一种改善矫直机力能参数预报的方法及系统技术方案

本发明专利技术一种改善矫直机力能参数预报的方法和系统，该方法的步骤为：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；根据梁弯曲积分理论，计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；根据计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；根据压下位移与实际压下位置的误差，利用优化算法调整修正反弯曲率和矫直入口倾斜角，使误差逼近至小于设定的目标值；根据计算结果判断是否存在由于矫直辊抬起而与带钢不接触的情况,如有未接触情况，删除未接触矫直辊，改变矫直辊数量，重新计算，否则计算结束，输出结果，该方法和系统可使矫直辊参数提高到95％的预报精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属中厚板生产线矫直处理领域，特别涉及一种改善矫直机力能参数预报的方法及系统。
技术介绍
矫直机是布置在中厚板轧制线上，用于消除钢板在轧制过程中出现的单面和双面浪形弯曲，提高钢板不平度精度，消除残余应力的关键设备。随着国内轧钢技术的不断发展，控冷控轧技术的应用，对被矫直钢板宽度、厚度、平直度以及钢材屈服极限的要求不断提高，对矫直机的性能要求也越来越高。中厚板生产已经从单纯产量的竞争，发展到产品质量和规格品种的竞争上。对矫直设备在承载能力、刚度、功能、矫直质量和自动化程度等各方面都提出了更高的要求，矫直理论研究也更加深入，涉及到结构参数、力能参数和工艺参数等三个方面，由于矫直工序的主要作用是改善板形，提高板材质量。因此，目前对矫直理论主要集中在矫直方案、辊系结构、曲率分布、残余应力、弯辊及压下工艺等对矫直质量的影响及规律等方面的研究。整体理论也是从曲率的研究开始的，在以往的研究中，曲率解析大致分为实验法、基于梁弯曲的理论方法、有限元法以及曲率积分法四类。实验法是指在矫直理论尚不成熟阶段时在小型矫直实验机上展开大量实验，将矫直效果好的数据保留下来并进行数据回归处理，从而得到经验公式。这种方法的应用主要是以日本学者为代表，实验法得到的公式一般比较简单，能够一定程度地描述曲率和压下量之间的关系，对矫直生产中进行力能参数验证具有一定的意义，但是模型受到实验条件的限制，从而使得其应用范围得不到推广。此外，公式的系数选择也依赖经验，这些条件对于精确分析曲率分布是不利的。基于梁弯曲的理论方法主要是国内崔甫将板材当作简支梁，并将板材的弹复挠度和残留挠度之和作为其压弯挠度，用解析法求解弹复挠度，以残余曲率为自变量的挠度函数求解残留挠度。他认为在辊式矫直机上两个简支点为零弯矩点，因此各辊处的压下量可近似地按该辊处的压弯挠度与其前后相邻二辊压弯挠度之半相加来计算。黄雨华等采用与崔甫类似的方法，将相邻两辊之间的零弯矩点作为虚拟支点并结合传统矫直理论推导出一些新的曲率和压下量的计算公式。周存龙等和金满霞根据梁的弹塑性弯曲理论，推导了板材的弹复挠度和残余挠度，得到了反弯挠度的简化计算公式。这些研究方法的假设使计算模型简单、快速，但与实际的矫直过程有一定的偏差。有限元法是随着计算机硬件和软件的升级以及有限元技术的发展，越来越多的研究者利用有限元软件直接建立带钢或板材的矫直模型进行模拟，从后处理中得到矫直过程中板材的反弯和残余应力场以及矫直力的分布，某些有限元结果与现场数据吻合得比较好。要得到精确的结果需要进行大量的数据模拟计算，而在仿真的过程中会浪费大量资源，如果试图基于这种方法研究矫直原理并进行量化曲率等参数，则后续对结果数据的回归处理比较繁琐，因此不适合工程应用，但是可以作为验证理论模型的虚拟实验手段。考虑了以上三种方法后，发现都存在局限性，经过分析后，曲率积分法是目前研究板材矫直过程的有效方法，其特点是考虑了板材与矫直辊的接触角与矫直过程中板材的反弯曲率的相互影响，目前的研究大都是对曲率积分模型进行迭代循环的求解，求解过程中如果出现不收敛的情况，则修正所给定的初始值，但是这种修正原则不好确定，同时，还存在接触角和压下量两次迭代循环，增加了迭代收敛的难度。为了解决现有技术存在的问题，CN102455662公开了一种热轧板带矫直机矫直参数优化设定方法，该方法实现了矫直参数的半自动预设功能，为操作人员提供统一的矫直参数设定值，提高矫直机的操作水平、矫直质量和生成效率，但是该现有技术仍没有解决存在接触角和压下量两次迭代循环，增加迭代收敛难度的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法能够解决目前的控制效果不高的问题。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术一方面提供一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法包括如下步骤：S1：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；S2：计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；S3：根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；S4：计算压下位移与实际压下位移的误差，并与误差阈值范围进行比较，如果误差不在误差阈值范围内，则进行步骤S5，如果误差在误差阈值范围内，则进行步骤S6；S5：调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，重复步骤S2～S4；S6：判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，则进行步骤S7，如不存在未接触情况，则进行步骤S8；S7：删除未接触矫直辊，改变矫直辊数，重复步骤S2～S6；S8：计算结束，输出结果。进一步的改进，通过公式一计算出各矫直辊的矫直力其中，s_f(i)为第i辊的矫直力，l(i)为第i辊的矫直辊中心距，M(i-1)、M(i)、M(i+1)分别为第i-1、i和i+1辊的弯矩。进一步的改进，步骤S2计算出各矫直辊的矫直力具体包括以下几个步骤：S21：初始化首辊入口的倾斜角、残余曲率、残余应力及第i辊的反弯曲率，i为2-N辊，N为总矫直辊数；S22：从第二辊开始，按照步骤P1-P2计算出各矫直辊的应力、应变、弯矩、残余曲率和残余应力；P1：根据初始化第i辊的反弯曲率，及第i-1的残余曲率和残余应力，计算带钢在第i辊下沿厚度方向分层的各层应力、应变和弯矩；σ＝ε·E+σ0；M＝σ·y标·Δy；其中，ε为应变，y标为厚度方向坐标，ρx为曲率半径，Aw为反弯曲率，σ为弹性应力，E为弹性模量，σ0为残余应力，M为弯矩，Δy为单元长度；P2：根据P1步骤计算得到的各层弯矩求和，得到第i辊下弯矩M(i)和第i辊下的残余曲率Ac(i)和残余应力σ0(i)；M(i)＝∑(σ·y·Δy)；Ac(i)＝Aw-Af；σ0(i)＝σ-Af·E·y标；其中，Af为弹复曲率，I为截面惯性距；S23：根据公式一计算各矫直辊下的矫直力。进一步的改进，第i辊的压下位移是通过公式二计算得到的，具体步骤为：等间距划分矫直辊间曲率半径ρx，求出对应弯矩M(x)，根据弯矩线性分布，求出对于x位置，曲率半径对x积分得到倾斜角θ，倾斜角θ对x积分得到矫直辊间各压下位移，记为ω(x)，其中，θ(x)＝∫ρxdx+θ0，ρx为曲率半径，θ0为初始化矫直入口倾斜角，利用求解，Mt为弹性极限弯矩，ρ0为残余曲率半径，At为弹性极限曲率，根据M(x)在辊间线性分布可以求出ρx对于的x位置，离散积分可求ω(x)。进一步的改进，实际压下位移是通过公式三计算得到的：其中，y_real(i)为第i辊的实际压下位移；Redu(i)为第i架的压下量；s_f(i)为第i辊的矫直力；Bounce_Coef为轧辊的刚度系数；Yframe(i)为第i辊的轧机弹跳位移。第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)是通过如下步骤计算得到的：S31：根据力矩平衡，计算前后机架牌坊的受力；S32：前后机架牌坊的受力除以机架刚度得到牌坊位置处的位移；S33：线性插值得到第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)。进一步的改进，步骤S4通过LM算法求解方程，具体步骤如下：S41：设定初始输入反弯曲率Aw有N-1个，并计算N-1各矫直辊的压下位移与实际压下位移误差y误，建立位移协调方程，从第2～N辊，共N-1个输出；即输入视为Aw1，......，Awn-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；S2：计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；S3：根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；S4：计算压下位移与实际压下位移的误差，并与误差阈值范围进行比较，如果误差不在误差阈值范围内，则进行步骤S5，如果误差在误差阈值范围内，则进行步骤S6；S5：调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，重复步骤S2～S4；S6：判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，则进行步骤S7，如不存在未接触情况，则进行步骤S8；S7：删除未接触矫直辊，改变矫直辊数，重复步骤S2～S6；S8：计算结束，输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；S2：计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；S3：根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；S4：计算压下位移与实际压下位移的误差，并与误差阈值范围进行比较，如果误差不在误差阈值范围内，则进行步骤S5，如果误差在误差阈值范围内，则进行步骤S6；S5：调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，重复步骤S2～S4；S6：判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，则进行步骤S7，如不存在未接触情况，则进行步骤S8；S7：删除未接触矫直辊，改变矫直辊数，重复步骤S2～S6；S8：计算结束，输出结果。2.如权利要求1所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，通过公式一计算出各矫直辊的矫直力其中，s_f(i)为第i辊的矫直力，l(i)为第i辊的矫直辊中心距，M(i-1)、M(i)、M(i+1)分别为第i-1、i和i+1辊的弯矩。3.如权利要求2所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，步骤S2所述计算出各矫直辊的矫直力具体包括以下几个步骤：S21：初始化首辊入口的倾斜角、残余曲率、残余应力及第i辊的反弯曲率，i为2-N辊，N为总矫直辊数；S22：从第二辊开始，按照步骤P1-P2计算出各矫直辊的应力、应变、弯矩、残余曲率和残余应力；P1：根据初始化第i辊的反弯曲率，及第i-1的残余曲率和残余应力，计算带钢在第i辊下沿厚度方向分层的各层应力、应变和弯矩；σ＝ε·E+σ0；M＝σ·y标·Δy；其中，ε为应变，y标为厚度方向坐标，ρx为曲率半径，Aw为反弯曲率，σ为弹性应力，E为弹性模量，σ0为残余应力，M为弯矩，Δy为单元长度；P2：根据P1步骤计算得到的各层弯矩求和，得到第i辊下弯矩M(i)和第i辊下的残余曲率Ac(i)和残余应力σ0(i)；M(i)＝∑(σ·y·Δy)；Ac(i)＝Aw-Af；Af=M(i)E·I;]]>σ0(i)＝σ-Af·E·y标；其中，Af为弹复曲率，I为截面惯性距；S23：根据公式一计算各矫直辊下的矫直力。4.如权利要求3所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述第i辊的压下位移是通过公式二计算得到的，具体步骤为：等间距划分矫直辊间曲率半径ρx，求出对应弯矩M(x)，根据弯矩线性分布，求出对于x位置，曲率半径对x积分得到倾斜角θ，倾斜角θ对x积分得到矫直辊间各压下位移，记为ω(x)，ω(x)＝∫θ(x)dx公式二其中，θ(x)＝∫ρxdx+θ0，ρx为曲率半径，θ0为初始化矫直入口倾斜角，利用求解，Mt为弹性极限弯矩，ρ0为残余曲率半径，At为弹性极限曲率，根据M(x)在辊间线性分布可以求出ρx对于的x位置，离散积分可求ω(x)。5.如权利要求4所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述实际压下位移是通过公式三计算得到的：其中，y_real(i)为第i辊的实际压下位移；Redu(i)为第i架的压下量；s_f(i)为第i辊的矫直力；Bounce_Coef为轧辊的刚度系数；Yframe(i)为第i辊的轧机弹跳位移。6.如权利要求5所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)是通过如下步骤计算得到的：S31：根据力矩平衡，计算前后机架牌坊的受力；S32：前后机架牌坊的受力...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟新，伍延平，唐超，
申请(专利权)人：北京冶自欧博科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11