CN108655188B - 一种板形测量误差补偿方法 - Google Patents

一种板形测量误差补偿方法 Download PDF

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CN108655188B CN201710203966.9A CN201710203966A CN108655188B CN 108655188 B CN108655188 B CN 108655188B CN 201710203966 A CN201710203966 A CN 201710203966A CN 108655188 B CN108655188 B CN 108655188B
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Abstract

一种板形测量误差补偿方法，针对因卷筒变形造成的带钢板形测量误差，进行误差补偿，包括如下步骤：S1：依据承受均布载荷的简支梁的挠度曲线方程，计算出当前卷各测量通道的卷筒挠度；S2：依据当前卷各测量通道的卷筒挠度，计算出卷筒挠曲后产生的附加板形；S3：依据附加板形，对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿。本发明的一种板形测量误差补偿方法，通过理论计算及实测数据判断在板带材冷轧轧制过程中会出现因卷筒变形而造成的板形测量误差，针对上述板形测量误差，提供了测量误差计算方法和补偿方法，可有效地补偿板形测量误差，改善带钢内圈实物板形质量。

Description

一种板形测量误差补偿方法
技术领域
本发明属于板带材冷轧轧制技术领域，具体涉及一种板形测量误差补偿方法。
背景技术
板形测量装置按照带钢和板形测量装置的关系划分，分为接触式和非接触式。接触式板形测量装置的信号检测直接，信号处理比较容易保真，因而测量精度高，是目前主流板形测量装置。目前，国内的板形测量装置主要为接触式测量装置，其检测元件都是压力传感器。板形值获取的原理是根据板形测量装置提供的带钢宽度方向上张力分布按照一定的算法间接得到板形值。
冷轧机组中，板形测量装置前后包括轧机、转向辊和卷取机，其布置图如图2所示。
板形检测装置(以下简称板形辊)的工作原理如图3所示。在板形辊的每个测量通道上包含若干个压力传感器，带钢在板形辊上形成包角α，整个带钢宽度上的总张力FT在这些压力传感器上形成径向力F(1)～F(n)。压力传感器将径向力转换为电信号，板形测量系统对发送来的电信号加以处理和计算，将各测量通道的径向力F(i)转化为张力Ft(i)并计算延伸率，得到实际板形值。板形计算方法如下：
1)计算各测量通道的带钢张力
Figure GDA0002277754760000011
式中Ft(i)为板形辊各测量通道的带钢张力(单位N)，α为带钢在板形辊上形成的包角，F(i)为板形辊各测量通道得到的径向力(单位N)。
2)计算张力平均值
Figure GDA0002277754760000012
式中Fav张力平均值(单位N)，n为板形辊测量通道的数量。
3)计算张应力平均值
Figure GDA0002277754760000013
式中σ0为张应力平均值(单位为N/mm2)，FT为总张力(单位为N)，B为带钢宽度(单位为mm)，H为带钢厚度(单位为mm)。
4)计算每个测量通道上的张应力σ(i)(单位为N/mm2)
Figure GDA0002277754760000021
5)按照虎克定律，计算每个测量通道上的带钢延伸率
Figure GDA0002277754760000022
式中ε(i)为各测量通道的板形I单位，E为带钢的弹性模量。
板形辊的工作原理如上所述，为保证测量的准确性，必须考虑消除其它附加应力的影响。
申请号为：201410438256.0的发明申请，公开了一种基于断面形状的精确板形值获取方法，包括如下步骤：1.在轧机出口沿带钢移动方向依次设置断面形状测量仪、板形测量辊，板形测量辊上设置一定数量的压力传感器即测量通道，每个测量通道测量出带钢对应的径向力，测量通道宽度为W，断面形状测量仪测量出板形测量辊每个测量通道对应的带钢厚度实际值；2.对带钢进行跟踪，通过断面形状测量仪得到长度方向上每段带钢的端面形状值，在带钢移动到板形测量辊时取径向力值，根据带钢断面形状值及径向力值计算出宽度方向上的带钢延伸率分布；通过带钢延伸率分布的计算获取精确的板形实际值。
发明内容
本技术方案针对因卷筒变形造成的板形测量误差，设计一种板形测量误差补偿方法，该方法通过理论计算及实测数据判断在板带材冷轧轧制过程中会出现因卷筒变形而造成的板形测量误差，针对上述板形测量误差，提供了测量误差计算方法和补偿方法，可有效地补偿板形测量误差，改善带钢内圈实物板形质量。该技术方案可用于单机架轧机、连轧机等冷轧机组的板形控制，提高板形测量精度并改善实物板形质量。其技术方案具体如下：
一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：所述的一种板形测量误差补偿方法针对因卷筒变形造成的带钢板形测量误差，在各测量通道带钢延伸率的基础上加上带钢因卷筒挠曲造成的延伸，作为各测量通道的带钢实际延伸率，用以表征各测量通道带钢的实际板形值，包括如下步骤：
S1：依据承受均布载荷的简支梁的挠度曲线方程，计算出当前卷各测量通道的卷筒挠度；
S2：依据当前卷各测量通道的卷筒挠度，计算出卷筒挠曲后产生的附加板形；
S3：依据附加板形，对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S1中，当前卷各测量通道的卷筒挠度具体为：
Figure GDA0002277754760000031
其中，
υ(i)为当前卷各测量通道的挠度，单位为mm；
q为单位长度载荷，单位为N/mm；
x为卷筒长度坐标，单位为mm；
l为卷筒长度，单位为mm；
EId为弯曲刚度，单位为N.mm2；
E为带钢弹性模量，单位为N/mm2；
Id为当量惯性矩，单位为mm4。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述的Id＝Idj+Ids，
其中，
Id为总当量惯性矩，单位为mm4；
Idj为卷筒当量惯性矩，单位为mm4；
Ids为钢卷当量惯性矩，单位为mm4。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S2中所述的附加板形，依据如下公式确定：
Figure GDA0002277754760000032
其中，
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形；
ΔL为当前卷各测量通道的延伸长度，即卷筒挠曲造成的延伸长度，单位为mm；
L为轧机出口到卷取机的带钢长度，单位为mm；
n为板形辊测量通道的数量。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述的
Figure GDA0002277754760000033
其中，
q为单位长度载荷，单位为N/mm；
l为卷筒长度，单位为mm；
E为带钢弹性模量，单位为N/mm2；
f为最大挠度，单位为mm。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述的
Figure GDA0002277754760000041
其中，
Cs为钢卷惯性矩修正系数；
D为钢卷直径，单位为mm；
d为卷筒张开后的直径，单位为mm。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S3中，所述的对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿，具体为：
εr(i)＝εm(i)-εj(i)，
其中，
εm(i)为板形辊测量板形；
εr(i)为实际板形；
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S3中，所述的对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿，通过对各测量通道带钢的目标板形的动态补偿完成，所述的对各测量通道带钢的目标板形的动态补偿具体为：
εnref(i)＝εoref(i)+εj(i)，
其中，
εnref(i)为补偿后的目标板形；
εoref(i)为预设定的目标板形；
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形。
根据本发明的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述Cs的取值区间为[0.1，0.3]。
本发明的一种板形测量误差补偿方法，主要针对内圈带钢进行误差补偿；首先，从带钢的源头着手，将因卷筒挠曲变形造成的附件板形从带钢板形中析出，得到带钢实际板形；其中，所述的因卷筒挠曲变形造成的附件板形通过简支梁的挠曲方程计算出；其中，挠曲方程中的当量惯性矩通过卷筒当量惯性矩及钢卷当量惯性矩之和两方面来反映；其中，所述的卷筒当量惯性矩通过实测的最大挠度反推出。其通过理论计算及实测数据判断在板带材冷轧轧制过程中会出现因卷筒变形而造成的板形测量误差，针对上述板形测量误差，提供了测量误差计算方法和补偿方法，有效地补偿板形测量误差，改善带钢内圈实物板形质量。用于单机架轧机、连轧机等冷轧机组的板形控制，提高板形测量精度并改善实物板形质量。
附图说明
图1为本发明的步序流程图；
图2为本发明背景技术中的板形测量装置布置图；
图3为本发明背景技术中的板形辊工作原理示意图；
图4为本发明中卷筒受张力作用产生挠曲变形的示意图；
图5为本发明中板形辊的测量板形、实际板形及卷曲变形附加板形的示意图；
图6为本发明的实施例中随卷径增加附加板形的变化示意图。
具体实施方式
下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种板形测量误差补偿方法作进一步具体说明。
如图1所示的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：所述的一种板形测量误差补偿方法针对因卷筒变形造成的带钢板形测量误差，在各测量通道带钢延伸率的基础上加上带钢因卷筒挠曲造成的延伸，作为各测量通道的带钢实际延伸率，用以表征各测量通道带钢的实际板形值，包括如下步骤：
S1：依据承受均布载荷的简支梁的挠度曲线方程，计算出当前卷各测量通道的卷筒挠度；
S2：依据当前卷各测量通道的卷筒挠度，计算出卷筒挠曲后产生的附加板形；
S3：依据附加板形，对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿。
其中，
步骤S1中，当前卷各测量通道的卷筒挠度具体为：
Figure GDA0002277754760000061
以上，
υ(i)为当前卷各测量通道的挠度，单位为mm；
q为单位长度载荷，单位为N/mm；
x为卷筒长度坐标，单位为mm；
l为卷筒长度，单位为mm；
EId为弯曲刚度，单位为N.mm2；
E为带钢弹性模量，单位为N/mm2；
Id为当量惯性矩，单位为mm4。
其中，
所述的Id＝Idj+Ids，
Id为总当量惯性矩，单位为mm4；
Idj为卷筒当量惯性矩，单位为mm4；
Ids为钢卷当量惯性矩，单位为mm4。
其中，
步骤S2中所述的附加板形，依据如下公式确定：
Figure GDA0002277754760000062
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形；
ΔL为当前卷各测量通道的延伸长度，即卷筒挠曲造成的延伸长度，单位为mm；
L为轧机出口到卷取机的带钢长度，单位为mm；
n为板形辊测量通道的数量。
其中，
所述的
Figure GDA0002277754760000063
以上，
q为单位长度载荷，单位为N/mm；
l为卷筒长度，单位为mm；
E为带钢弹性模量，单位为N/mm2；
f为最大挠度，单位为mm。
其中，
所述的
Figure GDA0002277754760000071
以上，
Cs为钢卷惯性矩修正系数；
D为钢卷直径，单位为mm；
d为卷筒张开后的直径，单位为mm。
其中，
步骤S3中，所述的对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿，具体为：
εr(i)＝εm(i)-εj(i)，
εm(i)为板形辊测量板形；
εr(i)为实际板形；
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形。
其中，
步骤S3中，所述的对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿，通过对各测量通道带钢的目标板形的动态补偿完成，所述的对各测量通道带钢的目标板形的动态补偿具体为：
εnref(i)＝εoref(i)+εj(i)，
其中，
εnref(i)为补偿后的目标板形；
εoref(i)为预设定的目标板形；
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形。
其中，
所述Cs的取值区间为[0.1，0.3]。
原理解释：
1)计算冷轧轧制过程中卷筒挠曲变形形状
卷取机卷筒受张力作用，产生挠曲变形，如图4所示。其挠度曲线和最大挠度可按照简支梁受均布载荷进行计算，如下所示：
挠度曲线方程如下：
Figure GDA0002277754760000081
式中υ为各点挠度；q为单位长度载荷(单位为N/mm)；x为卷筒长度坐标(单位为mm)；l为卷筒长度(单位为mm)；E为带钢弹性模量(单位为N/mm2)；Id为总当量惯性矩(单位为mm4)，包括卷筒当量惯性矩及钢卷当量惯性矩。
Id＝Idj+Ids (7)
式中Idj为卷筒当量惯性矩，Ids为钢卷当量惯性矩。
最大挠度f(单位为mm)计算公式如下：
Figure GDA0002277754760000082
目前卷取机卷筒一般采用可涨缩结构，结构较为复杂，因此卷筒的惯性矩很难精确计算，可通过实测最大挠度f来反推卷筒当量惯性矩Idj，不同的卷筒尺寸及结构其当量惯性矩均有所不同。
钢卷当量惯性矩Ids计算方法采用圆环的计算公式，随着钢卷直径的增加，惯性矩也不断增加。考虑带钢卷曲成环形并非实体环形，因此惯性矩计算需予以修正，钢卷当量惯性矩计算公式如下：
Figure GDA0002277754760000083
式中D为钢卷直径(单位为mm)，d为卷筒张开后的直径(单位为mm)，Cs为钢卷惯性矩修正系数，一般取值0.1～0.3，可根据实物板形和板形辊测量板形对比来计算该系数。
2)将卷筒挠曲变形转换为附加板形I值
卷筒发生挠曲变形后，挠度曲线按照式(6)计算。
计算对应板形辊各测量通道的挠度值。
Figure GDA0002277754760000084
卷筒挠曲后产生的附加板形计算公式如下：
Figure GDA0002277754760000085
式中ΔL为对应各板形辊测量通道的延伸长度，即卷筒挠曲造成的延伸长度；L为轧机出口到卷取机的带钢长度。
根据内应力平衡原理，上述附加板形需减去平均值。
Figure GDA0002277754760000091
3)对板形测量值进行动态补偿或者对目标板形进行动态设定
板形辊测量板形包括了实际板形和卷筒变形附加板形，如图4所示。
εm(i)＝εr(i)+εj(i) (13)
式中εm(i)为板形辊测量板形；εr(i)为实际板形；εj(i)为卷筒变形附加板形，单位均为I值单位。
为消除板形测量误差，板形辊测量板形需减去卷筒变形附加板形，得到实际板形。
εr(i)＝εm(i)-εj(i) (14)
另外考虑板形控制的原理是将实际板形控制为预先设定的目标板形，因此也可以将附加板形与目标板形相加，形成新的目标板形以补偿板形测量误差。
εnref(i)＝εoref(i)+εj(i) (15)
式中εnref(i)为补偿后的目标板形；εoref(i)为预设定的目标板形。
基于以上原理的实施例：
设轧机为六辊轧机，出口为板形辊、转向辊和卷取机，如图2所示。
设带钢宽度为1500mm，厚度1.0mm，轧制出口到卷取机长度为3000mm。
设板形辊共有19个测量通道，根据带钢宽度得到有效测量通道为15个。
设卷曲张力FT为200KN，卷筒长度l为2000mm，则单位长度载荷q为75N/mm。
带钢弹性模量E为2.1×105N/mm2。
设卷筒直径d为610mm，卷筒当量惯性矩Idj为1.92×105mm4。
钢卷当量惯性矩Ids按照式(9)计算，设钢卷惯性矩修正系数Cs为0.2，钢卷直径D从610mm开始增加，则钢卷当量惯性矩为：
Figure GDA0002277754760000092
总当量惯性矩按式(7)计算为：
Figure GDA0002277754760000093
根据式(10)计算卷筒对应板形辊各测量通道的挠度值，可得
钢卷直径610mm，对应各测量通道挠度值为：
Figure GDA0002277754760000094
钢卷直径620mm，对应各测量通道挠度值为：
Figure GDA0002277754760000095
钢卷直径630mm，对应各测量通道挠度值为：
Figure GDA0002277754760000101
钢卷直径640mm，对应各测量通道挠度值为：
Figure GDA0002277754760000102
钢卷直径650mm，对应各测量通道挠度值为：
Figure GDA0002277754760000103
根据式(11)(12)计算因卷筒受力变形产生的附加板形I值：
钢卷直径610mm，对应各测量通道附加板形I值为：
Figure GDA0002277754760000104
钢卷直径620mm，对应各测量通道附加板形I值为：
Figure GDA0002277754760000105
钢卷直径630mm，对应各测量通道附加板形I值为：
Figure GDA0002277754760000106
钢卷直径640mm，对应各测量通道附加板形I值为：
Figure GDA0002277754760000107
钢卷直径650mm，对应各测量通道附加板形I值为：
Figure GDA0002277754760000108
随着钢卷直径的增加，附加板形曲线逐渐趋于平缓，如图6所示。钢卷直径达到650mm后，卷筒受力变形对板形测量值的影响基本可以忽略不计。
实际板形值按照按式(14)计算。
为消除板形测量误差，实际板形εr(15)等于板形辊测量板形εm(15)减去卷筒挠曲后产生的附加板形εj(15)，如图5所示：
εr(15)＝εm(15)-εj(15)。
本发明的一种板形测量误差补偿方法，主要针对内圈带钢进行误差补偿；首先，从带钢的源头着手，将因卷筒挠曲变形造成的附件板形从带钢板形中析出，得到带钢实际板形；其中，所述的因卷筒挠曲变形造成的附件板形通过简支梁的挠曲方程计算出；其中，挠曲方程中的当量惯性矩通过卷筒当量惯性矩及钢卷当量惯性矩之和两方面来反映；其中，所述的卷筒当量惯性矩通过实测的最大挠度反推出。其通过理论计算及实测数据判断在板带材冷轧轧制过程中会出现因卷筒变形而造成的板形测量误差，针对上述板形测量误差，提供了测量误差计算方法和补偿方法，有效地补偿板形测量误差，改善带钢内圈实物板形质量。用于单机架轧机、连轧机等冷轧机组的板形控制，提高板形测量精度并改善实物板形质量。

Claims (9)

1.一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：所述的一种板形测量误差补偿方法针对因卷筒变形造成的带钢板形测量误差，在各测量通道带钢延伸率的基础上加上带钢因卷筒挠曲造成的延伸，作为各测量通道的带钢实际延伸率，用以表征各测量通道带钢的实际板形值，包括如下步骤：
S1：依据承受均布载荷的简支梁的挠度曲线方程，计算出当前卷各测量通道的卷筒挠度；
S2：依据当前卷各测量通道的卷筒挠度，计算出卷筒挠曲后产生的附加板形；
S3：依据附加板形，对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿。
2.根据权利要求1所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S1中，当前卷各测量通道的卷筒挠度具体为：
Figure FDA0002277754750000011
其中，
υ(i)为当前卷各测量通道的挠度，单位为mm；
q为单位长度载荷，单位为N/mm；
x为卷筒长度坐标，单位为mm；
l为卷筒长度，单位为mm；
EId为弯曲刚度，单位为N.mm2；
E为带钢弹性模量，单位为N/mm2；
Id为当量惯性矩，单位为mm4。
3.根据权利要求2所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述的Id＝Idj+Ids，
其中，
Id为总当量惯性矩，单位为mm4；
Idj为卷筒当量惯性矩，单位为mm4；
Ids为钢卷当量惯性矩，单位为mm4。
4.根据权利要求2所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S2中所述的附加板形，依据如下公式确定：
Figure FDA0002277754750000021
其中，
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形；
ΔL为当前卷各测量通道的延伸长度，即卷筒挠曲造成的延伸长度，单位为mm；
L为轧机出口到卷取机的带钢长度，单位为mm；
n为板形辊测量通道的数量。
5.根据权利要求3所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述的
Figure FDA0002277754750000022
其中，
q为单位长度载荷，单位为N/mm；
l为卷筒长度，单位为mm；
E为带钢弹性模量，单位为N/mm2；
f为最大挠度，单位为mm。
6.根据权利要求3所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述的
Figure FDA0002277754750000023
其中，
Cs为钢卷惯性矩修正系数；
D为钢卷直径，单位为mm；
d为卷筒张开后的直径，单位为mm。
7.根据权利要求4所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S3中，所述的对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿，具体为：
εr(i)＝εm(i)-εj(i)，
其中，
εm(i)为板形辊测量板形；
εr(i)为实际板形；
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形。
8.根据权利要求4所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
步骤S3中，所述的对各测量通道带钢的实际板形值进行动态补偿，通过对各测量通道带钢的目标板形的动态补偿完成，
所述的对各测量通道带钢的目标板形的动态补偿具体为：
εnref(i)＝εoref(i)+εj(i)，
其中，
εnref(i)为补偿后的目标板形；
εoref(i)为预设定的目标板形；
εj(i)为卷筒挠曲后产生的附加板形。
9.根据权利要求6所述的一种板形测量误差补偿方法，其特征在于：
所述Cs的取值区间为[0.1，0.3]。
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