，則Mb的最大值為0.2167mm。
用本實(shí)施例方法設(shè)計(jì)的輥型所軋出的產(chǎn)品凸度小，板形良好，尺寸精度高。
權(quán)利要求
1.一種孿生的四輥軋機(jī)自適應(yīng)輥型的設(shè)計(jì)方法，其特征在于將工作輥2、支撐輥3沿半輥身長(zhǎng)方向等分成n個(gè)單元，采用倒推計(jì)算輥型的方法，一并計(jì)算板寬和軋制壓力于某一水平下的沿半輥身長(zhǎng)的輥型外廓曲線對(duì)應(yīng)的凸度向量M→ij=a·Xnb---(1)]]>式中Xn-半輥身方向劃分的單元序列數(shù)，取值為X1、X2……Xn，a-工作輥的取值范圍為5.2E-19～4.0E-10，支撐輥的取值范圍為1.9E-13～7.2E-12，b-工作輥的取值范圍為2.2～5.6，支撐輥的取值范圍為3.15～4.3，i-板寬的某一水平，j-軋制壓力的某一水平；在運(yùn)行計(jì)算時(shí)，先固定某一寬度水平，分別計(jì)算不同軋制壓力Pj下的工作輥2、支撐輥3半輥身長(zhǎng)的凸度向量Mj，將這些凸度向量經(jīng)軋制壓力加權(quán)處理后的半輥身長(zhǎng)的凸度向量為M→i=ΣPjΣPjM→i---(2)]]>再按式(2)分別計(jì)算不同工況下板寬Bi的工作輥2、支撐輥3的半輥身長(zhǎng)的凸度向量Mi，將這些凸度向量經(jīng)板寬加權(quán)處理后的半輥身長(zhǎng)的凸度向量為M→B=ΣBiΣBiM→i---(3)]]>在式(2)、(3)中Pj-第j個(gè)水平的軋制壓力，Bi-第i個(gè)水平的板寬，∑Bi-板寬各水平之和，∑Pj-軋制壓力各水平之和；進(jìn)而利用非線性回歸的單純形法使離散的 連續(xù)化，則孿生出工作輥2、支撐輥3的半輥身長(zhǎng)的輥型外廓曲線M＝a·xb(4)式中x-半輥身方向長(zhǎng)度，mm，a-工作輥2的取值范圍為5.2E-19～4.0E-10，支撐輥3的取值范圍為1.9E-13～7.2E-12，b-工作輥2的取值范圍為2.2～5，支撐輥3的取值范圍為3.15～4.3；工作輥2、支撐輥3的輥型外廓曲線與軋件1寬度的對(duì)應(yīng)部分為曲線，位于軋件1寬度以外區(qū)域?yàn)楣饣B接曲線，輥型的外廓曲線沿輥身長(zhǎng)度方向呈中心對(duì)稱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孿生的四輥軋機(jī)自適應(yīng)輥型，其特征在于所述的 為工作輥2、支撐輥3的凸度向量 的總稱，其計(jì)算式為(1)變形與力之間的關(guān)系方程工作輥彈性彎曲方程 支撐輥彈性彎曲方程 軋制壓力引起的工作輥壓扁方程 輥間壓扁方程 (2)力平衡關(guān)系方程PT→·I→=QT→·I→---(9)]]>式中 -工作輥2、支撐輥3彈性彎曲向量； -工作輥2、支撐輥3彈性彎曲影響函數(shù)向量； -輥間的接觸壓力向量； -軋制壓力向量； -輥間彈性壓扁變形向量； -工作輥2與軋件1間彈性壓扁變形影響函數(shù)向量； -輥間彈性壓扁變形影響函數(shù)向量； -單位列向量。用式(5)、(6)、(8)、(9)計(jì)算時(shí)，以輥間各單元接觸壓力保持相等為約束條件，再考慮到工作輥2與支撐輥3間的變形協(xié)調(diào)及工作輥2與軋件1間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，即工作輥2與支撐輥3之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程Y→wb=Y→wbo+Y→b-Y→w-M→b-M→w---(10)]]>軋件1和工作輥2之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系方程H→=H→0+2(Y→ws-Y→wso)+2(M→w-Y→w)---(11)]]>式中 -常向量，即輥面中心處的壓扁量； -常向量，即板中心處的壓扁量； -支撐輥3凸度向量； -工作輥2凸度向量； -軋件1軋后厚度向量； -常向量，即板中心處的軋后厚度；然后，根據(jù)式(5)～(11)編制運(yùn)算程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的孿生的四輥軋機(jī)自適應(yīng)輥型，其特征在于所述的運(yùn)算程序的主流程圖為先將原始數(shù)據(jù)輸入，劃分單元，給定板凸度期望值，再進(jìn)行軋后厚度向量 計(jì)算，熱凸度向量 計(jì)算，軋制壓力向量 的計(jì)算；然后在給定工作輥、支撐輥間接觸壓力期望分布規(guī)律后，進(jìn)行工作輥、支撐輥間接觸壓力向量 的計(jì)算，彎曲影響函數(shù)向量 的計(jì)算，彎曲變形向量 的計(jì)算，壓扁影響函數(shù)向量 的計(jì)算，壓扁變形向量 的計(jì)算，常向量 的計(jì)算，工作輥、支撐輥凸度向量 的計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種孿生的四輥軋機(jī)自適應(yīng)輥型的設(shè)計(jì)方法。將工作輥2、支撐輥3沿半輥身長(zhǎng)方向等分成n個(gè)單元，采用倒推計(jì)算輥型的方法。先固定寬度水平，分別將不同軋制壓力P
文檔編號(hào)G06F17/50GK101038606SQ200710052050
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日
發(fā)明者胡衍生, 程曉茹, 李虎興 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)