专利名称：一种基于Pilger周期式无缝轧管工艺的毛管芯棒对中方法
技术领域：
本发明涉及一种基于Pilger周期式无缝轧管工艺的毛管芯棒对中方法。
背景技术：
在Pilger周期式无缝钢管轧制工艺中，芯棒穿入到毛管与Pilger环(脱管环)之前，要通过打头机前台下底座的弧型带齿来调节V型槽高度，从而使三者的中心在水平方向上形成一条直线。在穿芯棒的过程中，由于对中不精确，芯棒与毛管之间会产生剧烈摩擦，对毛管内表面损伤很大，从而对轧制产品的精度造成影响。此外，即使同种规格的毛管，在经过穿孔机后所形成的长度和壁厚也是不尽相同的，这样当芯棒与毛管对中发生偏差时，容易造成毛管侧向击穿、毛管跌落V型槽等等的安全事故。 与其他类型轧机不同的是，Pilger周期式轧管机在管材轧制的时候要考虑预打头
问题，也就是将毛管和芯棒经Pilger环联系在一起，否则生产时由于往复式运动会产生毛
管与芯棒发生相对滑离，不仅会降低生产完成率，而且很容易造成轧卡。 由于工艺的独特性要求，当前轧钢工艺的在毛管与芯棒对中的位置计算方法在
Pilger周期式轧管过程中并不很适用，主要体现在打头机前台。V型槽的位置调节与实际
高度关系为非线性的，无法利用测距归纳法来完成对不确定高度的控制量反推。另外，在打
头机后台的芯棒旋转锁工作区，芯棒支撑辊的高度分别由液压与电气设备共同定位，这样
就造成了后台与前台在芯棒头中心、Pilger环中心、毛管中心三者共线操作时，要进行大量
的计算。 传统的方式有两种 其一是以离线的方式测量出分段情况下各个高度区间的比例系数。当生产的时候查找出当前规格毛管所对应的V型槽高度比例系数M，再利用方程来计算出所对应的补偿值N二N。+O^M，N为底座弧形带齿的转数设定值，N。为初始位置所对应的编码器脉冲值，①为当前规格毛管的直径。 其二是直接测量所有规格的毛管所对应的V型槽应调实际高度的数据，将数据录入到数据库中，再录入对应的底座弧形带齿实际调节转数，然后在生产的过程中针对不同的规格调用这些数据，有则应用，无则用最接近的数据去搜索。 上面的两种方式都是不严谨的。抛开工艺，仅就高度的计算方式来说，第一种方法的缺点在于用直线去以分段的形式逼近弧形带齿调节高度时的实际对照曲线是很不准确的。它需要用相当数量的采样点去逼近，以保证精度。第二种方法的缺点在于即使同种规格的毛管，其直径也不是一成不变的，当直径不同时，中心线的位置也各不相同，所以需要庞大的数据库来穷举所有的情况。这样投入过大，未免得不偿失。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高的基于Pilger周期式无缝轧管工艺的毛管芯棒对中方法: 其中
X为待定毛管直径；
&为主项权值系数；
1(2为矫正项权值系数； d为弧形带齿的齿缘1/2处所对应的直径； H。为支撑轴的连接杆在弧形带齿处于基准位时与打头机压下缸的中心距；
D。为标准芯棒直径； e为支撑轴的连接杆在弧形带齿处于基准位时与水平方向的夹角；
ai为各阶逼近曲线的相关因数；
f,(x)为第i阶曲线的方程； C、将编码器目标值T(x)转换为v型槽的高度值，进行调整。 发明的有益效果本发明根据Pilger轧机在无缝钢管轧制时的工艺要求，通过以角位移代换的方式，于生产过程中之间建立起动态调整计算关系，同时考虑到人机交互的特点，把当前规格的输入控制在合理的范围之内。在对中计算的精确程度上，采用的是"计算+矫正"的双重配值方案。在主算法完成目标调节转数的计算后，利用各个主要规格的毛管直径对应值，通过四阶状态空间方程逼近弧形带齿的固有调节曲线，作为验算和矫正的附加值。根据实际测量，这种双重配值方案得出的计算参数，在对中方面可以达到很好的效果。当产品质量精度要求提高时，还可以通过调整双重配值方案中各项权值的方式来满足精度方面的要求。同时，本发明无需庞大的数据库来列举所有的情况，只需在生产过程中动态的采集所需的参数即可，生产投入的费用较低。
图1为本发明详细步骤示意图； 图2为本发明中V型槽高度矫正曲线采样示意图； 图3为本发明的V型槽高度调节矫正曲线逼近过程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述
如图1至图3所示 首先离线获取各个测量基准点的标称值，并以曲线形式逼近采样点后形成对中目 标方程中的矫正项。 在离线的情况下，利用标尺在相距标准毛管固定长度的各个基准点作标记，由中 心距尺寸换算可以获得对应的毛管半径尺寸。然后在HMI (HumanMachine Interface,人机 接口 )上输入各个标记所对应的毛管参数，利用位置闭环控制，使弧形带齿做同向运动，最 后调解V型槽道目标的高度。记录下高精度编码器当前发讯脉冲数与标准高度对应的发讯 脉冲数之差，换算为角度后存放入数据库中。 在测量的过程中要保证测量基准点间距的平均性，这样在形成矫正曲线的时候会 使曲线更加的平滑、均匀、有矫正意义。 根据数据库中的角度值与对应的高度值的关系，使用曲线逼近方法，计算出矫正 曲线方程 T'(V) = X!〃40) 其中，ai为各阶逼近曲线的相关因数；偶00为第i阶曲线的方程。
在对中目标方程中，由于各厂生产工具的差异，在弧形带齿以及高度支撑辊、V型
槽等设备的尺寸上会有所不同，那么在应用对中目标方程之前，要进行工具的测量，以保证
对中目标方程移植的正确性。
根据对中目标方程j^;) = , !E^ x (areten ^-1 —旬+ , f Q<ft w将当前需
要对中的芯棒毛管的调整值计算出来，然后由位移的闭环控制来实现v型槽高度调整。 在实际生产中，对中方程内的&和K2分别是主项与矫正项的权值系数。在实际生 产时，这两个权系数是由工艺人员通过比较芯棒在打头机上穿插毛管和Pilger环的实际 对中情况来确定的，可以在HMI上进行调节。 经过上述步骤，即完成了芯棒毛管及Pilger环的对中设定值计算，然后通过执行 机构将V型槽、芯棒支撑辊调整到相应的设定高度即可。 本方法适用于Pilger周期式轧制工艺的毛管、芯棒、Pilger环在打头机前后台的 对中操作。 在实际生产时，首先进行毛管与Pilger环的对中程序，由对齐小车及推靠缸根据 毛管的实际长度，经过PLC运算转化为前两者的行程，利用位置闭环引导至设定位，然后将 毛管顶压在Pilger环内侧。 在主算法完成目标调节转数的计算后，利用各个主要规格的毛管直径对应值，通 过四阶状态空间方程逼近弧形带齿的固有调节曲线，作为验算和矫正的附加值。
即使同样规格的管坯，但因管坯温度、质量、喂入穿孔机时轧辊咬钢的受力面等等 因素的影响，毛管的实际长度、直径、偏心度、头尾形状等参数都会有所不同。于是，在调节 对中的时候，模型计算出的值要进行合理的整合。通过在HMI上调节计算值和矫正值各项 的加权系数，对中调节的高度目标会产生变化。
本方法确保了基于Pilger周期式无缝钢管轧制工艺在芯棒毛管和Pilger环穿插 的成功率，在计算目标调整值的过程中充分考虑了现实生产关系，将计算与矫正、实际与理 论紧密的结合在一起。由于对中这个步骤在整个工艺中具有很高的重要性，所以也使得本 发明具有了显著的现实意义。同时，由于采用了双重计算加权的方式，这样既保证了计算的 高精度，又保证了人工操作的便捷性，达到本领域内的先进水平。
权利要求
一种基于Pilger周期式无缝轧管工艺的毛管芯棒对中方法，其特征在于所述方法包括下列步骤A、通过曲线逼近方法计算矫正曲线方程T′(x)； <mrow><msup> <mi>T</mi> <mo>′</mo></msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>φ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，ai为各阶逼近曲线的相关因数；为第i阶曲线的方程；B、使用对中目标方程计算编码器目标值T(x)， <mrow><mi>T</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <msub><mi>K</mi><mn>1</mn> </msub> <mi>πd</mi></msup><mo>/</mo><mn>180</mn><mo>×</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac><mrow> <mfrac><mrow> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>x</mi></mrow><mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>H</mi><mn>0</mn> </msub></mrow><mrow> <msub><mi>H</mi><mn>0</mn> </msub> <mi>cot</mi> <mi>θ</mi></mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>θ</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msub><msup> <mi>T</mi> <mo>′</mo></msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中x为待定毛管直径；K1为主项权值系数；K2为矫正项权值系数；d为弧形带齿的齿缘1/2处所对应的直径；H0为支撑轴的连接杆在弧形带齿处于基准位时与打头机压下缸的中心距；D0为标准芯棒直径；θ为支撑轴的连接杆在弧形带齿处于基准位时与水平方向的夹角；ai为各阶逼近曲线的相关因数；为第i阶曲线的方程；C、将编码器目标值T(x)转换为v型槽的高度值，进行调整。F2009101913302C0000012.tif,F2009101913302C0000014.tif
全文摘要
本发明公开了一种基于Pilger周期式无缝轧管工艺的毛管芯棒对中方法，所述方法包括下列步骤A、通过曲线逼近方法计算矫正曲线方程T′(x)；B、使用对中目标方程计算编码器目标值T(x)，C、将编码器目标值T(x)转换为v型槽的高度值，进行调整。本发明根据Pilger轧机在无缝钢管轧制时的工艺要求，通过以角位移代换的方式，于生产过程中之间建立起动态调整计算关系，同时考虑到人机交互的特点，把当前规格的输入控制在合理的范围之内。在对中计算的精确程度上，采用的是“计算+矫正”的双重配值方案。这种双重配值方案得出的计算参数，在对中方面可以达到很好的效果。
文档编号B21B21/00GK101698194SQ200910191330
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者刘喆 申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司