专利名称：Vc轧辊套筒内辊型曲线设计方法
技术领域：
本发明属于VC轧机生产工艺技术领域，特别涉及一种适合于VC轧辊以塌陷位移抑制为目标的VC轧辊套筒内辊型曲线设计方法。
背景技术：
如附图
I所示，VC轧辊由旋转接头I、芯轴2、套筒3、油腔4以及孔道5等五个部分组成。在轧制过程中，通过控制VC轧辊油腔内部液压油的压力可以调整套筒的外廓形状。当油压连续变化时，就会得到连续的辊面凸度变化。选择不同的油压，就可获得不同的
辊凸度，以补偿轧辊的挠度，实现板形控制。与此同时，正是由于油腔4的存在，所以在轧制过程中，当受到辊间压力作用时，套筒除了产生一个整体挠度之外(类普通实心轧辊)，还将在受力区域产生一个塌陷位移6 (如附图I中的虚线部分所示)。塌陷位移6与VC辊油压凸度相叠加，使得VC辊实际辊型按照轧制压力的大小分别如附图2、附图3、附图4、附图5所示形状分布。当实际辊型达到附图4、附图5所示状态时，将会给轧机出口带材带来较为严重的双边浪板形缺陷。以往VC辊轧机主要是用于小轧制压力的铝带、铜带等有色金属的轧制，塌陷位移对板形控制的影响几乎可以忽略。近年来，随着板带工业的快速发展，VC辊轧机因其板形控制手段灵活且响应速度快，已经逐步从小轧制压力的有色金属轧制向轧制压力相对较大的黑色金属轧制发展，塌陷位移对板形控制的影响已经不可忽视，并成为VC辊轧机进一步推广应用的“瓶颈”。这样，如何在不影响VC辊轧机板形控制能力的前提下解决塌陷位移的负面影响问题就成为现场攻关的重点。为此，本发明专利在大量的现场调研与理论研究的基础上，充分结合VC轧机的设备与工艺特点，提出了一套VC辊内辊型优化设计技术，通过对VC轧辊套筒内凸式辊型的设计，使得轧机在大轧制压力轧制时，VC辊套筒内壁与芯轴表面出现局部接触，从而将套筒的塌陷位移控制在允许的范围内、抑制双边浪等板形缺陷的发生，提高VC轧机的板形控制范围，进一步拓宽VC轧机的应用领域。参考文献[I]白振华.平整轧制工艺模型[M].北京中国冶金出版社，2010 :117^156； [2]白振华，连家创.VC轧机板形控制关键技术的开发与研究[J].中国机械工程，2003，14(15) :1287 1289 ; [3]白振华，连家创，杨杰.可变凸度轧辊(VC辊)在不同油压下的凸度分布曲线[J].机械工程学报，2002，38 (6):156^158 ； [4]白振华，杨杰.VC轧机板形控制及辊型优化技术的研究[J].重型机械，2004，(2):29 33)。
发明内容
本发明的目的是提供一种VC轧辊套筒内辊型曲线设计方法，本发明的方法通过对VC辊套筒内辊型曲线的优化设计来控制VC辊轧机在大轧制压力下筒壁的塌陷量，从而抑制双边浪等板形缺陷的发生，提闻成品带材的板形精度。为实现以上目的，本发明采用以下技术方案一种适合于VC轧辊的套筒内辊型曲线设计方法，包括以下可由计算机执行的步骤(计算框图见附图6):
(a)收集VC轧机的设备特征参数，主要包括工作辊与支撑辊直径Dw，Db、工作辊与支撑辊原始辊型分布值ADwi, ADbi、工作辊与支撑辊辊身长度L1, L2、工作辊内外弯辊缸距I21, I22、压下螺丝中心矩I1^C辊套筒最大内直径Dt、VC辊套筒外半径ri、VC辊油腔宽度Lt、VC辊油腔半宽1、VC辊芯轴直径DXZ、VC辊套筒的弹性模量Et、VC辊芯轴的弹性模量EXZ、VC辊套筒的泊松比μ t、VC辊芯轴的泊松比μ χζ ；(b)收集带材关键轧制工艺参数，主要包括:m组典型规格产品带材屈服极限O sk、来料带材的厚度Hk及其横向分布值Hik、来料板形的横向分布值Lik、带材的宽度Bk、平均后张力TQk、平均前张力Tlk、轧制力Pk、轧制速度vk、内弯辊力Slk、外弯辊力S2k、油压pk，延伸率标准值Stlk，带材的弹性模量Ek，带材的泊松比Uk，各规格带材在总产量中的比重ak，用户允许产品最大板形所对应的前张力横向分布差Hmax，相关参数中下标i代表带材在横
向的条元号，i = I, 2, ···, η, η为带材总的条元数,下标k代表典型规格产品的编号，k =I, 2,…，m, m为典型规格产品的总数；(C)给定内辊型综合优化目标函数的初始设定值Gtl= LOXIOici;(d)以a、b为内辊型曲线参数和优化变量，设定内辊型曲线方程为
J)Ay') = Dt+a*(l-cm(h·^))，y为VC辊沿辊身方向长度；a，b为VC辊内辊型曲线的特征
Lt
系数，Dtn(y)为VC辊内辊型分布曲线；(e)优化计算出内辊型优化曲线参数，包括以下可由计算机执行的步骤(如附图7所示)el)给定初始曲线参数XQ={aQ，b。};e2)设定第k个典型规格产品轧制压力横向分布初始值q’ i0k ;e3)定义nlk、n2k为套筒与芯轴局部接触时接触部位起始点与终止点的分段数，且
赋初始值~ + 1 =營—Ue4)根据带材乳制压力横向分布值q’ i(lk、棍间压力横向分布值qik给出内外弯棍力
η
分别为Slk与Sa时工作辊的挠度表达式Λ* =EhV^-—纥》) —一化# (式中，Wij
J=I
为j段载荷引起i段工作辊挠度的影响系数、Wsli为内弯辊影响系数、Ws2i为外弯辊影响系数);e5)将辊间压力横向分布值qik带入VC辊型支撑辊的挠度表达式，表达如下
η
frn =YMc^b P< (式中，bu为j段载荷引起i段支撑辊挠度的影响系数，bpi为支撑辊
i=i
影响系数);e6)计算VC辊油压为pk时支撑辊的空载凸度，基本模型为
^Dbpac = C'S 1-3^] +2^1 ，1^为乂(棍套筒内半径>.DtnQO .
—\ 1 J K1J& — 2 ，e7)引入套筒与芯轴局部接触时接触部位的变形协调方程
nnikn2k
+ Σμ 讲—= (A, — Dxz)/2+ YjCljqzjk，I = nlk,n2k，并计算接触部位的作
j=1J=nIt用力分布(式中，\为j段载荷引起i段位移的影响系数；cu为j段载荷引起i段挠曲的影响系数；Dti为VC辊套筒内径；fybik为套筒与芯轴接触部位的弹性压扁)；e8)计算带材轧制压力横向分布值q’ i(lk、棍间压力横向分布值qik、接触部位作用力分布q_、内外弯辊力分别为Slk与S2k、VC辊油压为pk时VC辊的塌陷位移fik，表达式为
权利要求
1.ー种VC轧辊套筒内辊型曲线设计方法，其特征是包括以下可由计算机执行的步骤 (a)收集VC轧机的设备特征參数，主要包括工作辊与支撑辊直径Dw，Db、工作辊与支撑辊原始辊型分布值ADwi, ADbi、工作辊与支撑辊辊身长度L1, L2、工作辊内外弯辊缸距I21, I22、压下螺丝中心矩I1JC辊套筒最大内直径Dt、VC辊套筒外半径ri、VC辊油腔宽度Lt、VC辊油腔半宽1、VC辊芯轴直径DXZ、VC辊套筒的弹性模量Et、VC辊芯轴的弹性模量EXZ、VC辊套筒的泊松比μ t、VC辊芯轴的泊松比μ χζ ； (b)收集带材关键轧制エ艺參数，主要包括:m组典型规格产品带材屈服极限Osk、来料带材的厚度Hk及其横向分布值Hik、来料板形的横向分布值Lik、带材的宽度Bk、平均后张カTQk、平均前张カTlk、轧制力Pk、轧制速度vk、内弯辊カSlk、外弯辊カS2k、油压pk，延伸率标准值Stlk，带材的弹性模量Ek，带材的泊松比μ k，各规格带材在总产量中的比重ak，用户允许产品最大板形所对应的前张カ横向分布差Hmax，相关參数中下标i代表带材在横向的条元号，i = 1，2，…，η, η为带材总的条元数,下标k代表典型规格产品的编号，k = I, 2,…，m,m为典型规格产品的总数； (c)给定内辊型综合优化目标函数的初始设定值Gtl= LOXIOki ； Cd)以a、b为内辊型曲线參数和优化变量，设定内辊型曲线方程为
2.根据权利要求I所述的VC轧辊套筒内辊型曲线设计方法，其特征是所述优化计算出内辊型优化曲线參数，包括以下可由计算机执行的步骤 el)给定初始曲线參数Xci= {aQ, b0}； e2)设定第k个典型规格产品轧制压力横向分布初始值q’ i0k ； e3)定义nlk、n2k为套筒与芯轴局部接触时接触部位起始点与终止点的分段数，且赋初始值
全文摘要
本发明涉及一种VC轧辊套筒内辊型曲线设计方法，经过大量的现场试验与理论分析，充分结合VC轧机的设备与工艺特点，针对VC辊轧机在大轧制压力轧制时，套筒塌陷位移抵消VC辊油压凸度、减弱轧机的板形控制效果、并引起成品带钢产生双边浪板形缺陷的问题，通过对VC轧辊套筒内凸式辊型的计算机优化设计，使得轧机在大轧制压力轧制时，套筒内壁与芯轴表面出现局部接触，从而将套筒的塌陷位移控制在允许的范围内、抑制双边浪等板形缺陷的发生，提高VC轧机的板形控制范围，进一步拓宽了VC轧机的应用领域。
文档编号G06F17/50GK102819637SQ20121027321
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者白振华, 李经洲, 马续创, 王瑞, 冯彬 申请人:燕山大学