本發(fā)明涉及金屬加工的卷取設備，尤其涉及一種可提高卷取質量的帶鋼卷取設備的卷軸結構優(yōu)化方法。
背景技術：
：卷取機是軋鋼生產(chǎn)線用于將軋制的帶鋼卷成鋼卷的重要設備.卷筒卷軸在機組的日常生產(chǎn)中起著承受鋼卷卷重的重要作用，卷軸剛度、不圓度和不同程度的徑向圓跳動，都會使得帶鋼內部應力沿寬度方向受力不均，引起層間滑移，引發(fā)挫、劃傷質量缺陷。事實上，卷軸的剛度過小在承重較大時會引起較大的撓度變化，進而對鋼卷內部應力分布產(chǎn)生影響，造成帶鋼表面質量缺陷。而卷軸上扇形塊(也稱為扇形板)的徑向跳動會造成卷取帶鋼的徑向跳動，這種徑向跳動會隨著鋼卷層數(shù)增加而逐層放大，最終對卷取質量造成影響。中國發(fā)明專利“一種冷軋帶材卷取機卷筒”(發(fā)明專利號：ZL200910191544.X授權公告號：CN101704036B)公開了一種冷軋帶材卷取機卷筒，其軸向斜楔安裝在空心主軸上，徑向斜楔安裝在軸向斜楔上，多半式扇形塊兩端支撐在徑向斜楔上,并通過彈簧體連接在空心主軸上；芯軸安裝空心主軸內，一端通過連接套與脹縮機構相連,另一端通過連接體與軸向斜楔相連。卷筒在機構上采用簡潔可靠的連接方式，可以保證卷筒的圓柱度和同拄度。但是，在現(xiàn)有的卷軸設計中，對卷軸剛度的設計并無量化指標，只憑經(jīng)驗判斷，而對于卷軸上扇形塊的徑向跳動同樣是根據(jù)經(jīng)驗來設計加工，這種設計方法為現(xiàn)場出現(xiàn)卷取質量缺陷帶來了隱患，另一方面，也會出現(xiàn)矯枉過正的加工難題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種可以改善帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法，為現(xiàn)場提供合理的卷軸參數(shù)設定值，既可以防止帶鋼內部應力沿寬度方向受力不均而引發(fā)挫劃傷質量缺陷，又可以提高卷軸的機械減振性能和機械加工性能，解決現(xiàn)場生產(chǎn)難題，提高帶鋼的表面質量，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種基于帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法，用于冷軋帶材卷取機卷筒的卷 軸的CAD/CAM系統(tǒng)，所述的卷軸包括多半式扇形塊和支撐扇形塊實現(xiàn)卷軸漲縮的漲縮機構，其特征在于：首先，根據(jù)卷軸的設備參數(shù)和生產(chǎn)帶鋼的工藝參數(shù)，將卷軸為效成梁結構，建立卷軸的階梯形變截面梁模型和帶鋼的卷取模型；然后，以保證卷取質量為前提，確定并優(yōu)化卷軸的當量剛度設定值；同時，以控制最大卷重時鋼卷的徑向跳動為目標，優(yōu)化卷取模型并確定扇形塊的徑向跳動設定值；最后，將上述優(yōu)化后的設定值傳遞給CAD/CAM系統(tǒng)，用于卷軸的設計加工制造安裝過程。本發(fā)明的基于帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法的一種較佳的技術方案，其特征在于包括以下步驟：S1：收集卷軸的設備參數(shù)和生產(chǎn)帶鋼的工藝參數(shù)，包括卷軸長度l，工藝范圍內最大卷所受重力G，卷軸固定端距鋼卷中心位置的距離a，卷軸游離端距鋼卷中心位置的距離b，保證卷取質量所允許的卷軸最大撓度εmax，保證卷取質量所允許的鋼卷的最大徑向跳動Rtmax，生產(chǎn)帶鋼寬度d，生產(chǎn)帶鋼厚度h，生產(chǎn)帶鋼密度ρ，卷軸半徑r，卷軸截面慣性矩I；S2：依照公式1計算卷軸最大撓度發(fā)生位置x，x=l2-b23δ1---(1)]]>式中，δ1為考慮將卷軸等效成梁結構的修正系數(shù)，其取值范圍為δ1＝0.8～1.2；S3：依照公式2計算卷軸的最小當量剛度Edmin，Edmin=Gbx6Iϵmaxl(l2-x2-b2)0≤x<aGb6Iϵmaxl[lb(x-a)3-x3+(l2-b2)x]a≤x≤b---(2)]]>S4：依照公式3計算卷軸的當量剛度設定值Eds，Eds＝λ(Edmin+Edy)(3)式中，Edy為卷軸剛度裕值，其取值范圍為Edy＝20～50GPa，λ為考慮卷取動態(tài)過 程卷軸機械震動的系數(shù)，其取值范圍為λ＝1.0～1.3；S5：依據(jù)公式4計算帶鋼的卷取層數(shù)n，n=π(h-2r)+π(h-2r)2+4hGρghdπ2hπ---(4)]]>S6：依據(jù)公式5計算扇形塊徑向跳動放大系數(shù)β，β=r+hnδ2r---(5)]]>式中，δ2為考慮帶鋼卷取過程中發(fā)生彈塑性形變的修正系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場卷取張力、鋼卷緊密程度確定，其取值范圍為δ2＝0.7～1.0；S7：依據(jù)公式6計算允許最大徑向跳動值δmax，δmax=Rtmaxβ---(6)]]>S8：依據(jù)公式7計算扇形塊徑向跳動設定值δs，δs＝δmax-δy(7)式中，δy為扇形塊徑向跳動裕值，根據(jù)機組工況情況確定，其取值范圍為δy＝0.003～0.006mm；S9：將卷軸的當量剛度設定值Eds和扇形塊徑向跳動設定值δs傳遞給CAD/CAM系統(tǒng)，用于卷軸的設計加工制造安裝過程。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的基于帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法，通過建立合理的數(shù)學模型，在分析卷軸受力的基礎上，以保證卷取質量為前提，合理優(yōu)化設定卷軸的當量剛度，同時，通過相關卷取理論分析，以控制最大卷重時鋼卷的徑向跳動為目標，合理優(yōu)化卷取模型，設定扇形塊的徑向跳動值，實現(xiàn)對卷軸當量剛度和扇形塊徑向跳動最優(yōu)值的優(yōu)化，既可以防止卷取過程中挫劃傷質量缺陷，又可以提高卷軸的機械減振性能和機械加工性能。附圖說明圖1為本發(fā)明的基于帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法的流程示意。具體實施方式本發(fā)明的基于帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法的流程如圖1所示，用于冷軋帶材卷取機卷筒的卷軸的CAD/CAM系統(tǒng)，所述的卷軸包括多半式扇形塊和支撐扇形塊實現(xiàn)卷軸漲縮的漲縮機構，所述的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法首先根據(jù)卷軸的設備參數(shù)和生產(chǎn)帶鋼的工藝參數(shù)，將卷軸為效成梁結構，建立卷軸的階梯形變截面梁模型和帶鋼的卷取模型；然后，以保證卷取質量為前提，確定并優(yōu)化卷軸的當量剛度設定值；同時，以控制最大卷重時鋼卷的徑向跳動為目標，優(yōu)化卷取模型并確定扇形塊的徑向跳動設定值；最后，將上述優(yōu)化后的設定值傳遞給CAD/CAM系統(tǒng)，用于卷軸的設計加工制造安裝過程。以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明的上述技術方案進行進一步地詳細描述。實施例為了進一步說明本發(fā)明技術方案的具體實施過程，以下以某重卷機組卷取機卷軸為例，詳細地介紹使用本發(fā)明的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法，對該機組卷取機卷軸進行參數(shù)綜合優(yōu)化的計算過程。步驟S1：收集卷軸的設備參數(shù)和生產(chǎn)帶鋼的工藝參數(shù)，在本實施例中，卷軸長度l＝1852mm，工藝范圍內最大卷所受重力G＝16t，卷軸固定端距鋼卷中心位置的距離a＝837mm,卷軸游離端距鋼卷中心位置的距離b＝1015mm，保證卷取質量所允許的卷軸最大撓度εmax＝0.066mm,保證卷取質量所允許的鋼卷的最大徑向跳動Rtmax＝0.0006m，生產(chǎn)帶鋼寬度d＝1000mm，生產(chǎn)帶鋼厚度h＝0.4mm，生產(chǎn)帶鋼密度ρ＝7850kg/m3，卷軸半徑r＝50mm，卷軸截面慣性矩I＝0.00151m4。步驟S2：依照公式1計算卷軸最大撓度發(fā)生位置x，取考慮將卷軸等效成梁結構的修正系數(shù)δ1＝1，得到x=l2-b23δ1=1.8522-1.01523=0.516m---(1)]]>步驟S3：依照公式2計算卷軸的最小當量剛度Edmin，因為在本實施例中x＝0.516m，a＝0.837m，滿足條件0＜x＜a，所以Edmin=Gbx6Iϵmaxl(l2-x2-b2)=156800×1×0.5166×0.00151×0.066×10-3×(1.8522-0.5162-1.0152)=1.583×1011N/m=158.3GPa---(2)]]>步驟S4：將步驟S3計算得到的卷軸的最小當量剛度Edmin帶入公式3，計算卷軸的當量剛度設定值Eds，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，取卷軸剛度裕值Edy＝30GPa，令考慮卷取動態(tài)過程卷軸機械震動的系數(shù)λ＝1.1，得到Eds＝λ(Edmin+Edy)＝1.1×(158.3+30)＝207.13GPa(3)步驟S5：依照公式4計算帶鋼的卷取層數(shù)n，得到n=π(h-2r)+π(h-2r)2+4hGρghdπ2hπ=π×(0.4×10-3-2×0.05)+π2×(0.4×10-3-2×0.05)2+4×0.4×10-3×156800×π7850×9.8×0.4×10-3×12×0.4×10-3×π=1893---(4)]]>步驟S6：依照公式5計算扇形塊徑向跳動放大系數(shù)β，令考慮帶鋼卷取過程中發(fā)生彈塑性形變的修正系數(shù)δ2＝0.8，得到β=r+hnδ2r=0.05+0.4×10-3×1893×0.80.05=13.11---(5)]]>步驟S7：依照公式6計算允許最大徑向跳動值δmax，得到δmax=Rtmaxβ=0.6×10-313.11=4.57×10-5m---(6)]]>步驟S8：依照公式7計算扇形塊徑向跳動設定值δs，由實際生產(chǎn)經(jīng)驗得知，取扇形塊徑向跳動裕值δy＝5×10-6m，得到δs＝δmax-δy＝4.57×10-5-5×10-6＝4.07×10-5m(7)最后，步驟S9：以本發(fā)明方法確定的當量剛度設定值Eds＝207.13GPa和扇形塊徑向跳動設定值δs＝4.07×10-5m，作為卷軸設計的重要參數(shù)，傳遞給CAD/CAM系統(tǒng)，用于卷軸的設計加工制造安裝過程。經(jīng)本發(fā)明的基于帶鋼卷取質量的卷軸參數(shù)設定值優(yōu)化方法優(yōu)化得到的卷軸參數(shù)設定值，是卷軸當量剛度和扇形板徑向跳動的最優(yōu)值，既可以防止帶鋼內部應力沿寬度方向受力不均而引發(fā)挫劃傷質量缺陷，又可以提高卷軸的機械減 振性能和機械加工性能，解決現(xiàn)場生產(chǎn)難題，提高帶鋼的表面質量，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益。本
技術領域：
中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的技術方案，而并非用作為對本發(fā)明的限定，任何基于本發(fā)明的實質精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。當前第1頁1 2 3