CN103934286B - 圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，其利用圆盘剪区域现有的张力实时采集系统，根据圆盘剪剪切过程中的张力实时数据定量在线分析出特定规格、钢种的带钢在特定张力、特定速度下剪切时带钢的振动频率与振动幅度，并根据数据分析结果从速度调整入手，采取相应的振动抑制措施，从而保证了带钢的稳定运行和剪切。

Description

圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种带钢生产过程中的控制方法，尤其涉及一种带钢振动的检测方法。

背景技术

圆盘剪是酸轧机组中的关键设备之一，其剪切过程的稳定性直接影响到带钢产品的质量，而在圆盘剪剪切生产过程中，带钢振动一直是困扰现场的一个实际问题。当圆盘剪工作过程中带钢出现较严重的振动时，不但会造成剪切质量下降、毛刺等缺陷，而且会诱使带钢出现跑偏与不对称剪边，并导致下游酸轧机组对成品带钢边部断面控制能力下降，引起质量异议。

由于带钢的振动往往不是突然发生，而是由小到大逐步恶化并最终失去控制的，因此如果现场能够在振动发生的初期及时发现振动的苗头，并采取一定的措施加以抑制，将可以有效地控制带钢振动的恶化。

在现有技术中，人们为了分析圆盘剪剪切过程中带钢的振动，往往需要现场安置位移传感器与速度传感器进行现场测试，然后配置专门的仪器进行数据采集与分析，判断带钢振动情况。采用这种方法由于需要在现场另外增加设备并配置专职测试人员，导致现场设备维护成本与人力资源成本提高，使得现场推广很困难。此外，由于受现场设备布置空间的限制，大部分机组没有安置振动测试仪器的空间，也使得这种监控无法实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，利用圆盘剪区域现有的张力实时采集系统，根据圆盘剪剪切过程中的张力实时数据定量在线分析出特定规格、钢种的带钢在特定张力、特定速度下剪切时带钢的振动频率与振动幅度，并根据数据分析结果从速度调整入手，采取相应的振动抑制措施。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，其包括下列步骤：

（1）收集酸轧机组中圆盘剪过程中前后活套张力设定值、带钢速度、带钢宽度、带钢厚度、钢种以及信号采样周期S（采样周期S单位为ms）；

（2）选择连续的n个取样周期T₁、T₂、…、T_i、…、T_n,每个周期取样时间为τ分钟，给定机组最大临界振动功率允许值为P_max，最大平均功率允许值为最大功率突变量为ΔP_max；

（3）获得时间nτ内1#活套、2#活套中带钢运行时各个时刻的张力实际值，分别以数组a_1ij、a_2ij,i＝1,2,…,n，j=1,2,…,a_1ij表示1#活套在第i个取样周期内第j时刻的实际张力，a_2ij表示2#活套在第i个取样周期内第j时刻的实际张力；

（4）根据上述张力实际值，计算出1#、2#活套在每个取样周期内的振动频率 ${\left(f_1^{*}\right)}_{1l},{\left(f_2^{*}\right)}_{1m},{\left(f_1^{*}\right)}_{2l}{,\left(f_2^{*}\right)}_{2m},\·\·\·,{\left(f_1^{*}\right)}_{\mathrm{il}},{\left(f_2^{*}\right)}_{\mathrm{im}},\·\·\·,{\left(f_1^{*}\right)}_{\mathrm{nl}},{\left(f_2^{*}\right)}_{\mathrm{nm}},$ 其中表示1#活套在第i个取样周期内的第l个共振频率，l=1、2、……、r_1i，r_1i为1#活套在第i个取样周期内的共振频率个数；表示2#活套在第i个取样周期内的第m个共振频率，m=1、2、……、s_2i，s_2i为2#活套在第i个取样周期内的共振频率个数；并计算得到该取样周期内对应于某一振动频率的最大振动功率 ${\left(P_1^{*}\right)}_{1\max },{\left(P_2^{*}\right)}_{1\max },{\left(P_1^{*}\right)}_{2\max }{,\left(P_2^{*}\right)}_{2\max },\·\·\·,{\left(P_1^{*}\right)}_{i\max },{\left(P_2^{*}\right)}_{i\max },\·\·\·,$ 其中表示1#活套在第i个取样周期内，l个振动功率中的最大振动功率；表示2#活套在第i个取样周期内，m个振动功率中的最大振动功率，具体计算方法为：

（a）令i=1；

（b）设定活套内带钢振动主频分析上限值f；

（c）计算出取样时间周期内的样本数

（d）令时刻t=j/f，设定目标信号函数为F(t)＝cos(2π·10·t)，j代表

时刻点，j=1,2,……,N；

（e）令数组x_i＝a_1ij，y_i＝a_2ij,做出正弦信号的时域波形图；

（f）进行快速傅里叶变换（快速傅里叶变换即FastFourierTransform，简称FFT，通过FFT可将信号的特征显示出来，并确定振动信号和相应振动频率。FFT变换为时域信号向频域信号转变的通用方法，故本技术方案在此不再赘述）；

（g）做出功率频谱图（一般地，FFT变换得到的频域信号中仍然有较多“噪声信号”存在，导致有用信号被淹没在噪声信号中，因此，一般再通过对频域信号进行平方的方法得到信号的功率谱，使有用信号被清晰的分离出来）；

（h）根据功率频谱图找出带钢共振频率以及对应的振动功率

（i)找出1#活套、2#活套在第i个周期内的最大振动功率 ${\left(P_1^{*}\right)}_{i\max },$ ${\left(P_2^{*}\right)}_{i\max };$

（j)判断不等式i≥n是否成立，若成立，则进入步骤（5）；否则，令i＝i+1，进入步骤（e）；

（5）判断不等式组：

$\left\{\begin{array}{c}\max \left\{{\left(P_1^{*}\right)}_{i\max }\right\}<P_{\max }\\ \frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(P_1^{*}\right)}_{i\max }}{n}<\stackrel{\&OverBar;}{P}\\ \max \{{\left(P_1^{*}\right)}_{i\max }-{\left(P_1^{*}\right)}_{i-1\max }\}<{\mathrm{\&Delta;P}}_{\max }\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}\max \left\{{\left(P_2^{*}\right)}_{i\max }\right\}<P_{\max }\\ \frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(P_2^{*}\right)}_{i\max }}{n}<\stackrel{\&OverBar;}{P}\\ \max \{{\left(P_2^{*}\right)}_{i\max }-{\left(P_2^{*}\right)}_{i-1\max }\}<{\mathrm{\&Delta;P}}_{\max }\end{array}\right.---\left(2\right)$

判断式（1）是否成立：若成立，则认为1#活套不存在有害振动；若不成立，则认为1#活套存在有害振动，需抑制振动；判断式（2）是否成立：若成立，则认定2#活套不存在有害振动；若不成立，则认为2#活套存在有害振动，需抑制振动。

本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，通过在线监控和分析圆盘剪区域带钢振动的情况，判断当前带钢是否存在有害振动，并决定是否对该区域内带钢采取抑制振动措施，从而实现了带钢的稳定剪切和运行。

附图说明

图1为本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法在一种实施方式下的流程图。

图2显示了本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法在一种实施方式下的1#活套的信号时域波形图。

图3显示了本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法在一种实施方式下的2#活套的信号时域波形图。

图4显示了本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法在一种实施方式下的1#活套的功率频谱图。

图5显示了本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法在一种实施方式下的2#活套的功率频谱图。

具体实施方式

现根据本发明的具体实施例，对本技术方案的应用过程作进一步的说明。

为进一步说明本发明所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，本实施例中选择来料牌号为AQ1060H5、规格为2.02mm×888mm的带钢进行在线检测，如图1所示：

在步骤1中，收集酸轧机组中圆盘剪前活套基本工艺参数，包括前活套张力设定值为19.2MPa，带钢速度80m/min；

在步骤2中，收集得到带钢的宽度为888mm，厚度为2.02mm，钢种为T4，信号采样周期为50ms；

在步骤3中，选择连续的10个取样周期T₁、T₂、…、T₁₀进行分析,每个周期取样时间为2分钟；

在步骤4中，设定机组最大临界振动功率允许值为P_max=4.5×10⁷，最大平均功率允许值为最大功率突变量为ΔP_max=3×10⁷；

在步骤5中，打开该机组圆盘剪区域活套实际张力数据库；

在步骤6中，获得每个周期内1#活套、2#活套中带钢运行时各个时刻的张力实际值，分别以数组a_1ij、a_2ij（i＝1,2,…,10；j=1、2、…、2400）来表示，并将其存储成为DAT（数据文件）格式；

在步骤7中，令i＝1；

在步骤8中，选择炉内带钢振动主频分析上限值f＝500HZ；

在步骤9中，计算取样时间周期内的样本数N=120/0.05=2400；

在步骤10中，以符号j代表时刻点，j＝1,2,……,2400，并令时刻t＝j/f=j/2400，设定目标信号函数为F(t)＝cos(2π·10·t);

在步骤11中，令数组x₁＝a_11j，y₁＝a_21j；

在步骤12中，做出正弦信号的时域波形图，如图2和图3所示；

在步骤13中，进行FFT频谱变换；

在步骤14中，做出功率频谱图，如图4和图5所示；

在步骤15中，根据功率频谱图找出1#活套中带钢共振频率 ${\left(f_1^{*}\right)}_1=83.79\mathrm{Hz},$ ${\left(f_1^{*}\right)}_2=120.9\mathrm{Hz},$ ${\left(f_1^{*}\right)}_3=248.4\mathrm{Hz},$ 振动功率 ${\left(P_1^{*}\right)}_1=5.226\&times;{10}^7\mathrm{Hz},$ ${\left(P_1^{*}\right)}_2=3.022\&times;{10}^7\mathrm{Hz},$ ${\left(P_1^{*}\right)}_3=1.515\&times;{10}^7\mathrm{Hz};$ 再找出2#活套中带钢共振频率 ${\left(f_1^{*}\right)}_1=74.12\mathrm{Hz},$ ${\left(f_1^{*}\right)}_2=144\mathrm{Hz},$ ${\left(f_1^{*}\right)}_3=245.6\mathrm{Hz},$ 振动功率 ${\left(P_1^{*}\right)}_1=3.821\&times;{10}^7,$ ${\left(P_1^{*}\right)}_2=3.714\&times;{10}^8,$ ${\left(P_1^{*}\right)}_3=7.799\&times;{10}^7;$

在步骤16中，找出1#、2#活套在第1个周期内的最大振动功率 ${\left(P_1^{*}\right)}_{1\max }=5.226\&times;{10}^7,$ ${\left(P_2^{*}\right)}_{1\max }=3.821\&times;{10}^8;$

在步骤17中，判断i≥n是否成立，若成立，则转入第18步，若不成立，则令i＝i+1，转入第11步，直至以上不等式成立，再转入第18步；

在步骤18中，利用前面计算出的10个周期内的1#活套数据，判断不等组（1）是否成立，若成立，则说明1#活套不存在有害振动，不用采取抑制振动措施，转入第20步；否则，转入第19步。

在步骤19中，对1#活套采取抑制振动措施。

在步骤20中，利用前面计算出的10个周期内的2#活套数据，判断不等组（2）是否成立，若成立，则说明2#活套不存在有害振动，不用采取抑制振动措施，在线检测结束；否则转入第21步。

在步骤21中，对2#活套采取抑制振动措施，在线检测结束。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)收集酸轧机组中圆盘剪过程中前后活套张力设定值、带钢速度、带钢宽度、带钢厚度、钢种以及信号采样周期S；

(2)选择连续的n个取样周期T₁、T₂、…、T_i、…、T_n,每个周期取样时间为τ分钟，给定机组最大临界振动功率允许值为P_max，最大平均功率允许值为，最大功率突变量为ΔP_max；

(3)获得时间nτ内1#活套、2#活套中带钢运行时各个时刻的张力实际值，分别以数组a_1ij、a_2ij，i＝1、2、…、n，j＝1、2、…、a_1ij表示1#活套在第i个取样周期内第j时刻的实际张力，a_2ij表示2#活套在第i个取样周期内第j时刻的实际张力；

(4)根据上述张力实际值，计算出1#、2#活套在每个取样周期内的振动频率其中表示1#活套在第i个取样周期内的第l个共振频率，l＝1、2、……、r_1i，r_1i为1#活套在第i个取样周期内的共振频率个数；表示2#活套在第i个取样周期内的第m个共振频率，m＝1、2、……、s_2i，s_2i为2#活套在第i个取样周期内的共振频率个数；并计算得到该取样周期内对应于某一振动频率的最大振动功率 表示1#活套在第i个取样周期内，l个振动功率中的最大振动功率；表示2#活套在第i个取样周期内，m个振动功率中的最大振动功率；

(5)判断不等式组：

$\left\{\begin{array}{c}max\left\{{\left(P_1^{*}\right)}_{imax}\right\}<P_{max}\\ \frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(P_1^{*}\right)}_{imax}}{n}<\stackrel{\&OverBar;}{P}\\ \max \{{\left(P_1^{*}\right)}_{i\max }-{\left(P_1^{*}\right)}_{i-1max}\}<{\mathrm{\&Delta;P}}_{max}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}max\left\{{\left(P_2^{*}\right)}_{imax}\right\}<P_{max}\\ \frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(P_2^{*}\right)}_{imax}}{n}<\stackrel{\&OverBar;}{P}\\ \max \{{\left(P_2^{*}\right)}_{i\max }-{\left(P_2^{*}\right)}_{i-1max}\}<{\mathrm{\&Delta;P}}_{max}\end{array}\right.---\left(2\right)$

判断式(1)是否成立：若成立，则认为1#活套不存在有害振动；若不成立，则认为1#活套存在有害振动，需抑制振动；判断式(2)是否成立：若成立，则认定2#活套不存在有害振动；若不成立，则认为2#活套存在有害振动，需抑制振动。

2.如权利要求1所述的圆盘剪剪切过程中带钢有害振动的在线检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中的计算方法为：

(a)令i＝1；

(b)设定活套内带钢振动主频分析上限值f；

(c)计算出取样时间周期内的样本数

(d)令时刻t＝j/f，设定目标信号函数为F(t)＝cos(2π·10·t)，j代表时刻点，j＝1,2,……,N；

(e)令数组x_i＝a_1ij，y_i＝a_2ij，做出正弦信号的时域波形图；

(f)进行快速傅里叶变换；

(g)做出功率频谱图；

(h)根据功率频谱图找出带钢共振频率以及对应的振动功率

(i)找出1#活套、2#活套在第i个周期内的最大振动功率

(j)判断不等式i≥n是否成立，若成立，则进入步骤(5)；否则，令i＝i+1，进入步骤(e)。