CN102553966B - 带钢卷取品质在线综合判断方法 - Google Patents

带钢卷取品质在线综合判断方法 Download PDF

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CN102553966B CN201210015510.7A CN201210015510A CN102553966B CN 102553966 B CN102553966 B CN 102553966B CN 201210015510 A CN201210015510 A CN 201210015510A CN 102553966 B CN102553966 B CN 102553966B
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Abstract

一种带钢卷取品质在线综合判断方法，它包括以下步骤：（a）收集卷取机的设备及工艺参数；（b）收集被卷取带钢的品种规格范围及工艺参数；（c）给定计算过程参数；（d）求解卷取内半径
Figure 2012100155107100004DEST_PATH_IMAGE001
、内半径
Figure 68476DEST_PATH_IMAGE002
、径向压应力
Figure 2012100155107100004DEST_PATH_IMAGE003
、的周向应力
Figure 560637DEST_PATH_IMAGE004
、摩擦应力
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、紧密系数
Figure 864579DEST_PATH_IMAGE006
及卷筒外表面位移
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（e）计算钢卷卷取紧密的目标函数值；（f）判断钢卷卷取紧密综合判断不等式
Figure 202020DEST_PATH_IMAGE008
成立与否；（g）记录出现
Figure DEST_PATH_IMAGE009
的层数
Figure 907808DEST_PATH_IMAGE010
；（h）判断
Figure DEST_PATH_IMAGE011
成立与否；（i）计算带钢半径横向分布的不均匀度；（j）判断是否成立；（k）卷取品质判断完毕。本发明对于热、冷轧带钢卷取均适用，操作简单，革除了技术计算量大、计算速度慢、只能用于离线模拟的弊端，能及时有效地判断出卷取过程中钢卷的卷取品质情况。

Description

带钢卷取品质在线综合判断方法
技术领域
本发明涉及一种带钢卷取工艺技术，特别涉及一种工程上实用的在线综合判断带钢卷取品质的工艺方法。
背景技术
无论是冷轧带钢还是热轧带钢，在之后的卷取过程中，来料本身所具有的板形缺陷、板凸度缺陷、热轧来料所带有的热轧高点及卷取时张力的不合理设定等都会影响带钢的卷取品质，严重的甚至导致废卷的出现，造成大量的浪费。热轧钢卷存在卷取疏松、带钢起筋、带钢翘曲等缺陷，冷轧钢卷同样存在带钢起筋、带钢翘曲、心型卷等缺陷。实际生产中，无论是热轧卷取还是冷轧卷取均应考虑到被卷取带钢的板形、板凸度、带钢表面质量及来料规格，以相关机理模型为依据，求解出被卷取带钢板形、板凸度、带钢表面质量与上述各种缺陷之间的定量关系进而通过合理设定卷取张力、对上游轧制过程质量控制提出相关要求进而解决卷取不紧密、心型卷等问题，实现卷取高点、卷取翘取的预防与控制，这需要建立带钢卷取过程中钢卷内部应力分布数学模型并通过合适的算法实现钢卷应力场的快速求解以满足现场的需要。带钢卷取过程中钢卷内部应力的变化是一个极其复杂的过程，目前国内关于带钢卷取过程中钢卷内部应力场分布的一些研究主要包括二维应力场计算模型和三维应力场计算模型。二维应力场计算模型计算量小，但没有考虑到卷取与轧制过程的连续性，因而就忽略掉了带钢的板形、板凸度对卷取过程的影响，导致与实际情况差别较大；在《中国机械工程》，2004年第15期第94-97页中的《钢卷卷取及卸卷过程中内部应力分布的研究[J]》（文献1）和2009.机械工业出版社出版的《冷连轧机高速生产过程核心工艺数学模型[M]》（文献2）一书中，虽然提出了一套描述冷轧带钢卷取过程中钢卷内部三维应力场的计算方法，但该模型含有多个变量，涉及到反复求解大型方程组，计算量大、计算时间长、计算速度慢，只能实现离线模拟而不能实现在线模拟，无法满足现场需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种带钢卷取品质在线综合判断方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：带钢卷取品质在线综合判断方法，包括以下步骤：
（a）收集卷取机的设备及工艺参数，主要包括：卷筒内半径                                                
Figure 2012100155107100002DEST_PATH_IMAGE001
、外半径
Figure 624607DEST_PATH_IMAGE002
、卷筒的弹性模量
Figure 2012100155107100002DEST_PATH_IMAGE003
、卷筒的泊松比
Figure 652344DEST_PATH_IMAGE004
、带钢在第
Figure DEST_PATH_IMAGE005
条处的卷取张力
Figure 408947DEST_PATH_IMAGE006
，正在卷取层数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，带钢横向条元数；
（b）收集被卷取带钢的品种规格范围及工艺参数，主要包括：带钢在第
Figure 731923DEST_PATH_IMAGE005
条处的厚度
Figure DEST_PATH_IMAGE009
、带钢宽度
Figure 67745DEST_PATH_IMAGE010
、带钢弹性模量
Figure DEST_PATH_IMAGE011
、带钢泊松比、带钢紧密系数公式中考虑理论与实际存在差别的修正系数
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、带材表面不平度的最大值
Figure 829214DEST_PATH_IMAGE014
；
   （c）给定计算过程参数，主要包括：收敛精度、
Figure 220881DEST_PATH_IMAGE016
、加权系数、卷取紧密目标值
Figure 873028DEST_PATH_IMAGE018
、最大允许滑移层数
Figure DEST_PATH_IMAGE019
、最大允许不均匀度；
（d）求解卷取第层时第
Figure 351917DEST_PATH_IMAGE022
层带钢在第
Figure 88929DEST_PATH_IMAGE005
条处的内半径
Figure DEST_PATH_IMAGE023
、卷取第
Figure 425363DEST_PATH_IMAGE024
层时第
Figure 792891DEST_PATH_IMAGE022
层带钢在第
Figure 720002DEST_PATH_IMAGE005
条处的内半径、卷取第层时第层带钢与第
Figure 662179DEST_PATH_IMAGE026
层带钢在第
Figure 391100DEST_PATH_IMAGE005
条处的径向压应力
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、卷取第
Figure 285894DEST_PATH_IMAGE007
层时第
Figure 721554DEST_PATH_IMAGE022
层带钢头部在第
Figure 493201DEST_PATH_IMAGE005
条处的周向应力
Figure 630790DEST_PATH_IMAGE028
、卷取第
Figure 139394DEST_PATH_IMAGE007
层时第
Figure 429561DEST_PATH_IMAGE022
层带钢与第
Figure 559060DEST_PATH_IMAGE026
层带钢在第
Figure 934678DEST_PATH_IMAGE005
条处的摩擦应力
Figure DEST_PATH_IMAGE029
、卷取第
Figure 791513DEST_PATH_IMAGE007
层时第
Figure 201766DEST_PATH_IMAGE030
层带钢与第
Figure 439849DEST_PATH_IMAGE026
层带钢在第
Figure 982390DEST_PATH_IMAGE005
条处的紧密系数及卷取第
Figure 82064DEST_PATH_IMAGE007
层时卷筒外表面位移
Figure 891363DEST_PATH_IMAGE032
； 
（e）计算钢卷卷取紧密的目标函数值
Figure DEST_PATH_IMAGE033
；
（f）判断钢卷卷取紧密综合判断不等式是否成立，如果成立，说明此时钢卷卷取紧密，转入步骤（g），如果不成立说明钢卷卷取较为疏松，需要进行张力调整以优化卷取品质，转入步骤（d）；
（g）记录出现
Figure DEST_PATH_IMAGE035
的层数
Figure 543502DEST_PATH_IMAGE036
；
（h）判断
Figure DEST_PATH_IMAGE037
是否成立，如果成立，转入步骤（i），如果不成立，则进行卷取张力优化后转入步骤（d）；
（i）计算带钢半径横向分布的不均匀度，（式中
Figure DEST_PATH_IMAGE039
代表第层带钢的中部半径，
Figure 447151DEST_PATH_IMAGE040
代表第层带钢的边部半径）；
（j）判断
Figure DEST_PATH_IMAGE041
是否成立，如果成立，转入步骤（k），如果不成立，则进行卷取张力优化后转入步骤（d）；
（k）卷取品质判断完毕，结束计算。
所属的步骤（d）包括以下步骤：
d1）定义
Figure 601500DEST_PATH_IMAGE042
为每卷取上一层后，各层带钢所产生的压缩变形量，给定卷取第
Figure DEST_PATH_IMAGE043
层时的钢卷半径的初始分布曲线
Figure 90119DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
；
d2）定义中间变量，并令，给定卷取第
Figure 398664DEST_PATH_IMAGE048
（注：
Figure 955416DEST_PATH_IMAGE048
为小于卷取层数的随机数，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
由小到大总共取20个）层时的钢卷半径的初始分布
Figure 783695DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
；
d3）优化求解出卷取第
Figure 393799DEST_PATH_IMAGE048
层时的周向应力影响系数
Figure 940318DEST_PATH_IMAGE052
；
d4）定义中间变量
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，令
Figure 793437DEST_PATH_IMAGE053
=
Figure 741801DEST_PATH_IMAGE054
；
d5）判断
Figure DEST_PATH_IMAGE055
是否成立，如果成立，则令
Figure 834391DEST_PATH_IMAGE056
，转入步骤d2）；如果不成立，转入步骤d6）；
d6）利用
Figure 930523DEST_PATH_IMAGE053
，曲线拟合卷取即第
Figure 268226DEST_PATH_IMAGE043
层时钢卷半径的分布曲线 ，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
；
d7）计算并判断目标函数的具体数值
Figure 20074DEST_PATH_IMAGE060
是否成立，如果成立，转入步骤d8）；如果不成立，则令，转入步骤d2）；
d8）优化求解出卷取第
Figure 728136DEST_PATH_IMAGE007
层时的周向应力影响系数。
所属的步骤d3）包括以下步骤：
d3-1）给定卷取第层时的钢卷周向应力影响系数的初始值
Figure 898982DEST_PATH_IMAGE062
；
d3-2）令卷取第
Figure 156657DEST_PATH_IMAGE048
层时的钢卷周向应力
Figure DEST_PATH_IMAGE063
，；
d3-3）根据
Figure DEST_PATH_IMAGE065
，求解卷取第
Figure 678872DEST_PATH_IMAGE048
层时的钢卷各层的摩擦应力
Figure 97215DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 514290DEST_PATH_IMAGE064
；
d3-4）根据
Figure DEST_PATH_IMAGE067
，求解卷取第
Figure 59803DEST_PATH_IMAGE048
层时钢卷各层的径向应力
Figure 691773DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 530285DEST_PATH_IMAGE064
；
d3-5）计算卷取第
Figure 513284DEST_PATH_IMAGE048
层时的钢卷各层的紧密系数
Figure 593979DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
； 
d3-6）计算卷取第
Figure 267406DEST_PATH_IMAGE048
层时卷筒的位移值
Figure 981546DEST_PATH_IMAGE072
；
d3-7）计算卷取第层时第一层带钢的内半径
Figure DEST_PATH_IMAGE073
；
d3-8）求解卷取第
Figure 150544DEST_PATH_IMAGE048
层时钢卷的半径分布
Figure 553843DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 999737DEST_PATH_IMAGE071
；
d3-9）计算并判断目标函数的具体数值
Figure DEST_PATH_IMAGE075
是否成立，如果成立，转入步骤d3-10）；如果不成立，则令
Figure 380165DEST_PATH_IMAGE076
，转入步骤d3）；
d3-10）计算出参数计算的目标函数
Figure DEST_PATH_IMAGE077
；
d3-11）判断Powell条件是否成立，若不成立，调整，重复步骤d3-2）至d3-10），直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数，若成立则直接转入步骤d4）。
所述的步骤d8）包括以下步骤：
d8-1）给定卷取第
Figure 388365DEST_PATH_IMAGE007
层时的钢卷周向应力影响系数的初始值
Figure 818209DEST_PATH_IMAGE062
；
d8-2）给定卷取第
Figure 731938DEST_PATH_IMAGE007
层时的钢卷半径的初始分布
Figure 459592DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
；
d8-3）令卷取第层时的钢卷周向应力
Figure 64328DEST_PATH_IMAGE063
，；
d8-4）根据
Figure DEST_PATH_IMAGE081
，求解卷取第
Figure 625726DEST_PATH_IMAGE007
层时的钢卷各层的摩擦应力
Figure 61387DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 754405DEST_PATH_IMAGE082
；
d8-5）根据
Figure DEST_PATH_IMAGE083
，求解卷取第
Figure 908306DEST_PATH_IMAGE007
层时钢卷各层的径向应力
Figure 479227DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 769394DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 898893DEST_PATH_IMAGE082
；
d8-6）求解卷取第
Figure 274510DEST_PATH_IMAGE007
层时的钢卷各层的紧密系数
Figure 695127DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 853183DEST_PATH_IMAGE082
； 
d8-7）计算卷取第层时卷筒的位移值
Figure 750917DEST_PATH_IMAGE072
；
d8-8）计算卷取第
Figure 975225DEST_PATH_IMAGE007
层时第一层带钢的内半径；
d8-9）求解卷取第
Figure 212751DEST_PATH_IMAGE007
层时钢卷的半径分布
Figure 562961DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 512331DEST_PATH_IMAGE082
；
d8-10）计算并判断目标函数的具体数值
Figure 631597DEST_PATH_IMAGE084
是否成立，如果成立，转入步骤d8-11）；如果不成立，则令
Figure 766476DEST_PATH_IMAGE076
，转入步骤d8-3）；
d8-11）计算出参数计算的目标函数
；
d8-12）判断Powell条件是否成立，若不成立，调整，重复步骤d8-2）至d8-11），直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数。 
由于采用上述技术方案，本发明提供的一种带钢卷取品质在线综合判断方法，与现有技术相比，具有这样的有益效果：
由于经过大量的现场试验与理论分析，充分结合卷取机的设备与工艺特点，针对带材一层层绕上卷筒的实际情况，考虑到钢卷径向弹性模量与周向弹性模量的不同及带材初始缝隙的存在，以实现快速准确求解为目的，采用高次曲线拟合卷取过程中钢卷内部应力分布的方式，建立了一套适合于在线综合判断带钢卷取品质的解决方法。该方法无论对于热轧带钢卷取还是冷轧带钢卷取均适用，操作简单、通用性强，避免了求解大型矩阵，革除了以往技术计算量大、计算速度慢、只能用于离线模拟的弊端，能及时有效地判断出卷取过程中钢卷的卷取品质情况，使得钢卷内部应力分布更趋合理，对保证生产现场实现良好的卷取品质，减少卷取缺陷的产生，对提高下游机组的生产效率、保证产品质量与成材率提供了保障。
附图说明
图1是带钢卷取品质在线综合判断技术总流程图；
图2是卷取第
Figure 357043DEST_PATH_IMAGE007
层带钢时钢卷内部应力场求解流程图；
图3是卷取第层带钢时优化周向应力影响系数求解流程图；
图4是卷取第
Figure 645384DEST_PATH_IMAGE007
层带钢时优化周向应力影响系数求解流程图；
图5是本发明第一实施例中所求得的卷取第1000层时钢卷内部径向压应力分布图；
图6是本发明第一实施例中所求得的卷取第1000层时钢卷内部周向应力分布图；
图7是本发明第一实施例中所求得的卷取第1000层时钢卷内部摩擦应力分布图；
图8是本发明第一实施例中所求得的卷取第1000层时钢卷半径分布图；
图9是本发明第一实施例中所求得的卷取第1000层时钢卷紧密系数分布图；
图10是本发明第二实施例中所求得的卷取第1500层时钢卷内部径向压应力分布图；
图11是本发明第二实施例中所求得的卷取第1500层时钢卷内部周向应力分布图；
图12是本发明第二实施例中所求得的卷取第1500层时钢卷内部摩擦应力分布图；
图13是本发明第二实施例中所求得的卷取第1500层时钢卷内部半径分布图；
图14是本发明第二实施例中所求得的卷取第1500层时钢卷内部紧密系数分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细具体的说明。
实施例一
在本实施例中，以一般冷轧碳素钢为例，带钢规格为1.2mm×1000mm，正在卷取层数
Figure 32503DEST_PATH_IMAGE086
，求解该工况下的钢卷内部应力分布，进而实现对卷取品质的在线综合判断。
如图1至图9所示，首先，在步骤1中，收集卷取机的设备及工艺参数，主要包括：卷筒内半径、外半径
Figure 261359DEST_PATH_IMAGE088
、卷筒的弹性模量
Figure DEST_PATH_IMAGE089
、卷筒的泊松比
Figure 40703DEST_PATH_IMAGE090
、带钢在第
Figure 837757DEST_PATH_IMAGE005
条处的卷取张力
Figure DEST_PATH_IMAGE091
，正在卷取层数
Figure 571227DEST_PATH_IMAGE092
，带钢横向条元数
Figure DEST_PATH_IMAGE093
；
随后，在步骤2中，收集被卷取带钢的品种规格范围及工艺参数，主要包括：带钢在第
Figure 370818DEST_PATH_IMAGE005
条处的厚度
Figure 319183DEST_PATH_IMAGE094
、带钢宽度
Figure DEST_PATH_IMAGE095
、带钢弹性模量、带钢泊松比
Figure DEST_PATH_IMAGE097
、带钢紧密系数公式中考虑理论与实际存在差别的修正系数
Figure 199250DEST_PATH_IMAGE098
、带材表面不平度的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE099
；
   随后，在步骤3中，给定计算过程参数，主要包括：收敛精度、、加权系数
Figure 526774DEST_PATH_IMAGE102
、卷取紧密目标值
Figure DEST_PATH_IMAGE103
、最大允许滑移层数
Figure 603314DEST_PATH_IMAGE104
、最大允许不均匀度
Figure DEST_PATH_IMAGE105
；
随后，在步骤4中，定义
Figure 311376DEST_PATH_IMAGE106
为每卷取上一层后，各层带钢所产生的压缩变形量，给定卷取第
Figure DEST_PATH_IMAGE107
层时的钢卷半径的初始分布曲线
Figure 371212DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 294168DEST_PATH_IMAGE108
；
随后，在步骤5中，定义中间变量
Figure 292342DEST_PATH_IMAGE046
，并令
Figure 487700DEST_PATH_IMAGE047
，给定卷取第
Figure DEST_PATH_IMAGE109
（注：
Figure 478790DEST_PATH_IMAGE048
为小于卷取层数的随机数，由小到大总共取20个）层时的钢卷半径的初始分布，；
随后，在步骤6中，给定卷取第50层时的钢卷周向应力影响系数的初始值
Figure DEST_PATH_IMAGE111
；
随后，在步骤7中，令卷取第50层时的钢卷周向应力
Figure 714149DEST_PATH_IMAGE112
，
Figure 96852DEST_PATH_IMAGE110
；
随后，在步骤8中，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE113
，求解卷取第50层时的钢卷各层的摩擦应力
Figure 873047DEST_PATH_IMAGE066
，；
随后，在步骤9中，根据
Figure 251255DEST_PATH_IMAGE114
，求解卷取第50层时钢卷各层的径向应力，
Figure 573576DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 778292DEST_PATH_IMAGE110
；
随后，在步骤10中，计算卷取第50层时的钢卷各层的紧密系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE115
； 
随后，在步骤11中，计算卷取第50层时卷筒的位移值
Figure 505126DEST_PATH_IMAGE072
；
随后，在步骤12中，计算卷取第50层时第一层带钢的内半径
Figure 764069DEST_PATH_IMAGE073
；
随后，在步骤13中，求解卷取第50层时钢卷的半径分布
Figure 878918DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 881509DEST_PATH_IMAGE115
；
随后，在步骤14中，计算并判断目标函数的具体数值
Figure 591844DEST_PATH_IMAGE116
是否成立，如果成立，转入步骤15；如果不成立，则令
Figure 693793DEST_PATH_IMAGE076
，转入步骤6；
随后，在步骤15中，计算出参数计算的目标函数
；
随后，在步骤16中，判断Powell条件是否成立，若不成立，调整
Figure 626763DEST_PATH_IMAGE078
，重复步骤7至15，直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数，若成立，则直接转入步骤17；
随后，在步骤17中，定义中间变量
Figure 105149DEST_PATH_IMAGE118
，令
Figure 483041DEST_PATH_IMAGE118
=
Figure DEST_PATH_IMAGE119
；
随后，在步骤18中，判断
Figure 896836DEST_PATH_IMAGE055
是否成立，显然成立，令
Figure 360178DEST_PATH_IMAGE120
转入步骤5；
随后，在步骤19中，利用
Figure 642255DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 140233DEST_PATH_IMAGE057
曲线拟合卷取即第
Figure 581054DEST_PATH_IMAGE107
层时钢卷半径的分布曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE121
 ，
Figure 423370DEST_PATH_IMAGE122
；
随后，在步骤20中，计算并判断目标函数的具体数值
Figure DEST_PATH_IMAGE123
是否成立，如果成立，转入步骤21；如果不成立，则令
Figure 47819DEST_PATH_IMAGE061
，转入步骤5；
随后，在步骤21中，给定卷取第1000层时的钢卷周向应力影响系数的初始值；
随后，在步骤22中，给定卷取第1000层时的钢卷半径的初始分布
Figure 201905DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE125
；
随后，在步骤23中，令卷取第1000层时的钢卷周向应力
Figure 577523DEST_PATH_IMAGE126
，；
随后，在步骤24中，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE127
，求解卷取第1000层时的钢卷各层的摩擦应力
Figure 96808DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 334892DEST_PATH_IMAGE128
；
随后，在步骤25中，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE129
，求解卷取第1000层时钢卷各层的径向应力
Figure 883291DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 294550DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 247725DEST_PATH_IMAGE128
；
随后，在步骤26中，求解卷取第1000层时的钢卷各层的紧密系数
Figure 532076DEST_PATH_IMAGE070
，； 
随后，在步骤27中，计算卷取第1000层时卷筒的位移值
Figure 831656DEST_PATH_IMAGE072
；
随后，在步骤28中，计算卷取第1000层时第一层带钢的内半径
Figure 642267DEST_PATH_IMAGE073
；
随后，在步骤29中，求解卷取第1000层时钢卷的半径分布
Figure 97519DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 935025DEST_PATH_IMAGE128
；
随后，在步骤30中，计算并判断目标函数的具体数值
Figure 688086DEST_PATH_IMAGE130
是否成立，如果成立，转入步骤31；如果不成立，则令
Figure 350274DEST_PATH_IMAGE076
，转入步骤23；
随后，在步骤31中，计算出参数计算的目标函数
；
随后，在步骤32中，判断Powell条件是否成立，若不成立，调整，重复步骤22至31，直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数； 
随后，在步骤33中，计算钢卷卷取紧密的目标函数值
Figure 222601DEST_PATH_IMAGE132
；
随后，在步骤34中，判断钢卷卷取紧密综合判断不等式
Figure DEST_PATH_IMAGE133
是否成立，显然成立，说明此时钢卷卷取紧密，转入步骤35；
随后，在步骤35中，记录出现的层数；
随后，在步骤36中，判断
Figure 106484DEST_PATH_IMAGE037
是否成立，显然成立，转入步骤37；
随后，在步骤37中，计算带钢半径横向分布的不均匀度
Figure DEST_PATH_IMAGE135
；
随后，在步骤38中，判断
Figure 528369DEST_PATH_IMAGE041
是否成立，显然成立，转入步骤39；
最后，在步骤39中，卷取品质判断完毕，结束计算。
实际计算表明，利用本技术进行求解卷取第1000层带钢时的钢卷内部应力场分布用时仅为15秒左右，基本可以满足现场的需要，而相同情况下，利用文献1和文献2中所述模型进行求解时则需要几个小时的时间，速度明显提高；从计算结果上进行对比，可以发现利用本技术所求得的结果与文献1和文献2求得的结果基本吻合，径向压应力、周向应力、摩擦应力及半径分布数值相差大约5~8%左右。可见，本技术在满足计算准确度上前提下，计算速度明显快于以往技术，这对满足现场对快速性的要求，及时实现对钢卷卷取品质的预报判断无疑具有重要意义。
实施例二
为了进一步阐述本发明的基本思想，现再以规格为0.8mm×800mm的一般冷轧碳素钢，以正在卷取第1500层时即
Figure 436282DEST_PATH_IMAGE136
时为例来描述带钢卷取品质在线综合判断的具体实现过程。
如图1至图4及图10至图14所示，首先，在步骤1中，收集卷取机的设备及工艺参数，主要包括：卷筒内半径、外半径
Figure 539553DEST_PATH_IMAGE088
、卷筒的弹性模量
Figure 573368DEST_PATH_IMAGE089
、卷筒的泊松比
Figure 988036DEST_PATH_IMAGE090
、带钢在第
Figure 118803DEST_PATH_IMAGE005
条处的卷取张力
Figure DEST_PATH_IMAGE137
，正在卷取层数
Figure 382295DEST_PATH_IMAGE138
，带钢横向条元数；
随后，在步骤2中，收集被卷取带钢的品种规格范围及工艺参数，主要包括：带钢在第
Figure 841537DEST_PATH_IMAGE005
条处的厚度、带钢宽度
Figure 951444DEST_PATH_IMAGE140
、带钢弹性模量
Figure 261203DEST_PATH_IMAGE096
、带钢泊松比、带钢紧密系数公式中考虑理论与实际存在差别的修正系数
Figure 742923DEST_PATH_IMAGE098
、带材表面不平度的最大值
Figure 520387DEST_PATH_IMAGE099
；
   随后，在步骤3中，给定计算过程参数，主要包括：收敛精度
Figure 1047DEST_PATH_IMAGE100
、
Figure 746018DEST_PATH_IMAGE101
、加权系数、卷取紧密目标值
Figure 963634DEST_PATH_IMAGE142
、最大允许滑移层数、最大允许不均匀度
Figure 861183DEST_PATH_IMAGE105
；
随后，在步骤4中，定义
Figure 699695DEST_PATH_IMAGE106
为每卷取上一层后，各层带钢所产生的压缩变形量，给定卷取第
Figure 479432DEST_PATH_IMAGE144
层时的钢卷半径的初始分布曲线
Figure 812325DEST_PATH_IMAGE044
，；
随后，在步骤5中，定义中间变量，并令
Figure 78188DEST_PATH_IMAGE047
，给定卷取第
Figure 532172DEST_PATH_IMAGE146
（注：
Figure 668755DEST_PATH_IMAGE048
为小于卷取层数的随机数，由小到大总共取20个）层时的钢卷半径的初始分布
Figure 957096DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE147
；
随后，在步骤6中，给定卷取第75层时的钢卷周向应力影响系数的初始值
Figure 898376DEST_PATH_IMAGE148
；
随后，在步骤7中，令卷取第75层时的钢卷周向应力
Figure DEST_PATH_IMAGE149
，
Figure 524136DEST_PATH_IMAGE147
；
随后，在步骤8中，根据
Figure 985205DEST_PATH_IMAGE150
，求解卷取第75层时的钢卷各层的摩擦应力
Figure 336420DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 204145DEST_PATH_IMAGE147
；
随后，在步骤9中，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE151
，求解卷取第75层时钢卷各层的径向应力
Figure 682530DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 247373DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 785802DEST_PATH_IMAGE147
；
随后，在步骤10中，计算卷取第75层时的钢卷各层的紧密系数
Figure 928770DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 273164DEST_PATH_IMAGE147
； 
随后，在步骤11中，计算卷取第75层时卷筒的位移值；
随后，在步骤12中，计算卷取第75层时第一层带钢的内半径
Figure 401843DEST_PATH_IMAGE073
；
随后，在步骤13中，求解卷取第75层时钢卷的半径分布
Figure 352481DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 172670DEST_PATH_IMAGE152
；
随后，在步骤14中，计算并判断目标函数的具体数值
Figure DEST_PATH_IMAGE153
是否成立，如果成立，转入步骤15；如果不成立，则令
Figure 213569DEST_PATH_IMAGE076
，转入步骤6；
随后，在步骤15中，计算出参数计算的目标函数
Figure 93801DEST_PATH_IMAGE154
；
随后，在步骤16中，判断Powell条件是否成立，若不成立，调整
Figure 659299DEST_PATH_IMAGE078
，重复步骤7至15，直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数，若成立，直接转入步骤17；
随后，在步骤17中，定义中间变量
Figure 968664DEST_PATH_IMAGE118
，令
Figure 362605DEST_PATH_IMAGE118
=；
随后，在步骤18中，判断
Figure 413738DEST_PATH_IMAGE055
是否成立，显然成立，令
Figure 338968DEST_PATH_IMAGE120
转入步骤5；
随后，在步骤19中，利用，
Figure 516451DEST_PATH_IMAGE057
曲线拟合卷取即第
Figure 535223DEST_PATH_IMAGE144
层时钢卷半径的分布曲线 ，
Figure 162699DEST_PATH_IMAGE156
；
随后，在步骤20中，计算并判断目标函数的具体数值
Figure DEST_PATH_IMAGE157
是否成立，如果成立，转入步骤21；如果不成立，则令
Figure 985029DEST_PATH_IMAGE061
，转入步骤5；
随后，在步骤21中，给定卷取第1500层时的钢卷周向应力影响系数的初始值
Figure 440281DEST_PATH_IMAGE158
；
随后，在步骤22中，给定卷取第1500层时的钢卷半径的初始分布
Figure 12208DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE159
；
随后，在步骤23中，令卷取第1500层时的钢卷周向应力，
Figure 4620DEST_PATH_IMAGE159
；
随后，在步骤24中，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE161
，求解卷取第1500层时的钢卷各层的摩擦应力
Figure 319189DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure 378412DEST_PATH_IMAGE162
；
随后，在步骤25中，根据
Figure DEST_PATH_IMAGE163
，求解卷取第1500层时钢卷各层的径向应力
Figure 935164DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 91339DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 826077DEST_PATH_IMAGE162
；
随后，在步骤26中，求解卷取第1500层时的钢卷各层的紧密系数
Figure 120399DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 28312DEST_PATH_IMAGE162
； 
随后，在步骤27中，计算卷取第1500层时卷筒的位移值
Figure 976676DEST_PATH_IMAGE072
；
随后，在步骤28中，计算卷取第1500层时第一层带钢的内半径
Figure 944632DEST_PATH_IMAGE073
；
随后，在步骤29中，求解卷取第1500层时钢卷的半径分布
Figure 227715DEST_PATH_IMAGE074
，；
随后，在步骤30中，计算并判断目标函数的具体数值是否成立，如果成立，转入步骤31；如果不成立，则令
Figure 569463DEST_PATH_IMAGE076
，转入步骤23；
随后，在步骤31中，计算出参数计算的目标函数
Figure DEST_PATH_IMAGE165
；
随后，在步骤32中，判断Powell条件是否成立，若不成立，调整
Figure 90574DEST_PATH_IMAGE078
，重复步骤22至31，直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数； 
随后，在步骤33中，计算钢卷卷取紧密的目标函数值
Figure 792819DEST_PATH_IMAGE166
；
随后，在步骤34中，判断钢卷卷取紧密综合判断不等式
Figure 450197DEST_PATH_IMAGE133
是否成立，显然成立，说明此时钢卷卷取紧密，转入步骤35；
随后，在步骤35中，记录出现
Figure 451301DEST_PATH_IMAGE035
的层数；
随后，在步骤36中，判断
Figure 459708DEST_PATH_IMAGE037
是否成立，显然不成立，则进行卷取张力优化后转入步骤4；
随后，在步骤37中，计算带钢半径横向分布的不均匀度
Figure 700065DEST_PATH_IMAGE168
；
随后，在步骤38中，判断
Figure 477529DEST_PATH_IMAGE041
是否成立，显然成立，转入步骤39；
最后，在步骤39中，卷取品质判断完毕，结束计算。
经实际计算表明，利用本技术进行求解卷取第1500层时的钢卷内部应力场分布用时仅为20秒左右，基本可以满足现场的需要，而相同情况下，利用文献1和文献2中所述模型进行求解时则需要相当长的时间，基本无法满足现场的要求。

Claims (4)

1.带钢卷取品质在线综合判断方法，其特征在于：它包括以下可由计算机执行的步骤：
（a）收集卷取机的设备及工艺参数，主要包括：卷筒内半径ra、外半径rb、卷筒的弹性模量E1、卷筒的泊松比v1、带钢在第s条处的卷取张力Ts，正在卷取层数n，带钢横向条元数z；
（b）收集被卷取带钢的品种规格范围及工艺参数，主要包括：带钢在第s条处的厚度hs、带钢宽度B、带钢弹性模量E2、带钢泊松比v2、带钢紧密系数公式中考虑理论与实际存在差别的修正系数k0、带材表面不平度的最大值δmax；
（c）给定计算过程参数，主要包括：收敛精度ε1、ε2、加权系数α、卷取紧密目标值M、最大允许滑移层数[H_Y]、最大允许不均匀度[φ]；
（d）求解卷取第n层带钢时第i层带钢在第s条处的内半径rsi、卷取第n-1层时第i层带钢在第s条处的内半径r01si、卷取第n层时第i层带钢与第i-1层带钢在第s条处的径向压应力psi、卷取第n层时第i层带钢头部在第s条处的周向应力qsi、卷取第n层时第i层带钢与第i-1层带钢在第s条处的摩擦应力τsi、卷取第n层时第i层带钢与第i-1层带钢在第s条处的紧密系数msi及卷取第n层时卷筒外表面位移us；
（e）计算钢卷卷取紧密的目标函数值 f ( m si ) = α 1 z × n Σ i = 1 n Σ s = 1 z m si + ( 1 - α ) max ( m si ) ;
（f）判断钢卷卷取紧密综合判断不等式f(msi)≤M是否成立，如果成立，说明此时钢卷卷取紧密，转入步骤（g），如果不成立说明钢卷卷取较为疏松，需要进行张力调整以优化卷取品质，转入步骤（d）；
（g）记录出现τsi≥μpsi的层数H_Y,μ为摩擦系数；
（h）判断H_Y<[H_Y]是否成立，如果成立，转入步骤（i），如果不成立，则进行卷取张力优化后转入步骤（d）；
（i）计算带钢半径横向分布的不均匀度
Figure FDA0000408921460000021
（式中rzi代表第i层带钢的中部半径，rbi代表第i层带钢的边部半径）；
（j）判断φ≤[φ]是否成立，如果成立，转入步骤（k），如果不成立，则进行卷取张力优化后转入步骤（d）；
（k）卷取品质判断完毕，结束计算。
2.根据权利要求1所述的带钢卷取品质在线综合判断方法，其特征在于：所属的步骤（d）包括以下步骤：
d1）定义Δ为每卷取上一层后，各层带钢所产生的压缩变形量，给定卷取第n-1层时的钢卷半径的初始分布曲线r00si=rb+(i-1)·hs+Δ，i=1,2,…,n；
d2）定义中间变量j，并令j=1，给定卷取第kj（注：kj为小于卷取层数的随机数，0<k1<k2<k3<…<k20<n由小到大总共取20个）层时的钢卷半径的初始分布rsi=rb+(i-1)·hs，i=1,2,…,kj,kj+1；
d3）优化求解出卷取第kj层时的周向应力影响系数X={a0,a1,a2,a3}；
d4）定义中间变量rsxj，令
Figure FDA0000408921460000023
d5）判断j≤20是否成立，如果成立，则令j=j+1，转入步骤d2）；如果不成立，转入步骤d6）；
d6）利用rsxj，j=1,2,…,20曲线拟合卷取即第n-1层时钢卷半径的分布曲线r′01si，i=1,2,…,n；
d7）计算并判断目标函数的具体数值
Figure FDA0000408921460000022
是否成立，如果成立，转入步骤d8）；如果不成立，则令r00si=r′01si，转入步骤d2）；
d8）优化求解出卷取第n层时的周向应力影响系数X={a0,a1,a2,a3}，
G 1 ( X ) = 1 n + 1 &Sigma; i = 1 n + 1 | ( r si - r 01 si r 01 si ) - 1 E 2 ( q si + &pi; ( r si &tau; si - r si + 1 &tau; si + 1 ) / ( r si + 1 - r si ) + v 2 ( p si + p si + 1 ) / 2 ) | .
3.根据权利要求2所述的带钢卷取品质在线综合判断方法，其特征在于：所属的步骤d3）包括以下步骤：
d3-1）给定卷取第kj层时的钢卷周向应力影响系数的初始值X0={a0,a1,a2,a3}；
d3-2）令卷取第kj层时的钢卷周向应力
Figure FDA0000408921460000038
i=1,2,…,kj,kj+1；
d3-3）根据
Figure FDA0000408921460000039
求解卷取第kj层时的钢卷各层的摩擦应力
&tau; si = ( q si + 1 - q si ) ( r si + 1 - r si ) &pi;r si + r si + 1 &tau; si + 1 r si , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; , k j , k j + 1 ;
d3-4）根据
Figure FDA00004089214600000310
求解卷取第kj层时钢卷各层的径向应力psi，
p si = p si + 1 r si + 1 ( r si + 1 - r si ) q si + &pi; ( r si &tau; si - r si + 1 &tau; si + 1 ) r si , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; , k j , k j + 1 ;
d3-5）计算卷取第kj层时的钢卷各层的紧密系数
Figure FDA0000408921460000034
i=1,2,…,kj；
d3-6）计算卷取第kj层时卷筒的位移值
d3-7）计算卷取第kj层时第一层带钢的内半径r′s1=rb-us；
d3-8）求解卷取第kj层时钢卷的半径分布
r si + 1 &prime; = r si &prime; + h s - h s E 2 [ m si ( p si + p si + 1 ) / 2 + v 2 q si + 1 ] , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; , k j ;
d3-9）计算并判断目标函数的具体数值
Figure FDA0000408921460000037
是否成立，如果成立，转入步骤d3-10）；如果不成立，则令rsi=r′si，转入步骤d3）；
d3-10）计算出参数计算的目标函数
G 1 ( X ) = 1 k j + 1 &Sigma; i = 1 k j + 1 | ( r si - r 01 si r 01 si ) - 1 E 2 ( q si + &pi; ( r si &tau; si - r si + 1 &tau; si + 1 ) / ( r si + 1 - r si ) + v 2 ( p si + p si + 1 ) / 2 ) | ;
d3-11）根据优化理论判断Powell条件是否成立，若不成立，调整X0，重复步骤d3-2）至d3-10），直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数，若成立则直接转入步骤d4）。
4.根据权利要求2所述的带钢卷取品质在线综合判断方法，其特征在于：所述的步骤d8）包括以下步骤：
d8-1）给定卷取第n层时的钢卷周向应力影响系数的初始值X0={a0,a1,a2,a3}；
d8-2）给定卷取第n层时的钢卷半径的初始分布rsi=rb+(i-1)·hs，i=1,2,…,n,n+1；
d8-3）令卷取第n层时的钢卷周向应力 q si = a 0 + a 1 r si + a 2 r si 2 + a 3 r si 3 , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n , n + 1 ;
d8-4）根据τsn+1=0，求解卷取第n层时的钢卷各层的摩擦应力
&tau; si = ( q si + 1 - q si ) ( r si + 1 - r si ) &pi;r si + r si + 1 &tau; si + 1 r si , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n ;
d8-5）根据psn+1=0，求解卷取第n层时钢卷各层的径向应力psi，
p si = p si + 1 r si + 1 + ( r si + 1 - r si ) q si + &pi; ( r si &tau; si - r si + 1 &tau; si + 1 ) r si , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n ;
d8-6）求解卷取第n层时的钢卷各层的紧密系数
Figure FDA0000408921460000044
i=1,2,…n；
d8-7）计算卷取第n层时卷筒的位移值
Figure FDA0000408921460000045
d8-8）计算卷取第n层时第一层带钢的内半径r′s1=rb-us；
d8-9）求解卷取第n层时钢卷的半径分布
r si + 1 &prime; = r si &prime; + h s - h s E 2 [ m si ( p si + p si + 1 ) / 2 + v 2 q si + 1 ] , i = 1,2 , &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; n ;
d8-10）计算并判断目标函数的具体数值是否成立，如果成立，转入步骤d8-11）；如果不成立，则令rsi=r′si，转入步骤d8-3）；
d8-11）计算出参数计算的目标函数
G 1 ( X ) = 1 n + 1 &Sigma; i = 1 n + 1 | ( r si - r 01 si r 01 si ) - 1 E 2 ( q si + &pi; ( r si &tau; si - r si + 1 &tau; si + 1 ) / ( r si + 1 - r si ) + v 2 ( p si + p si + 1 ) / 2 ) | ;
d8-12）根据优化理论判断Powell优化条件是否成立，若不成立，调整X0，重复步骤d8-2）至d8-11），直至Powell条件成立，得出最优周向应力影响系数。
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