一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法技术

本发明专利技术公开了一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，涉及轧制过程自动化生产技术领域。该方法考虑了入口油膜挤压效应，将轧辊垂向振动速度引入油膜厚度计算公式，获得动态入口油膜厚度，并结合粗糙度分布假设，计算变形区摩擦应力分布随时间的变化情况；考虑了轧辊垂向振动速度的卡尔曼微分方程推导，并带入变形区摩擦应力分布，计算动态轧制力及由轧辊垂向振动引发的轧制力波动量；根据轧辊、轧件和牌坊间的受力关系，建立轧机系统的垂向振动动力学方程，然后采用Newmark

【技术实现步骤摘要】
一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法


[0001]本专利技术涉及轧制过程自动化生产
，具体涉及一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法。

技术介绍

[0002]轧机振动是板带材生产中普遍存在和亟待解决的问题。高速轧制薄规格高强钢时，由于工艺参数、设备状态和控制系统的强耦合、非线性，轧机常常出现各种通过调整工艺参数难以消除的异常振动，例如轧机垂直方向的自激振动。轧机垂直方向的自激振动会导致带钢和轧辊表面出现周期性振纹，严重影响了产品质量；而且轧机垂直方向的自激振动也会加剧轧辊和轴承的磨损，甚至造成断辊断带，威胁工作人员的生命安全。轧机垂直方向的自激振动产生的原因是在轧机结构动态变化和轧制过程相互作用中，工艺参数改变造成轧制界面等效阻尼和刚度发生了变化，导致界面等效阻尼变小。若轧件
‑
轧机系统总阻尼为负，则系统不断从传动装置吸收能量，使轧辊振幅不断增大，将导致轧制过程失稳。
[0003]针对高速轧制过程中不断出现的轧机垂直方向的自激振动问题，研究人员做了许多的相关研究。但这些研究主要存在有两个方面不足：(1)假定振动过程中轧制界面的摩擦状态不变。然而，实际上轧机垂直方向的自激振动会造成界面润滑状态发生周期性变化，这种变化会随着振动加剧而更加明显，若不考虑此变化将会导致对自激振动判定的准确度降低。(2)利用卡尔曼微分方程计算振动发生时的轧制力，由于未考虑轧辊垂向振动速度的影响，所得结果不够精确。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，可根据现有轧制规程和轧机结构参数对轧制界面润滑状态变化和动态轧制力进行计算，并能够更精准地预测出轧制过程中的轧机稳定性，进而避免因轧制速度过高或轧制规程制定不合理引发的轧机垂直方向的自激振动，达到提高带钢表面质量和轧制过程稳定运行的目的。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，该方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：采集相关参数，包括带钢参数、润滑油参数、轧制工艺参数以及轧机结构参数；
[0008]步骤2：根据带钢参数、轧辊辊径和轧辊垂向振动速度计算变形区动态接触弧长，沿轧制方向将变形区进行离散化处理，并计算所述离散化处理后获得的各微元体的平均变形抗力；
[0009]步骤3：利用一维Reynolds方程计算动态入口油膜厚度；
[0010]步骤4：结合步骤3中获得的动态入口油膜厚度和Christensen粗糙度分布假设，计算变形区摩擦应力分布；
[0011]步骤5：对卡尔曼微分方程进行改进，将步骤4中获得的摩擦应力分布代入改进的卡尔曼微分方程求解由轧辊垂向振动引发的轧制力波动量ΔP1；
[0012]步骤6：根据机架间张力关系计算振动导致的后张力变化量以及由后张力变化引发的轧制力波动量ΔP2；
[0013]步骤7：根据各轧机各部件间的受力关系和轧制力波动总量ΔP＝ΔP1+ΔP2，建立轧机系统的垂向振动动力学方程并求解，得到轧辊位移和速度响应，从而预测出轧制过程的稳定性。
[0014]进一步地，根据所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，所述带钢参数包括：带钢牌号、带钢宽度和热轧来料厚度；所述润滑油参数包括润滑油黏度和黏压系数；所述轧制工艺参数包括：机架间前后张力、各道次轧制速度、各道次带钢入口速度、各道次带钢出入口厚度；所述轧机结构参数包括：轧辊质量、轧辊材质、轧辊辊径、轧辊长度、轧机刚度系数、轧机各部件阻尼系数、牌坊质量；所述的轧机刚度系数包括轧辊刚度系数和牌坊刚度系数。
[0015]根据所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，所述步骤2进一步包括如下步骤：
[0016]步骤2.1：根据带钢出入口厚度、轧辊辊径和轧辊垂向振动速度求解变形区动态接触弧长；
[0017]步骤2.2：沿轧制方向将变形区进行离散化处理，获得若干微元体；
[0018]步骤2.3：根据带钢材质和微元体厚度利用变形抗力模型计算得到各微元体的平均变形抗力。
[0019]进一步地，根据所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，所述动态接触弧长l的计算公式如下：
[0020][0021]上式中，l为动态接触弧长；R为轧辊压扁半径；y
in
和y
out
为带钢入口和出口厚度；θ为咬入角变化量；v
y
为轧辊垂向振动速度，速度向上为正；v
out
为带钢出口速度。
[0022]进一步地，根据所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，所述步骤3中所述利用一维Reynolds方程计算动态入口油膜厚度的方法为：
[0023]考虑挤压效应的一维Reynolds方程如下式所示：
[0024][0025]上式中，h1为入口区油膜厚度；x
f
为距入口出距离；p为变形区轧制压力分布；η为不同压力下的润滑油黏度；v为带钢和轧辊的平均速度；t为时间；
[0026]由于入口区油膜压力较小，润滑油黏压公式采用Barus公式，如下所示：
[0027]η＝η0e
γp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0028]引入无量纲参数φ：
[0029][0030]上式中，γ为Barus公式的黏压系数；p为变形区轧制压力分布；η0为大气压下的润滑油黏度；
[0031]对一维Reynolds方程积分并用v
y
＝0时的稳态结果替换积分常数，可以得到：
[0032][0033]上式中，α为咬入角；为咬入角变化速率；σ
b
为带钢后张力；当x
f
趋于无穷大时，润滑油油膜压力趋于0，因此可得到如下边界条件1：
[0034]x
f
＝∞,h1＝∞，φ＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0035]将边界条件1代入的表达式并整理可得：
[0036][0037][0038]根据在入口区和变形区交界处可根据Tresca屈服准则p＝σ
s
‑
σ
b
计算润滑油油膜压力，可得到如下边界条件2：
[0039][0040]将边界条件2代入φ的表达式并整理可得：
[0041][0042][0043]其中，为入口油膜厚度变化速率；h
0,d
为动态入口油膜厚度；Δt为时间步长；h0为稳态时的入口油膜厚度，可由下式确定：
[0044][0045]其中，v
in
为带钢入口速度；v
r
为轧制速度；l0为稳态时的变形区长度。
[0046]进一步地，根据所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，所述步骤4中所述的计算变形区摩擦应力分布的方法为：
[0047]根据步骤3中获得的动态入口油膜厚度以及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：采集相关参数，包括带钢参数、润滑油参数、轧制工艺参数以及轧机结构参数；步骤2：根据带钢参数、轧辊辊径和轧辊垂向振动速度计算变形区动态接触弧长，沿轧制方向将变形区进行离散化处理，并计算所述离散化处理后获得的各微元体的平均变形抗力；步骤3：利用一维Reynolds方程计算动态入口油膜厚度；步骤4：结合步骤3中获得的动态入口油膜厚度和Christensen粗糙度分布假设，计算变形区摩擦应力分布；步骤5：对卡尔曼微分方程进行改进，将步骤4中获得的摩擦应力分布代入改进的卡尔曼微分方程求解由轧辊垂向振动引发的轧制力波动量ΔP1；步骤6：根据机架间张力关系计算振动导致的后张力变化量以及由后张力变化引发的轧制力波动量ΔP2；步骤7：根据各轧机各部件间的受力关系和轧制力波动总量ΔP＝ΔP1+ΔP2，建立轧机系统的垂向振动动力学方程并求解，得到轧辊位移和速度响应，从而预测出轧制过程的稳定性。2.根据权利要求1所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，其特征在于，所述带钢参数包括：带钢牌号、带钢宽度和热轧来料厚度；所述润滑油参数包括润滑油黏度和黏压系数；所述轧制工艺参数包括：机架间前后张力、各道次轧制速度、各道次带钢入口速度、各道次带钢出入口厚度；所述轧机结构参数包括：轧辊质量、轧辊材质、轧辊辊径、轧辊长度、轧机刚度系数、轧机各部件阻尼系数、牌坊质量；所述的轧机刚度系数包括轧辊刚度系数和牌坊刚度系数。3.根据权利要求1所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括如下步骤：步骤2.1：根据带钢出入口厚度、轧辊辊径和轧辊垂向振动速度求解变形区动态接触弧长；步骤2.2：沿轧制方向将变形区进行离散化处理，获得若干微元体；步骤2.3：根据带钢材质和微元体厚度利用变形抗力模型计算得到各微元体的平均变形抗力。4.根据权利要求3所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，其特征在于，所述动态接触弧长l的计算公式如下：上式中，l为动态接触弧长；R为轧辊压扁半径；y
in
和y
out
为带钢入口和出口厚度；θ为咬入角变化量；v
y
为轧辊垂向振动速度，速度向上为正；v
out
为带钢出口速度。5.根据权利要求1所述的六辊冷轧机的轧制稳定性预测方法，其特征在于，所述步骤3中所述利用一维Reynolds方程计算动态入口油膜厚度的方法为：
考虑挤压效应的一维Reynolds方程如下式所示：上式中，h1为入口区油膜厚度；x
f
为距入口出距离；p为变形区轧制压力分布；η为不同压力下的润滑油黏度；为带钢和轧辊的平均速度；t为时间；由于入口区油膜压力较小，润滑油黏压公式采用Barus公式，如下所示：η＝η0e
γp
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(12)引入无量纲参数φ：上式中，γ为Barus公式的黏压系数；p为变形区轧制压力分布；η0为大气压下的润滑油黏度；对一维Reynolds方程积分并用v
y
＝0时的稳态结果替换积分常数，可以得到：上式中，α...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雷，李旭，张欣，张殿华，马辉，王鹏飞，陈树宗，华长春，李文田，宋章峰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：