CN102125935B - 一种大侧压定宽机板坯镰刀弯的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大侧压定宽机板坯镰刀弯的控制装置和控制方法，该装置包括导板组件、液压系统、模块、模块开度调节机构、同步速度控制系统，还包括：一压力传感器，安装在所述液压系统的油路上，测量板坯与导板的接触压力值；压力传感器安装在导板油缸的油路上，与同步速度控制系统的中央处理器CPU相连，接收的力传感器测得的压力值反馈到同步速度控制系统，计算同步马达速度的补偿量。其方法是通过测得的带钢与导板的接触压力值结合公式V_P＝EPSP*DEP/EPS，计算得到V_P的值，对跑偏侧的同步马达进行补偿，实现对侧压过程板坯跑偏的控制，从而改善产品的质量及轧制的稳定性满足不同产品生产的要求，因而具备良好的应用及推广前景。

Description

一种大侧压定宽机板坯镰刀弯的控制装置

技术领域

本发明属于热轧过程带钢板型控制领域，尤其涉及一种大侧压定宽机板坯镰刀弯的控制装置和控制方法。 

背景技术

加热后的板坯经除鳞装置之后进入定宽侧压机（Sizing Press,简称SP）如图1所示，开始对板坯进行侧压定宽。板坯经过SP时，以轧线中心线为对称轴的两个模块4从板坯5的侧面进行挤压。如图2所示，模块4在传动机构的带动下，做一个近似于椭圆的轨迹运动，其轨迹可以看成是X轴方向和Y轴方向运动的合成。X轴方向是对板坯的侧压运动，Y轴方向的功能是完成模块在侧压板坯的同时带动板坯继续向前推进动作。这样不仅可以提高轧制节奏，而且可以减少板坯和模块、辊道之间的机械磨损。模块的一个周期运动就是对板坯的一次侧压过程。图2中，模块虚线和板坯边线所围成的部分就是每次侧压过程中被模块挤压的部分。板坯不断沿板坯行进方向9向前运动，而模块则周而复始的沿着特定轨迹运行，使得板坯一段一段地被侧压变窄，最终达到下道工序所需要的宽度规格。 

其中模块X轴方向的运动是由一部主传动交流同步电机经过变速机构使主曲柄围绕其偏心轮旋转形成的；模块Y轴方向的运动由它们两个各自的同步机经过变速机构使同步曲柄的大小偏心轮共同旋转形成的。两个模块之间的距离是可调的，它是通过间隙调节电机经过伞型齿轮带动蜗杆而完成的。 

为了使模块沿着确定的轨迹运行，主曲柄和同步曲柄的旋转周期必须相等且旋转角度有一个对应的关系，即主曲柄旋转到某个角度时，同步曲柄也得旋转到对应的角度，主曲柄与同步曲柄角度之差要小于6度。 

在实际大侧压定宽机侧压板坯过程中，由于板坯两侧温度不一致、板坯对中不良以及设备功能精度存在偏差等问题的存在，经常导致板坯侧压过程中出现跑偏现象，板型不良直接影响了后续轧制过程顺利和稳定。 

发明内容

本发明的目的是提供一种大侧压定宽机板坯镰刀弯的控制装置和控制方法，对大侧压定宽机同步马达速度加以控制，从而实现纠正侧压过程中板坯跑偏的问题。 

本发明的技术方案如下：通过在大侧压定宽机出口导板上安装压力传感器，使其具备测量板坯在侧压中跑偏与导板接触产生的压力值的能力。当板坯经过侧压后产生跑偏时，撞击到一侧的导板上即产生压力值，通过压力传感器采集压力值并反馈到控制模型，计算出需要给予一侧同步马达速度的补偿量，在同步曲柄速度控制模型中写入这一补偿量使把板坯跑偏一侧同步马达速度快于另一侧，从而实现纠正侧压过程中板坯跑偏的问题。 

本发明的目的是这样实现的：一种大侧压定宽机板坯镰刀弯控制的装置，包括导板组件、液压系统、模块、模块开度调节机构、同步速度控制系统，所述同步速度控制系统包括主马达、同步马达以及分别与主马达和同步马达相连接的主曲柄、同步曲柄、角度检测装置；还包括： 

一压力传感器，安装在所述液压系统的油路上，测量板坯与导板的接触压力值； 

所述压力传感器安装在导板油缸的油路上，与同步速度控制系统的中央处理器CPU相连，接收的力传感器测得的压力值反馈到同步速度控制系统，计算同步马达速度的补偿量。 

一种大侧压定宽机板坯镰刀弯控制的方法，计算同步马达速度的补偿量包含以下步骤： 

在板坯和导板之间设置压力传感器，将压力传感器的实测压力作为计算的输入参数，计算同步马达速度补偿量，具体步骤为： 

步骤1）将压力传感器的实测带钢与导板的接触压力代入单侧出口导板的压力的积分式：

$P=T\left\{{\∫}_0^x{\∫}_0^y\mathrm{Km}\left(x\right)\mathrm{Km}\left(y\right)\mathrm{Qpfdxdy}\right\}---\left(1\right)$

其中： 

x表示主曲柄的运行方向，即侧压方向； 

y表示同步曲柄的运动方向，即带钢轧制方向； 

P:带钢与导板的接触压力，单位：吨； 

Km(x)：板坯长度方向的变形抗力分布，根据不同钢种而定； 

Km(y)：SP侧压变形抗力； 

Qpf  ：导板侧面压下力函数分布； 

T：板厚，即未侧压前带钢的厚度，单位：mm（该值为已知量）； 

$Q_{p}f=Q_S\{q_1\left(r\right)+q_2\left(r\right)\sqrt{\frac{R^{\′}}{h}}\}$

式（1）中， 

q₁(r)＝α_F1+α_F2r 

q₂(r)＝α_F3+α_F4r+α_F5r²

$\mathrm{hm}=\frac{H+2\·h}{3}$

$\mathrm{ld}=\sqrt{R^{\′}\·(H-h)}$

R′=(0.98)²R, 

r＝ΔW_P/W_SLAB

式中： 

q₁(r):压下量关系系数中间变量1； 

q₂(r):压下量关系系数中间变量2； 

r：宽度压下率； 

W_SLAB：板坯宽度mm（该值为已知量）； 

ΔW_P：SP压下量mm（该值为已知量）； 

H：入口板厚(mm)（该值为已知量）； 

h：出口板厚(mm)（该值为已知量）； 

R′：扁平辊半径(mm)； 

R：大侧压定宽机模块半径（mm）：取值范围为250～310； 

α_F0～α_F5：压下力关系系数，取值范围为0～1； 

ld：投影接触弧长(mm)； 

Q_S：压下冲击效果项； 

hm：平均板厚(mm)； 

N：辊转数(rpm)（该值为实际测量得到,只作为设备值的参考，不参与实际计算）； 

由公式（1）结合以上直接或间接得到的参数，即可求得未知量Km(y)的值； 

步骤2）根据公式（2），计算侧压投影接触弧长中间量DEP： 

$\mathrm{DEP}=\mathrm{\Δ}{W}_P\·\frac{\mathrm{PFLEN}}{L_{\mathrm{dP}}}---\left(2\right)$

其中： 

ΔW_P：SP压下量mm（该值为已知量）； 

PFLEN：压下供进长度mm（该值为固定值，取400mm）； 

L_dp=ld：投影接触弧长mm； 

先计算DEP，需要用到的取值为SP压下量ΔW_P，压下供进长度PFLEN，以及投影接触弧长L_dp=ld； 

步骤3）根据公式（3），计算宽度压下的中间量WPM： 

$\mathrm{WPM}=W_{\mathrm{SLAB}}\·\frac{\mathrm{\Δ}{W}_P}{2}---\left(3\right)$

其中： 

W_SLAB：板坯宽度mm； 

步骤4）根据公式（4）计算侧压压下量计算中间量EPS： 

$\mathrm{EPS}=\log \left(\frac{\mathrm{WPM}}{\mathrm{WPM}-\mathrm{DEP}}\right)---\left(4\right)$

再计算EPS，需要采用先前求出的DEP,以及板坯宽度W_SLAB和SP压下量ΔW_P； 

步骤5）根据公式（5）计算同步速度计算中间量EPSP的值： 

$K_{m\left(y\right)}=\mathrm{GMS}\·\exp (\mathrm{AK}+\frac{\mathrm{BK}}{T+273})\·{\mathrm{EPS}}^{\mathrm{ANK}}\·{\mathrm{EPSP}}^{\mathrm{AMK}}---\left(5\right)$

式中： 

AK＝a_P1-a_P2·[C]+a_P3·[C]²

BK＝a_P4+a_P5·[C]-a_P6·[C]²

GMS＝a_P7+a_P8·[Mn]+a_P9·[V]+a_P10·[Mo]+a_P11·[Ni] 

ANK＝a_P12

AMK＝a_P13

W_P＝W_SLAB-ΔW_P

其中: 

W_P：SP压下后的板宽mm； 

θ：同步角度（该值为实际测量得到，该值指同步曲柄转动的角度，与主曲柄转动的角度一样通过实测得到，主要作用是与主曲柄角度进行比较，而不参与实际计算）； 

PFLEN：压下供进长度mm（该值为固定值，取400mm）； 

L_dp=ld：投影接触弧长mm； 

a_P1～a_P13：SP变形抗力模型系数，取值范围为0～45； 

C：碳当量； 

Mn：锰含量； 

V：钒含量； 

Mo：钼含量； 

Ni：镍含量； 

AK：成份项中间变量1； 

BK：成份项中间变量2； 

GMS:成份项中间变量3； 

ANK：成份项中间变量4； 

AMK：成份项中间变量5； 

步骤6）最后，用利用公式（5）求出EPSP的值，又因为： 

$\mathrm{EPSP}=\frac{V_P\·\mathrm{EPS}}{\mathrm{DEP}}$

因此，公式变形最终得到同步马达速度补偿量的计算公式（6）： 

W_P＝EPSP*DEP/EPS    （6） 

式中： 

V_P：同步马达速度补偿量，单位：m/s； 

用计算得到的同步马达速度补偿量V_P对跑偏侧的同步马达进行补偿。

优选地，所述步骤6）中对跑偏的同步马达进行补偿，利用系统自带的脉冲发生器PLG检测速度补偿后产生的同步曲柄角度与主曲柄角度值，并进行比较，需要满足补偿量小于6度的条件进行补偿，如果角度超过6度则按照最大补偿量6度进行补偿。 

优选地，计算的输入参数还包括板坯厚度和侧压量。 

板坯在进入大侧压定宽机后，由控制模型给定主曲柄和同步曲柄速度，通过调速系统实现主曲柄和同步曲柄的同步。当板坯侧压后产生镰刀弯。撞击到一侧的出口导板上，通过压力传感器测量板坯与导板接触的压力，并反馈给速度控制模型，来通过计算同步速度的补偿量，实现对跑偏侧同步马达速度的补偿，使其快于另一侧的同步马达，从而达到板坯镰刀弯控制的目的。 

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果： 

1）本发明通过增加板坯跑偏侧同步马达的速度，实现对侧压过程板坯跑偏的控制，使后续轧制过程顺利、稳定。 

2）本发明针对热轧大侧压定宽机侧压过程中板坯跑偏的控制，从而改善产品的质量及轧制的稳定性出发，对大侧压定宽机同步马达速度加以控制，从而满足不同产品生产的要求。 

附图说明

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步说明。 

图1为连续式定宽侧压机设备结构。

图2为大侧压定宽机侧压示意图。 

图3为大侧压出口导板油路及压力传感器示意图。 

图4为主曲柄关键点位置示意图。 

图5为同步曲柄关键点位置示意图。

图6为同步速度补偿控制系流程图。

图7为同步速度补偿控制系设备结构图。 

图8为本发明实施前后板型统计图1。 

图9为本发明实施前后板型统计图2。 

图中： 

具体实施方式

如图3所示，本发明的大侧压定宽机包括导板组件11、油缸12、油路14、换向阀13、同步速度补偿控制系统。 

如图7所示，同步速度控制系统包括一主马达1、两个同步马达2、两个模块开度调节机构3、两个同步曲柄7、一主曲柄8、两个速度调节系统26。 

如图4所示，两个同步曲柄由各自的同步马达驱动，它们根据主曲柄旋转的角度和旋转方向22来调整旋转速度以达到同步。为了便于控制，人为的定义了主曲柄和同步曲柄运动轨迹上的几个特殊的位置(角度)。 主曲柄的定位与角度关系如表1所示： 

表1 主曲柄关键点名称列表： 

如图5和表2所示，中心点23是同步曲柄的基准点，也是同步曲柄的启动、停止点。B点24是正向侧压同步点，同步曲柄在开始启动后的第一圈，在此点上基本实现与主曲柄同步。 

表2 同步曲柄的位置 

对不同侧压量（即SP压下量ΔW_P）钢种进行分级，考虑到不同侧压量的带钢在侧压过程中产生的跑偏量不同，为更为精确的计算速度补偿量，按带钢侧压量进行分级具体如下： 

侧压量	0	<=50	50-100	100-150	150-200	>200
							等级	1	2	3	4	5	6

如图6所示，通过二次积分得到板坯侧压过程汇总接触单侧出口导板的压力的积分式，而后带入实测压力值计算得到速度补偿量。

板坯侧压出现镰刀弯，撞击到一侧的出口导板上，利用板坯侧压跑偏后撞击出口一侧导板产生的压力值的积分式，计算出同步马达速度的补偿量： 

具体的计算方式如下： 

首先，利用单侧出口导板的压力的积分式（1），计算出Km(y)的值： 

$P=T\left\{{\∫}_0^x{\∫}_0^y\mathrm{Km}\left(x\right)\mathrm{Km}\left(y\right)\mathrm{Qpfdxdy}\right\}---\left(1\right)$

其中： 

式（1）中， $Q_{p}f=Q_S\{q_1\left(r\right)+q_2\left(r\right)\sqrt{\frac{R^{\′}}{h}}\}$

q₁(r)＝α_F1+α_F2r 

q₂(r)＝α_F3+α_F4r+α_F5r²

$\mathrm{hm}=\frac{H+2\·h}{3}$

$\mathrm{ld}=\sqrt{R^{\′}\·(H-h)}$

R′=(0.98)²R 

r＝ΔW_P/W_SLAB

通过上述的已知量，求得公式（1）中唯一的未知量Km(y)的值； 

然后，根据已知的变量，求中间量： 

$\mathrm{DEP}=\mathrm{\Δ}{W}_P\·\frac{\mathrm{PFLEN}}{L_{\mathrm{dP}}}---\left(2\right)$

$\mathrm{WPM}=W_{\mathrm{SLAB}}\·\frac{\mathrm{\Δ}{W}_P}{2}---\left(3\right)$

$\mathrm{EPS}=\log \left(\frac{\mathrm{WPM}}{\mathrm{WPM}-\mathrm{DEP}}\right)---\left(4\right)$

再利用以下公式，求中间量EPSP的值： 

$K_{m\left(y\right)}=\mathrm{GMS}\·\exp (\mathrm{AK}+\frac{\mathrm{BK}}{T+273})\·{\mathrm{EPS}}^{\mathrm{ANK}}\·{\mathrm{EPSP}}^{\mathrm{AMK}}---\left(5\right)$

式中： 

AK＝a_P1-a_P2·[C]+a_P3·[C]²

BK＝a_P4+a_P5·[C]-a_P6·[C]²

GMS＝a_P7+a_P8·[Mn]+a_P9·[V]+a_P10·[Mo]+a_P11·[Ni] 

ANK＝a_P12

AMK＝a_P13

W_P＝W_SLAB-ΔW_P

通过以上的步骤，求出EPSP的值，根据 

变形得到计算公式（6）： 

V_P＝EPSP*DEP/EPS    （6） 

以上计算式中的变量取值如下：

由于SP压下量ΔW_P为120mm，侧压层别为4，即选取表3中侧压层别4的参数，连同已知量，实测值和模型计算值代入公式中，最终得到同步马达速度的补偿量：V_P=0.1m/s； 

表3 不同级别的系数取值 

侧压量层别/系数	αp1	αp2	αp3	αp4	αp5	αp6	αp7	αp8	αp9	αp10	αp11	αp12	αp13
														1	6.6075	0.313821	0.178837	13.6993	1	-0.18807	-1.1311	0.105688	-0.03262	0.005554	0.03026	0.066075	1
2	5.6967	0.313821	0.178837	15.6893	1	-0.18807	-1.1311	0.14335	-0.03262	0.005554	0.03026	0.066075	1
														3	4.4765	0.18806	0.219	22.46	1	-0.19887	-1.046	0.23786	-0.02365	0.005554	0.03026	0.066075	1
4	4.4765	0.18806	0.219	30.234	1	-0.19887	-1.023	0.26448	-0.02365	0.005554	0.03026	0.066075	1
														5	1.3789	0.007987	0.08345	37.59	1	-0.21675	0	0.32455	0.00373	0.005554	0.03026	0.066075	0.89995
6	0.8062	0	0.040555	44.19	1	-0.2246	0	0.40888	0.00373	0.005554	0.03026	0.066075	0.89995
															αF1	αF2	αF3	αF4	αF5
1	0.33693	0.33125	0.4511	0.41232	0.23811
														2	0.33693	0.33125	0.4511	0.41232	0.23811
3	0.33693	0.33125	0.4511	0.41232	0.23811
														4	0.33693	0.33125	0.4511	0.41232	0.23811
5	0.33693	0.33125	0.4511	0.41232	0.23811
														6	0.33693	0.33125	0.4511	0.41232	0.23811

[0157]  用计算得到的速度补偿量对跑偏侧的同步马达进行补偿，使其快于另一侧的同步马达，达到板坯镰刀弯控制的目的。

对同步速度补偿后产生的同步角度与主曲柄角度进行比较，需要满足两角度差小于6度的条件，如果角度超过6度则按照最大补偿量进行补偿。 

如图8和图9所示的本发明实施前后板型的对比图，图中圆点表示正常板形数据，方块表示异常波动较大的板形数据，中间的细实线表示样本数据的均值，上下两根细实线表示样本数据的波动范围，从对比图中可看出，使用了本发明，板坯侧压过程中出现的跑偏现象得到了有效的控制。 

综上所述，本发明主要解决热轧机组中涉及带钢板型控制的问题，可有效解决产品的生产质量及轧制的稳定性，因而具备良好的推广及应用前景。 

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内， 

对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。 

Claims (1)

1.一种大侧压定宽机板坯镰刀弯的控制装置，包括导板组件、液压系统、模块、模块开度调节机构、同步速度控制系统，所述同步速度控制系统包括主马达、同步马达以及分别与主马达和同步马达相连接的主曲柄、同步曲柄、角度检测装置；其特征在于还包括：

一压力传感器，安装在所述液压系统的导板油缸的油路上，测量板坯与导板的接触压力值；

所述压力传感器与同步速度控制系统的中央处理器CPU相连，接收压力传感器测得的压力值反馈到同步速度控制系统，计算同步马达速度的补偿量。

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