CN106140876B - 一种基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法，涉及金属加工的卷取设备，尤其涉及一种可提高卷取质量的带钢卷取设备的卷轴结构优化方法，首先，根据卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，建立卷轴的阶梯形变截面梁模型；然后，以保证卷取质量为前提，确定并优化卷轴的当量刚度设定值；随后，以控制最大卷重时钢卷的径向跳动为目标，优化卷取模型并确定扇形块的径向跳动设定值；最后，将优化后的设定值传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。既可以防止卷取过程中挫划伤质量缺陷，又可以提高卷轴的机械减振性能和机械加工性能，解决现场生产难题，提高带钢的表面质量，为企业创造经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工的卷取设备，尤其涉及一种可提高卷取质量的带钢卷取设备的卷轴结构优化方法。
背景技术
卷取机是轧钢生产线用于将轧制的带钢卷成钢卷的重要设备.卷筒卷轴在机组的日常生产中起着承受钢卷卷重的重要作用，卷轴刚度、不圆度和不同程度的径向圆跳动，都会使得带钢内部应力沿宽度方向受力不均，引起层间滑移，引发挫、划伤质量缺陷。事实上，卷轴的刚度过小在承重较大时会引起较大的挠度变化，进而对钢卷内部应力分布产生影响，造成带钢表面质量缺陷。而卷轴上扇形块(也称为扇形板)的径向跳动会造成卷取带钢的径向跳动，这种径向跳动会随着钢卷层数增加而逐层放大，最终对卷取质量造成影响。中国发明专利“一种冷轧带材卷取机卷筒”(发明专利号：ZL200910191544.X授权公告号：CN101704036B)公开了一种冷轧带材卷取机卷筒，其轴向斜楔安装在空心主轴上，径向斜楔安装在轴向斜楔上，多半式扇形块两端支撑在径向斜楔上,并通过弹簧体连接在空心主轴上；芯轴安装空心主轴内，一端通过连接套与胀缩机构相连,另一端通过连接体与轴向斜楔相连。卷筒在机构上采用简洁可靠的连接方式，可以保证卷筒的圆柱度和同拄度。但是，在现有的卷轴设计中，对卷轴刚度的设计并无量化指标，只凭经验判断，而对于卷轴上扇形块的径向跳动同样是根据经验来设计加工，这种设计方法为现场出现卷取质量缺陷带来了隐患，另一方面，也会出现矫枉过正的加工难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以改善带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法，为现场提供合理的卷轴参数设定值，既可以防止带钢内部应力沿宽度方向受力不均而引发挫划伤质量缺陷，又可以提高卷轴的机械减振性能和机械加工性能，解决现场生产难题，提高带钢的表面质量，为企业创造经济效益。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法，用于冷轧带材卷取机卷筒的卷轴的CAD/CAM系统，所述的卷轴包括多半式扇形块和支撑扇形块实现卷轴涨缩的涨缩机构，其特征在于：
首先，根据卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，将卷轴等效成梁结构，建立卷轴的阶梯形变截面梁模型和带钢的卷取模型；
然后，以保证卷取质量为前提，确定并优化卷轴的当量刚度设定值；
同时，以控制最大卷重时钢卷的径向跳动为目标，优化卷取模型并确定扇形块径向跳动设定值；
最后，将上述优化后的卷轴的当量刚度设定值和扇形块径向跳动设定值传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。
本发明的基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法的一种较佳的技术方案，其特征在于包括以下步骤：
S1：收集卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，包括卷轴长度l，工艺范围内最大卷所受重力G，卷轴固定端距钢卷中心位置的距离a，卷轴游离端距钢卷中心位置的距离b，保证卷取质量所允许的卷轴最大挠度εmax，保证卷取质量所允许的钢卷的最大径向跳动Rt max，生产带钢宽度d，生产带钢厚度h，生产带钢密度ρ，卷轴半径r，卷轴截面惯性矩I；
S2：依照公式1计算卷轴最大挠度发生位置x，
式中，δ1为考虑将卷轴等效成梁结构的修正系数，其取值范围为δ1＝0.8～1.2；
S3：依照公式2计算卷轴的最小当量刚度Ed min，
S4：依照公式3计算卷轴的当量刚度设定值Eds，
式中，Edy为卷轴刚度裕值，其取值范围为Edy＝20～50GPa，λ为考虑卷取动态过程卷轴机械震动的系数，其取值范围为λ＝1.0～1.3；
S5：依据公式4计算带钢的卷取层数n，
S6：依据公式5计算扇形块径向跳动放大系数β，
式中，δ2为考虑带钢卷取过程中发生弹塑性形变的修正系数，根据现场卷取张力、钢卷紧密程度确定，其取值范围为δ2＝0.7～1.0；
S7：依据公式6计算允许最大径向跳动值δmax，
S8：依据公式7计算扇形块径向跳动设定值δs，
δs＝δmax-δy (7)
式中，δy为扇形块径向跳动裕值，根据机组工况情况确定，其取值范围为δy＝0.003～0.006mm；
S9：将卷轴的当量刚度设定值Eds和扇形块径向跳动设定值δs传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。
本发明的有益效果是：
本发明的基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法，通过建立合理的数学模型，在分析卷轴受力的基础上，以保证卷取质量为前提，合理优化设定卷轴的当量刚度，同时，通过相关卷取理论分析，以控制最大卷重时钢卷的径向跳动为目标，合理优化卷取模型，设定扇形块的径向跳动值，实现对卷轴当量刚度和扇形块径向跳动最优值的优化，既可以防止卷取过程中挫划伤质量缺陷，又可以提高卷轴的机械减振性能和机械加工性能。
附图说明
图1为本发明的基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法的流程示意。
具体实施方式
本发明的基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法的流程如图1所示，用于冷轧带材卷取机卷筒的卷轴的CAD/CAM系统，所述的卷轴包括多半式扇形块和支撑扇形块实现卷轴涨缩的涨缩机构，所述的卷轴参数设定值优化方法首先根据卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，将卷轴等效成梁结构，建立卷轴的阶梯形变截面梁模型和带钢的卷取模型；然后，以保证卷取质量为前提，确定并优化卷轴的当量刚度设定值；同时，以控制最大卷重时钢卷的径向跳动为目标，优化卷取模型并确定扇形块径向跳动设定值；最后，将上述优化后的设定值传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。以下结合附图和实施例，对本发明的上述技术方案进行进一步地详细描述。
实施例
为了进一步说明本发明技术方案的具体实施过程，以下以某重卷机组卷取机卷轴为例，详细地介绍使用本发明的卷轴参数设定值优化方法，对该机组卷取机卷轴进行参数综合优化的计算过程。
步骤S1：收集卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，在本实施例中，卷轴长度l＝1852mm，工艺范围内最大卷所受重力G＝16t，卷轴固定端距钢卷中心位置的距离a＝837mm,卷轴游离端距钢卷中心位置的距离b＝1015mm，保证卷取质量所允许的卷轴最大挠度εmax＝0.066mm,保证卷取质量所允许的钢卷的最大径向跳动Rt max＝0.0006m，生产带钢宽度d＝1000mm，生产带钢厚度h＝0.4mm，生产带钢密度ρ＝7850kg/m3，卷轴半径r＝50mm，卷轴截面惯性矩I＝0.00151m4。
步骤S2：依照公式1计算卷轴最大挠度发生位置x，取考虑将卷轴等效成梁结构的修正系数δ1＝1，得到
步骤S3：依照公式2计算卷轴的最小当量刚度Ed min，因为在本实施例中x＝0.516m，a＝0.837m，满足条件0＜x＜a，所以
步骤S4：将步骤S3计算得到的卷轴的最小当量刚度Ed min带入公式3，计算卷轴的当量刚度设定值Eds，根据实际生产经验，取卷轴刚度裕值Edy＝30GPa，令考虑卷取动态过程卷轴机械震动的系数λ＝1.1，得到
Eds＝λ(Ed min+Edy)＝1.1×(158.3+30)＝207.13GPa (3)
步骤S5：依照公式4计算带钢的卷取层数n，得到
步骤S6：依照公式5计算扇形块径向跳动放大系数β，令考虑带钢卷取过程中发生弹塑性形变的修正系数δ2＝0.8，得到
步骤S7：依照公式6计算允许最大径向跳动值δmax，得到
步骤S8：依照公式7计算扇形块径向跳动设定值δs，由实际生产经验得知，取扇形块径向跳动裕值δy＝5×10-6m，得到
δs＝δmax-δy＝4.57×10-5-5×10-6＝4.07×10-5m (7)
最后，步骤S9：以本发明方法确定的当量刚度设定值Eds＝207.13GPa和扇形块径向跳动设定值δs＝4.07×10-5m，作为卷轴设计的重要参数，传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。经本发明的基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法优化得到的卷轴参数设定值，是卷轴当量刚度和扇形板径向跳动的最优值，既可以防止带钢内部应力沿宽度方向受力不均而引发挫划伤质量缺陷，又可以提高卷轴的机械减振性能和机械加工性能，解决现场生产难题，提高带钢的表面质量，为企业创造经济效益。
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的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法，用于冷轧带材卷取机卷筒的卷轴的CAD/CAM系统，所述的卷轴包括多半式扇形块和支撑扇形块实现卷轴涨缩的涨缩机构，其特征在于：
首先，根据卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，将卷轴等效成梁结构，建立卷轴的阶梯形变截面梁模型和带钢的卷取模型；
然后，以保证卷取质量为前提，确定并优化卷轴的当量刚度设定值；
同时，以控制最大卷重时钢卷的径向跳动为目标，优化卷取模型并确定扇形块径向跳动设定值；
最后，将上述优化后的卷轴的当量刚度设定值和扇形块径向跳动设定值传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。
2.根据权利要求1所述的基于带钢卷取质量的卷轴参数设定值优化方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：收集卷轴的设备参数和生产带钢的工艺参数，包括卷轴长度l，工艺范围内最大卷所受重力G，卷轴固定端距钢卷中心位置的距离a，卷轴游离端距钢卷中心位置的距离b，保证卷取质量所允许的卷轴最大挠度εmax，保证卷取质量所允许的钢卷的最大径向跳动Rtmax，生产带钢宽度d，生产带钢厚度h，生产带钢密度ρ，卷轴半径r，卷轴截面惯性矩I；
S2：依照公式1计算卷轴最大挠度发生位置x，
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式中，δ1为考虑将卷轴等效成梁结构的修正系数，其取值范围为δ1＝0.8～1.2；
S3：依照公式2计算卷轴的最小当量刚度Edmin，
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S4：依照公式3计算卷轴的当量刚度设定值Eds，
Eds＝λ(Edmin+Edy) (3)
式中，Edy为卷轴刚度裕值，其取值范围为Edy＝20～50GPa，λ为考虑卷取动态过程卷轴机械震动的系数，其取值范围为λ＝1.0～1.3；
S5：依据公式4计算带钢的卷取层数n，
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S6：依据公式5计算扇形块径向跳动放大系数β，
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式中，δ2为考虑带钢卷取过程中发生弹塑性形变的修正系数，根据现场卷取张力、钢卷紧密程度确定，其取值范围为δ2＝0.7～1.0；
S7：依据公式6计算允许最大径向跳动值δmax，
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S8：依据公式7计算扇形块径向跳动设定值δs，
δs＝δmax-δy (7)
式中，δy为扇形块径向跳动裕值，根据机组工况情况确定，其取值范围为δy＝0.003～0.006mm；
S9：将卷轴的当量刚度设定值Eds和扇形块径向跳动设定值δs传递给CAD/CAM系统，用于卷轴的设计加工制造安装过程。
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