专利名称：一种新型的轧机刚度计算方法
技术领域：
本发明属于金属加工板带产品轧制技术领域，涉及一种新型的轧机设备刚度设定计算方法，尤其是在线设定计算控制系统；同时，本发明还涉及一种反馈自适应计算方法。
背景技术：
金属在轧制时，由于轧辊和轧件相互作用，产生巨大的作用力，该作用力引起轧机的变形，轧机的变形量计算采用胡克定律，即
AS = P/M
其中，P为轧制压力，M为轧机刚度。轧机刚度M的计算精度决定了生产时自动控制的辊缝设定精度，也是反馈控制厚度计算的基础。生产时自动控制辊缝设定计算模型如下 S = h - P/M (1)
(1)中，S为设定辊缝，h为预设定出口厚度，P为预设定轧制力，M为预计算轧机刚度。反馈控制厚度计算模型如(2 ) h = S + P/M (2)
(2)中，S为实测辊缝，P为实测轧制力，M为实际计算刚度。( 1)、(2)式是板材生产自动控制的基础方程，这两个方程都要用到轧机刚度，轧机刚度的精度决定了生产的控制精度，也决定了后续反馈自适应计算厚度的精度。轧机刚度计算是一个比较复杂的过程，其精确测定很困难。轧机刚度是轧件宽度和轧制压力的函数，即
M = f(B, P) (3)
(3)中，B为轧件宽度，P为轧制压力。目前还没有精确的数学模型能够精确描述轧机刚度随着轧件宽度变化以及轧制压力变化的变化规律。国内的做法一般是通过轧制铝板或者铜板获得相应的回归曲线。(2)式可变化为
M = P/(h - S) (4)
在(4)中，如果通过一定的方法获得P，h以及S的数值，就可以获得轧机刚度的数值。 该方法从理论上是可行的，但是需要按照一定的计划进行编排，而且测量过程不可避免地出现测量偏差。其宽度编排是按照轧机能够生产的板材宽度编排，每隔200-300mm设置一个宽度点；对于3000mm轧机，其厚度规格最少要8个，宽度规格要10个以上，即需要80个规格的铝板或者铜板轧制才能确定轧机刚度M随着宽度和厚度规格变化的趋势。由于铝板或者铜板的价格昂贵，这对于板带材生产企业是难以做到的，而且该方法也只有相对的精度，很难覆盖生产中可能遇到的规格。国外发达国家的板带材生产企业，由于其工业化早，很多板带材生产企业积累了大量的生产数据，可从(4)反算出轧机的刚度，从而用于工业控制。国外很多相关企业都是采用这种经验数据方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出了一种新的方法，建立了轧机刚度随轧件宽度和轧制压力变化数学模型，不需要经验数据就可以获得高精度轧机刚度的方法。轧机的弹性变形是一个复杂的模型。轧机由多个机械装置组成，重要的轧机组成设备包括辊系(工作辊和支撑辊)、轴承座、压下螺丝、液压缸、球面垫、垫板等。轧机的变形就是以上机械设备变形的总和，轧机的变形同时受到轧制压力和轧件宽度的影响，确定二者的影响模型，是一个难点。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
首先从理论上计算出轧机刚度随着轧制压力和轧件宽度变化的变化规律，然后通过现场测量，采用Cramer法则动态计算出轧制刚度随轧制压力变化的物理规律，通过二者结合的方法，获得高精度的轧机刚度算法模型。从材料力学可以推导出在一定的轧制压力和轧件宽度下的轧机变形模型
权利要求
1.一种新型的轧机刚度计算方法，用于计算板带轧机(含中厚板轧机、热连轧轧机、热轧炉卷轧机、冷连轧轧机、冷轧可逆式轧机)的刚度，其特征在于所述方法包含轧机机械参数格式文件、配套轧机刚度测试方法、配套数据接口、轧机弹性变形计算模块、轧机理论刚度计算模块、轧机刚度测试数据处理模块、轧机刚度计算模块、轧机刚度补偿模块；所述轧机机械参数格式文件，根据工厂轧机设备的实际情况进行数学建模，用于为轧机刚度的理论计算提供原始数据；所述配套轧机刚度测试方法，实地测量在不同轧制力条件下，轧机的实际弹跳变化情况；所述配套数据接口，从外部获得计算轧机刚度所需各种数据； 所述轧机弹性变形计算模块，根据输入的轧机机械参数，计算不同板带材宽度和理论轧制力时，轧机的弹性形变量；所述轧机理论刚度计算模块，根据轧机弹性变形计算模块的计算结果，板带材宽度对轧机刚度的影响曲线；所述轧机刚度测试数据处理模块，对从轧机刚度测试中采集到的数据进行处理，包括有效性校验、滤波、计算；该模块可以计算出不同实际轧制力对轧机刚度的影响曲线；所述轧机刚度计算模块，根据板带材宽度、轧制力对刚度的影响曲线，计算在实际轧制条件下的轧机刚度；所述轧机刚度补偿模块，用于补偿在不同工业条件下的轧机刚度。
2.根据权利要求1所述轧机刚度计算方法，其特征在于对于特定的板带轧机，其机械参数格式文件通过数学建模确定，且不会发生变化。
3.根据权利要求1所述轧机刚度计算方法，其特征在于必须通过配套的轧机刚度测试方法能精确地获得实际轧制力对轧机刚度的影响曲线。
4.根据权利要求1所述轧机刚度计算方法，其特征在于对于机械参数信息不完整的板带轧机，可通过单独计算其辊系弹性变形推算出轧机的弹性变形。
5.根据权利要求1所述轧机刚度计算方法，其特征在于轧机刚度测试数据处理模块可以在线完成计算，计算出不同实际轧制力对轧机刚度的影响曲线。
6.根据权利要求1所述轧机刚度计算方法，其特征在于轧机刚度计算模块计算的轧机刚度会因不同的实际轧制条件而发生动态变化；轧机刚度计算模块的计算方法有微分形式、差分形式和积分形式。
7.根据权利要求1所述轧机刚度计算方法，其特征在于可以根据工业现场的实施效果调节轧机刚度补偿模块，达到更高的计算精度。
8.一种利用权力1至7的任意一项所述轧机刚度计算方法，其特征在于，包含以下步骤步骤A 根据板带轧机的设备情况建模，确定轧机机械参数格式文件； 步骤B 按照配套的轧机刚度测试方法要求，编写轧机刚度测试程序； 步骤C 使用轧机弹性变形计算模块，计算不同板坯宽度情况下，轧机的理论弹性形变；步骤D 使用轧机理论刚度计算模块，计算板带材宽度对轧机刚度的影响曲线； 步骤E 运行轧机刚度测试程序，对板带轧机实施刚度测试并收集测试数据；步骤F 使用轧机刚度测试数据处理模块，计算实际轧制力对轧机刚度的影响曲线； 步骤G 使用轧机刚度计算模块，根据实际轧制条件计算轧机刚度； 步骤H 使用轧机刚度补偿模块，补偿不同工业条件下的轧机刚度； 步骤I 结束。
全文摘要
本发明揭示了一种新型的轧机刚度计算方法，属于金属加工板带产品轧制技术领域。本发明通过对轧机设备的数学建模获得板带材宽度对轧机刚度的影响；通过配套的轧机刚度测试方法和数据处理方法获得实际轧制力对轧机刚度的影响。综合考虑这两种影响后，可精确计算轧机刚度，进而用于辊缝设定计算以及厚度计算，实现高精度的板带材轧制自动控制。
文档编号B21B38/00GK102179414SQ201110053608
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者杨雁青, 王 琦, 罗文涛 申请人:上海优控科技有限公司