專利名稱：一種薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法
技術領域：
本發明涉及一種平整設計技術，特別涉及一種針對普通四輥平整機在軋制薄窄料時的工作輥與支承輥輥型曲線優化設計方法。
背景技術：
生產實踐中發現，普通四輥平整機在軋制薄窄料時，工作輥在板寬以外會出現相互接觸壓扁的所謂壓靠現象，使得設定軋制壓力僅僅一部分用于金屬變形，而其它部分則消耗在工作輥的輥端壓扁上，從而造成實際延伸率偏小，產品的機械性能達不到用戶的要求。并且，在壓靠發生之后，隨著軋制壓力的增大，其消耗在工作輥輥端壓扁上的比例也隨之增大。當軋制壓力增大到一定程度之后，再增加的軋制壓力幾乎都消耗在壓靠上了，而延伸率也不會出現明顯的增加。與此同時，由于普通四輥平整機在平整過程中其工作輥與支承輥沿輥身是全長接觸的，這樣在板寬以外就形成了一個有害的接觸區，使得平整機的橫向剛度降低，從而影響平整成品的板形指標，也使得彎輥對板形的調節能力大大降低(見圖1)。這樣，如何同時保證普通四輥平整機在軋制薄窄料時產品的延伸率(機械性能)與板形指標，就成為現場技術攻關的重點與難點。
為了控制壓靠影響同時消除輥間有害接觸區，以往人們對于平整機的輥型設計一般僅僅考慮到板形、輥耗等問題，例如白振華、顧廷權和吳安民等發表的寶鋼18003#CGL熱鍍鋅平整機輥型技術的研究，《中國機械工程》2006，17(1)；33-35；白振華，連家創，劉峰和王建強發表的寶鋼2050熱軋廠平整機輥型優化技術的研究《鋼鐵》2002，37(9)；35-38；這些公開的技術研究對象主要是軋制普通帶材，而尚未發現有以薄窄料群為研究對象，同時保證產品機械性能與板形指標的輥型設計方法見于文獻。
發明內容
本發明的目的在于提供一種薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，使得該類型的平整機在軋制薄窄料時能夠同時控制壓靠的影響與消除輥間有害接觸區，不但保證了成品的延伸率指標，而且滿足用戶對板形質量的要求。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是這種薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，包括以下由計算機系統執行的步驟a、收集平整機的設備及工藝參數包括工作輥輥身長度LW、工作輥直徑DW、支承輥輥身長度Lb、支承輥直徑Db、支承輥傳動側與工作側壓下螺絲中心距l1、工作輥正負彎輥、傳動側與工作側彎輥液壓缸中心距l2、最大彎輥力S、最大軋制壓力P和最大軋制速度V；b、收集帶鋼的品種規格范圍包括帶鋼寬度b、厚度h、抗拉強度σb和允許最小延伸率εmin；c、以a，b，c，k1，δ，lz，k為輥型曲線參數和優化變量，分別設定工作輥與支撐輥的曲線方程。其中，設定工作輥的輥型曲線方程為Dw(x)=Dw-a*(1-cos(b·2xLw))-c*(2xLw)k1]]>設定支承輥的輥型曲線方程為Db(x)=Db|x|≤(Lb/2-lz)Db-2δ(|x|-(Lb/2-lz)lz)k|x|>(Lb/2-lz)]]>上述兩式中Dw-工作輥原始直徑(mm)；Lw-工作輥輥身長度(mm)；Db-支承輥原始直徑(mm)；Lb-支承輥輥身長度(mm)；a-工作輥凸度值；b-余弦相位系數；c-工作輥高次曲線分項系數；k1-工作輥高次曲線分項指數；lz-支承輥輥型曲線削肩長度(mm)；δ-支承輥輥型曲線削肩深度(mm)；k-支撐輥輥型曲線指數；d、優化計算出輥型曲線參數，包括以下步驟
d1)、給定初始曲線參數X0＝[a，b，c，k1，δ，lz，k]；d2)、計算出典型規格產品j的最佳彎輥力Saj及相應的延伸率占εaj；d3)、判斷ϵaj≥ϵmin]]>是否成立，若不成立，調整輥型曲線參數，重復步驟d2)；d4)、計算出輥型優化設計的目標函數G(X)；d5)、判斷Powell條件是否成立，若不成立，重復上述步驟d2)、d3)、和d4)，直至Powell條件成立，結束計算，得出最優輥型曲線參數；e、將上述輥型曲線參數代入工作輥的輥型曲線方程和支承輥的輥型曲線方程得到優化后的工作輥的輥型曲線方程和支承輥的輥型曲線方程；步驟(d)中所述最佳彎輥力Sa的求解包括以下由計算機系統執行的步驟(見圖3)d21)給定彎輥力的計算步長ΔS，標記函數biaoji＝100，板形目標函數初始值F0＝1.0·1011，并取計算次數k＝1；d22)給定彎輥力S＝S_+(k-1)·ΔS(S_-最大負彎輥力，如果平整機沒有負彎輥，則S_＝0)；d23)計算對應的延伸率ε；d24)判斷S≥S+與biaoji＞0是否同時成立，若成立，則令Sa＝S+、εa＝ε，轉入步驟d210)；d25)判斷ε≥εmin是否成立，若不成立，令k＝k+1，轉入步驟d22)；d26)計算出相應的帶材前張力橫向分布值σli；d27)計算出板形目標函數F(X)的值，并令biaoji＝-100；d28)判斷F(X)≤F0是否成立，若成立則令F0＝F(X)、Sa＝S、εa＝εd29)判斷Sa≤S+是否成立，若成立則令k＝k+1，轉入步驟d22)；否則轉入步驟d210)；d210)輸出最佳彎輥力Sa及相應的延伸率εa。
步驟d27)中所述板形目標函數F(X)可以用下式表示F(X)＝((max(σli)-min(σli))/T1)式中T1-前張力的平均值；步驟(d)中所述輥型優化設計的目標函數G(X)可以定義為
G(X)=Σi=1m[Sai-Sjitai]2]]>式中Sai-在特定輥型下，第i個規格產品滿足目標函數F(X)最小的最佳彎輥力；Sjitai-基態彎輥力。
本發明的有益效果是該發明是在充分考慮到普通四輥平整機軋制薄窄料時生產工藝特點的基礎上，兼顧控制壓靠影響與消除輥間有害接觸區的要求，將帶材的出口前張力與橫向分布均勻作為優化目標函數、而把保證最小延伸率作為約束條件來完成工作輥與支承輥輥型曲線的優化設計。根據本發明所設計出的工作輥與支承輥輥型曲線不僅保證了成品的機械性能指標，而且滿足了用戶的板形質量要求。同時，本發明也可以用于不發生壓靠問題的寬厚料平整時的輥型曲線設計。
圖1是普通四輥平整機在軋制薄窄料時的輥系示意圖；圖2是實施例1的普通四輥平整機軋制薄窄料時的工作輥與支撐輥輥型曲線參數求解計算流程圖；圖3是實施例2的普通四輥平整機軋制典型規格薄窄料時的最佳彎輥力求解計算流程圖；圖4是輥型曲線方程設計的工作輥輥型曲線示意圖；圖5是輥型曲線方程設計的支承輥輥型曲線示意圖。
具體實施例方式
以下借助附圖描述本發明的較佳實施例實施例1以下給出了采用本發明的方法優化設計某普通四輥平整機軋制薄窄料時的工作輥與支撐輥輥型曲線參數求解過程，如圖2所示。
首先，在步驟21中，收集平整機的設備及工藝參數工作輥輥身長度Lw＝1300mm，工作輥直徑Dw＝φ440/480mm，支承輥輥身長度Lb＝1300mm，支承輥直徑Db＝φ1100/1200mm，支承輥傳動側與工作側壓下螺絲中心距l1＝2.32m，工作輥正負彎輥，傳動側與工作側彎輥液壓缸中心距l2＝2.32m。最大彎輥力±60t，最大軋制壓力700t，最大軋制速度1000m/min。
隨后，在步驟22中，收集帶鋼的品種規格范圍帶鋼寬度800～1000mm，厚度0.15～0.50mm，屈服強度σs280～620Mpa，最小延伸率0.5％，同時按照產品厚度、寬度、強度等級組合選取8種典型規格產品，具體數據如表1所示。
表1典型規格產品
隨后，在步驟23、24中，以a，b，c，k1，δ，lz，k為輥型曲線參數和優化變量，分別設定工作輥與支撐輥的曲線方程，并取X0＝[a，b，c，k1，δ，lz，k]＝
。
隨后，在步驟25中，調用圖3所述相關程序計算出各個典型規格產品最佳彎輥力及相應的延伸率，分別為Saj={20,15,26,43,37,42,45,20},]]>ϵaj={0.65%,0.72%,0.83%,0.56%,0.77%,1.0%,0.73%,1.3%};]]>隨后，在步驟26中，判斷ϵaj≥ϵmin]]>是否成立，若不成立，調整輥型曲線參數X0，重復步驟25；隨后，在步驟27中，計算出輥型優化設計的目標函數G(X)＝8708隨后，在步驟28中，判斷Powell條件是否成立，若不成立，調整輥型曲線參數X0，重復步驟25、26、27，直至Powell條件成立，結束計算，得出最優輥型曲線參數。
滿足最優化成立條件后得到最優輥型參數
X＝[a，b，c，k1，δ，lz，k]＝[3.0e-5，2.0，1.6e-4，9.0，0.215e-3，180，3.4]即優化后的工作輥輥型曲線方程為Dw(x)=Dw-3.0·10-5*(1-cos(4xLw))-1.60·10-4*(2xLw)9]]>支撐輥輥型曲線方程為Db(x)=Db|x|≤(Lb/2-180)Db-2*0.125*(|x|-(Lb/2-180)180)3.4|x|>(Lb/2-180)]]>相關輥型曲線示意圖如圖4、圖5所示。
實施例2以下給出了采用本發明的方法求解某普通四輥平整機軋制典型規格薄窄料時的最佳彎輥力的計算過程，如圖3所示。
相關平整機的設備及工藝參數為工作輥輥身長度Lw＝1300mm，工作輥直徑Dw＝φ440/480mm，支承輥輥身長度Lb＝1300mm，支承輥直徑Db＝φ1100/1200mm，支承輥傳動側與工作側壓下螺絲中心距l1＝2.32m，工作輥正負彎輥，傳動側與工作側彎輥液壓缸中心距l2＝2.32m。最大彎輥力±60t，最大軋制壓力700t，最大軋制速度1000m/min。
典型規格的薄窄料寬度800mm，厚度0.15mm，屈服強度σs300Mpa，最小延伸率0.5％。
相關輥型曲線為Dw(x)=Dw-3.0·10-5*(1-cos(4xLw))-1.60·10-4*(2xLw)9]]>(工作輥)；Db(x)=Db|x|≤(Lb/2-180)Db-2*0.125*(|x|-(Lb/2-180)180)3.4|x|>(Lb/2-180)]]>(支承輥)首先，在步驟31中，給定彎輥力的計算步長ΔS＝2.0，標記函數biaoji＝100，板形目標函數初始值F0＝1.0·1011，并取計算次數k＝1；隨后，在步驟32中，給定彎輥力S＝S_+(k-1)·ΔS＝-60隨后，在步驟33中計算對應的延伸率ε＝0.7％；隨后，在步驟34中，判斷S≥S+與biaoji＞0是否同時成立，若成立，則令Sa＝S+、εa＝ε，轉入步驟41)隨后，在步驟35中，判斷ε≥εmin是否成立，若不成立，令k＝k+1，轉入步驟32)；
隨后，在步驟36中，計算出相應的帶材前張力橫向分布值σli；隨后，在步驟37中，計算出板形目標函數F(X)＝12500的值，并令biaoji＝-100；隨后，在步驟38中，判斷F(X)≤F0是否成立，若成立則進入步驟39)，令F0＝F(X)＝12500、Sa＝S＝-60、εa＝ε＝0.7％；隨后，在步驟40中，判斷Sa≤S+是否成立，若成立則令k＝k+1，轉入步驟32)。否則轉入步驟41)；最后，在步驟41中，輸出最佳彎輥力Sa及相應的延伸率εa。
最終，經過以上計算，得出最佳彎輥力為Sa＝2.5t，而對應的延伸率εa＝0.7％。
權利要求
1.一種薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，其特征在于包括以下由計算機系統執行的步驟a、收集平整機的設備及工藝參數；b、收集帶鋼的品種規格范圍；c、以a，b，c，k1，δ，lz，k為輥型曲線參數和優化變量，分別設定工作輥與支撐輥的曲線方程；d、優化計算出輥型曲線參數；按以下步驟完成輥型曲線參數的尋優d1)、給定初始曲線參數X0＝[a，b，c，k1，δ，lz，k]；d2)、計算出典型規格產品j的最佳彎輥力Saj及相應的延伸率εaj，可以按以下步驟來完成d21)、給定彎輥力的計算步長ΔS，標記函數biaoji＝100，板形目標函數初始值F0＝1.0·1011，并取計算次數k＝1；d22)、給定彎輥力S＝S_+(k-1)·ΔS(S_-最大負彎輥力，如果平整機沒有負彎輥，則S_＝0)；d23)、計算對應的延伸率ε；d24)、判斷S≥S+與biaoji＞0是否同時成立，若成立，則令Sa＝S+、εa＝ε，轉入步驟d210)；d25)、判斷ε≥εmin是否成立，若不成立，令k＝k+1，轉入步驟d22)；d26)、計算出相應的帶材前張力橫向分布值σ1i；d27)、計算出板形目標函數F(X)的值，并令biaoji＝-100；d28)、判斷F(X)≤F0是否成立，若成立則令F0＝F(X)、Sa＝S、εa＝εd29)、判斷Sa≤S+是否成立，若成立則令k＝k+1，轉入步驟d22)。否則轉入步驟d210)；d210)、輸出出最佳彎輥力Sa及相應的延伸率εa。d3)、判斷ϵaj≥ϵmin]]>是否成立，若不成立，調整輥型曲線參數，重復步驟d2)；d4)、計算出輥型優化設計的目標函數G(X)；d5)、判斷Powell條件是否成立，若不成立，重復上述步驟d2)、d3)、和d4)，直至Powell條件成立，結束計算，得出最優輥型曲線參數；e、將輥型曲線參數代入工作輥的輥型曲線方程和支承輥的輥型曲線方程得到優化后的工作輥的輥型曲線方程和支承輥的輥型曲線方程。
2.如權利要求1所述的薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，其特征在于，所述步驟(a)中所述平整機的設備參數包括工作輥輥身長度LW，工作輥直徑DW，支承輥輥身長度Lb，支承輥直徑Db，支承輥傳動側與工作側壓下螺絲中心距l1，工作輥正負彎輥，傳動側與工作側彎輥液壓缸中心距l2，最大彎輥力S，最大軋制壓力P，最大軋制速度V；
3.如權利要求1所述的薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，其特征在于，所述步驟(b)中的帶鋼的品種規格范圍包括帶鋼寬度b，厚度h，抗拉強度σb和允許最小延伸率εmin。
4.如權利要求1所述的薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，其特征在于，所述步驟(c)中的工作輥與支撐輥的曲線方程包括設定工作輥的輥型曲線方程為Dw(x)=Dw-a*(1-cos(b·2xLw))-c*(2xLw)k1]]>設定支承輥的輥型曲線方程為Db(x)=Db|x|≤(Lb/2-lz)Db-2δ(|x|-(Lb/2-lz)lz)k|x|>(Lb/2-lz)]]>上述兩式中Dw-工作輥原始直徑(mm)；Lw-工作輥輥身長度(mm)；Db-支承輥原始直徑(mm)；Lb-支承輥輥身長度(mm)；a-工作輥凸度值；b-余弦相位系數；c-工作輥高次曲線分項系數；k1-工作輥高次曲線分項指數lz-支承輥輥型曲線削肩長度(mm)；δ-支承輥輥型曲線削肩深度(mm)；k-支撐輥輥型曲線指數；
5.如權利要求1所述的薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，其特征在于，所述步驟(d)中板形目標函數F(X)可以用下式表示F(X)＝((max(σ1i)-min(σ1i))/T1)式中T1-前張力的平均值；
6.如權利要求1所述的薄窄料平整軋制過程的輥型曲線設計方法，其特征在于，所述步驟(d)中的輥型優化設計目標函數G(X)可以用下式來表示G(X)=Σi=1m[Sai-Sjitai]2]]>式中Sai-在特定輥型下，第i個規格產品滿足目標函數F(X)最小的最佳彎輥力；Sjitai-基態彎輥力。
全文摘要
本發明提供一種針對普通四輥平整機在軋制薄窄料時的工作輥與支承輥輥型曲線設計方法，該方法包括以下步驟(a)收集平整機的設備及工藝參數；(b)收集帶鋼的品種規格范圍；(c)設定工作輥與支撐輥的曲線方程；(d)優化計算出輥型曲線參數；(e)將輥型曲線參數代入工作輥的輥型曲線方程和支承輥的輥型曲線方程得到優化后的工作輥的輥型曲線方程和支承輥的輥型曲線方程。本發明所設計的工作輥與支承輥輥型曲線不僅保證了成品的機械性能指標，而且滿足了用戶的板形質量要求。需要說明的是，盡管本發明主要用于薄窄料平整時的輥型曲線設計，同時，本發明也可以用于不發生壓靠問題的寬厚料平整時的輥型曲線設計。
文檔編號G06F17/50GK1828616SQ200610012600
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月18日 優先權日2006年4月18日
發明者白振華 申請人:燕山大學