專利名稱：：基于降低交叉角和彎輥力的pc軋機工作輥輥型設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種PC軋機設(shè)計技術(shù)，特別涉及一種基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：在工業(yè)生產(chǎn)中，PC軋機以其出眾的板形板凸度控制能力在熱軋和冷軋帶鋼領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。PC軋機的特點是上下軋輥成對交叉，正是由于軋輥之間存在交叉，軋制過程中會產(chǎn)生較大的軸向力，隨著交叉角度的增大，軸向力隨之增大，這就使軋機系統(tǒng)的設(shè)計要求變得更為復(fù)雜。在高速軋制情況下，PC軋機由于交叉角的存在，軋機的穩(wěn)定性低于普通四輥軋機，限制板帶產(chǎn)品的質(zhì)量和軋制生產(chǎn)效率。另外由于彎輥力的存在，會加速工作輥輥面的磨損，降低工作輥及其軸承座的使用壽命，縮短換輥周期，增加設(shè)備運行維護的工作量和費用。因此，如何提高工作輥使用壽命，有效降低交叉角和彎輥力，保證板形良好，是PC軋機使用技術(shù)的重點與難點。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法，使得PC軋機在軋制時能夠降低交叉角和彎輥力，提高PC軋機的板凸度控制能力，不僅保證板形的質(zhì)量要求，而且能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度的要求。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法，包括以下步驟(a)收集PC軋機設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù)包括工作輥輥身長度L一輥身直徑D一輥頸直徑D^、原始凸度曲線、彎輥缸距離Lf彎輥力F一彈性模量E一泊松比、，輥系以外單片機座受力部件的剛度Kg，最大彎輥力iwnmx，(b)收集典型帶鋼的軋制工藝參數(shù)帶鋼來料寬度B、厚度h、彈性模量E、泊松比v、軋制溫度T、變形抗力。s，軋輥速度VK，前后平均張力^r、^"5，交叉角e，彎輥力F"(c)以C2i為輥型曲線參數(shù)和優(yōu)化變量，設(shè)定工作輥的曲線方程為Dw(y)=Dw-2c2,.廣，人2'式中Dw(y)_工作輥的輥型曲線分布值；y-距工作輥中部的距離；(^-輥型曲線特征系數(shù)；(d)優(yōu)化計算出輥型曲線參數(shù)，包括以下步驟dl)給定初始曲線參數(shù)C2i;d2)計算典型規(guī)格產(chǎn)品的最佳交叉角9。和最佳彎輥力Fw。；d3)計算出輥型優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)G(X);d4)判斷Powell條件是否成立，若不成立，調(diào)整輥型曲線參數(shù)，轉(zhuǎn)到步驟d2)，若成立，結(jié)束計算，輸出最優(yōu)輥型曲線參數(shù)；(e)將上述輥型曲線參數(shù)代入工作輥的輥型曲線方程，得到優(yōu)化后的工作輥輥型曲線方程；步驟d2)中所述的最佳交叉角9。和最佳彎輥力Fw。的求解包括以下由計算機系統(tǒng)執(zhí)行的步驟d21)設(shè)定初始彎輥力F^，給定彎輥力的計算步長AFw，最大交叉角9_，上機架交叉角e初始交叉角e。，給定交叉角的計算步長ae，板形目標(biāo)函數(shù)初始值b。=1.0X101Q，并取計算次數(shù)Cn=1;d22)給定交叉角e=Aex(cn-i);d23)判斷e>9_是否成立，若成立，轉(zhuǎn)到步驟(129);d24)計算出相應(yīng)的帶材前張力橫向分布值ou;d25)計算出板形目標(biāo)函數(shù)B(X)的值；d26)判斷B(X)《B。是否成立，若成立，則令B。=B(X)，e。=e，F(xiàn)w。=Fw;d27)令:Cn=&+1，轉(zhuǎn)到步驟d22);d28)判斷e。>e*是否成立，若成立，則令FW=Fw。+AFw，轉(zhuǎn)到步驟d24);d29)輸出最佳交叉角9。和最佳彎輥力Fw。；步驟d25)中所述板形目標(biāo)函數(shù)B(X)可用下式表示B(X)=((max(ou)-min(ou))/iT)式中iT-平均前張力；步驟d4)中所述輥型優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)G(X)可用下式表示G(X)=|Cr_Cr0式中C「計算所得的板凸度值；Crt-目標(biāo)板凸度值。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軋機軋制時的生產(chǎn)工藝特點，兼顧降低交叉角與彎輥力的要求，將帶材的出口前張力橫向分布值作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、而把保證一定比例的板凸度作為約束條件來完成工作輥輥型曲線的優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計出的工作輥輥型曲線降低了交叉角與彎輥力，增加了軋機的穩(wěn)定性，提高了工作輥的使用壽命，提高了PC軋機的板凸度控制能力，不僅保證了板形的質(zhì)量要求，而且能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度的要求。同時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本發(fā)明也可以用于任意機架的工作輥輥型曲線設(shè)計。圖1是PC軋機軋制帶鋼時的工作輥輥型曲線參數(shù)求解計算流程圖；圖2是實施例的PC軋機軋制典型規(guī)格帶鋼時的最佳交叉角和最佳彎輥力求解計5算流程圖；圖3是輥型曲線方程設(shè)計的工作輥輥型曲線示意圖；圖4是優(yōu)化前后的前張力橫向分布圖。具體實施例方式以下給出了采用本發(fā)明的方法優(yōu)化設(shè)計某1880PC熱連軋機精軋機組軋制帶鋼時，對其第四機架的工作輥輥型曲線參數(shù)求解過程，如圖1和圖2所示，包括以下步驟(a)收集PC軋機設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù)工作輥輥身長度1880mm、輥身直徑785mm(835mm735mm)、輥頸直徑610mm、彎輥缸距離3080mm、彈性模量175GPa、泊松比0.25，輥系以外單片機座受力部件的剛度3400kN/mm，最大彎輥力士1200kN;(b)收集某典型帶鋼的軋制工藝參數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表1所示(c)以C2i為輥型曲線參數(shù)和優(yōu)化變量，設(shè)定工作輥的曲線方程，并取X。=[C2，C4，C6，C8]=;表l某典型帶鋼參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(d)優(yōu)化計算出輥型曲線參數(shù)，包括以下由計算機系統(tǒng)執(zhí)行的步驟dl)設(shè)定彎輥力Fw。=-600kN，給定彎輥力的計算步長AFw=50kN，最大交叉角emax=i.2°，上機架交叉角e*=o.3°，初始交叉角e。=o°，給定交叉角的計算步長△e=o.or，板形目標(biāo)函數(shù)初始值B,。=1.oxi(^，并取計算次數(shù)c;=i;d2)令交叉角9=0.01X(Cn_l);d3)判斷9>、M是否成立，若成立，轉(zhuǎn)入步驟d9);d4)計算相應(yīng)的帶材前張力橫向分布值ou;d5)計算目標(biāo)板形目標(biāo)函數(shù)值B(X)=34.088;d6)判斷B(X)《B。是否成立，若成立，則令B。=B(X)=34.088，e。=0°，F(xiàn)w0=-600kN;d7)令Cn=Cn+1，轉(zhuǎn)到步驟d2)d8)判斷e。>0.3°是否成立，若成立，則令FW=(-600+50)kN，轉(zhuǎn)到步驟d4);d9)輸出最佳交叉角9。=0.25°，最佳彎輥力Fw。=400kN;d10)取目標(biāo)板凸度值(;。=0.15rnm，計算出輥型優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)G(X)=2.764X10—b;dll)判斷Powell條件是否成立，若不成立，調(diào)整輥型曲線參數(shù)X。，轉(zhuǎn)到步驟dl)，直至Powell條件成立，結(jié)束計算，得出最優(yōu)輥型曲線參數(shù)；(e)將上述輥型曲線參數(shù)代入工作輥的輥型曲線方程，得到優(yōu)化后的工作輥輥型曲線方程。滿足最優(yōu)化成立條件后得到最優(yōu)輥型參數(shù)X。=即優(yōu)化后的工作輥輥型曲線方程為工作輥輥型曲線示意圖如圖3所示。由圖4可知，交叉角和彎輥力相對于優(yōu)化前均減小，優(yōu)化后的前張力值分布比較均勻，板形良好。原工藝參數(shù)下的G(X)值為O.12141mm，優(yōu)化后的G(X)值為2.764X10—5mm，可見優(yōu)化后提高了軋機控制板凸度的能力。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)利要求基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(a)收集PC軋機設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù)包括工作輥輥身長度Lw、輥身直徑Dw、輥頸直徑Dwj、原始凸度曲線、彎輥缸距離Lwf、彎輥力Fw、彈性模量Ew、泊松比vw，輥系以外單片機座受力部件的剛度Kg，最大彎輥力Fwmax；(b)收集典型帶鋼的軋制工藝參數(shù)帶鋼來料寬度B、厚度h、彈性模量E、泊松比v、軋制溫度T、變形抗力σs，軋輥速度VR，前后平均張力σ1、σ0，交叉角θ，彎輥力Fw；(c)以C2i為輥型曲線參數(shù)和優(yōu)化變量，設(shè)定工作輥的曲線方程為<mrow><msub><mi>D</mi><mi>w</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>y</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>D</mi><mi>w</mi></msub><mo>-</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mn>4</mn></munderover><msub><mi>C</mi><mrow><mn>2</mn><mi>i</mi></mrow></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>y</mi></mrow><msub><mi>L</mi><mi>w</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>i</mi></mrow></msup></mrow>式中Dw(y)-工作輥的輥型曲線分布值；y-距工作輥中部的距離；C2i-輥型曲線特征系數(shù)；(d)優(yōu)化計算出輥型曲線參數(shù)，包括以下步驟d1)給定初始曲線參數(shù)C2i；d2)計算典型規(guī)格產(chǎn)品的最佳交叉角θ0和最佳彎輥力Fw0；d3)計算出輥型優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)G(X)；d4)判斷Powell條件是否成立，若不成立，調(diào)整輥型曲線參數(shù)，轉(zhuǎn)到步驟d2)，若成立，結(jié)束計算，輸出最優(yōu)輥型曲線參數(shù)；(e)將上述輥型曲線參數(shù)代入工作輥的輥型曲線方程，得到優(yōu)化后的工作輥輥型曲線方程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法，其特征在于步驟d2)中所述的最佳交叉角e。和最佳彎輥力F^的求解，包括以下由計算機系統(tǒng)執(zhí)行的步驟d21)設(shè)定初始彎輥力F^，給定彎輥力的計算步長AFw，最大交叉角e^，上機架交叉角e初始交叉角e。，給定交叉角的計算步長ae，板形目標(biāo)函數(shù)初始值B。二i.oxio1Q，并取計算次數(shù)Cn=1;d22)給定交叉角e=aex(cn-i);d23)判斷e>e^是否成立，若成立，轉(zhuǎn)到步驟d29);d24)計算出相應(yīng)的帶材前張力橫向分布值ou;d25)計算出板形目標(biāo)函數(shù)B(X)的值；d26)判斷B(X)《B。是否成立，若成立，則令B。=B(X)，e。=e，F(xiàn)w0=Fw;d27)令Cn=(;+l，轉(zhuǎn)到步驟d22);d28)判斷9。>e^是否成立，若成立，則令F,二F^+AF,，轉(zhuǎn)到步驟d24);d29)輸出最佳交叉角e。和最佳彎輥力F,3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法，其特征在于步驟d25)中所述板形目標(biāo)函數(shù)B(X)可用下式表示B(X)=((max(ou)-min(o))/oT)式中^T-平均前張力。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法，其特征在于步驟d3)中所述輥型優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)G(X)可用下式表示G(X)=|Cr-Cr0式中Cr-計算所得的板凸度值；Crt-目標(biāo)板凸度值。全文摘要本發(fā)明針對PC軋機軋制特性，提供一種基于降低交叉角和彎輥力的PC軋機工作輥輥型設(shè)計方法。該方法包括以下步驟(a)收集PC軋機設(shè)備參數(shù)與工藝參數(shù)；(b)收集典型帶鋼的軋制工藝參數(shù)；(c)設(shè)定工作輥的曲線方程；(d)優(yōu)化計算出輥型曲線參數(shù)；(e)將輥型曲線參數(shù)代入工作輥的輥型曲線方程，得到優(yōu)化后的工作輥輥型曲線方程。本發(fā)明所設(shè)計出的工作輥輥型曲線降低了交叉角與彎輥力，增加了軋機的穩(wěn)定性，提高了工作輥的使用壽命，提高了PC軋機的板凸度控制能力，不僅保證了板形的質(zhì)量要求，而且能夠達(dá)到工業(yè)應(yīng)用精度的要求。同時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本發(fā)明也可以用于任意機架的工作輥輥型曲線設(shè)計。文檔編號G06F17/50GK101714177SQ20091017520公開日2010年5月26日申請日期2009年11月17日優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日發(fā)明者劉宏民,彭艷,徐利璞,王雪松申請人:燕山大學(xué)