CN109530487A - 一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，包括：步骤1、建立工作辊与钢管模型；步骤2、对工作辊和钢管划分网格；步骤3、设定初始角度；步骤4、根据工作辊辊型曲线函数计算工作辊的各个节点坐标，以及钢管的各个节点坐标；步骤5、计算工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点与钢管各节点的距离；步骤6、当最小距离T_min＞δ，则设定0.1°为一个步长，逐步调整工作辊倾斜角α，得到最终的工作辊倾斜角。本发明提供的倾斜角调整方法，通过仿真计算指导不同规格钢管矫直时倾斜角的调整，解决因钢管规格不同及工作辊磨损等因素导致的工作辊与钢管接触不充分，无法矫直的现象。

Description

一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法

技术领域

本发明涉及管材轧制技术领域，特别涉及一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法。

背景技术

管材作为轧制行业的重要产品之一，其生产质量直接反应了一个国家的经济发展水平。在面对逐渐提高的要求品质和轧制工艺日益完善的技术背景之下，国内外企业纷纷注意到矫直机的发展和革新。其中，德国西马克和日本三菱公司在矫直机控制水平方面是国际的优秀代表，英国的布朗克斯(Bronx)、意大利的达涅利(Danieli)公司、捷克的Zdas公司向我国输出了斜辊矫直机，但实际使用效果均不理想，随着矫直辊的磨损，很多钢管生产企业完全放弃了控制模型的使用。在现有技术中，考虑到矫直辊磨损情况的存在和针对不同规格的钢管，导致工作辊与钢管接触不充分，无法矫直的现象。

因此为了解决现有技术中的问题，需要基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，克服现有技术中工作辊与钢管接触不充分，无法矫直的现象。

发明内容

为了解决现有技术中矫直机矫直不同规格钢管及工作辊长期使用磨损导致工作辊与钢管接触不充分的问题，提供一种指导矫直机工作辊与钢管倾斜角调整的方法。

具体地本发明的一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，所述调整方法包括如下方法步骤：

步骤1、建立工作辊与钢管模型，设定工作辊轴向为Z轴，工作辊中心截面的横向为X轴，工作辊中心截面的纵向为Y轴；

步骤2、对工作辊和钢管划分网格，沿工作辊圆周方向划分n等份，产生n个节点；沿工作辊辊轴方向划分m等份，产生m+1个节点，工作辊辊型曲线投影到辊轴方向的单元格长度为其中，L为工作辊辊身长度；

钢管圆周方向划分与所述工作辊圆周方向相同的n等分，产生n个节点，以工作辊倾斜角调整范围的中间值为基准，通过计算钢管单元格沿钢管轴向长度，其中，L₂为钢管单元格沿钢管轴向长度，α_mid为工作辊倾斜角调整范围α的中间值；

步骤3、将工作辊倾斜角调整范围α的最大值α_max设定为初始角度；

步骤4、根据工作辊辊型曲线函数计算工作辊的各个节点坐标，以及钢管的各个节点坐标；

步骤5、计算工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点(x_1i，y_1j，z_1k)与钢管各节点(x_2i，y_2j，z_2k)的距离取其最小值T_min，当T_min≤δ，则此时的倾斜角确定为最终用的倾斜角，其中δ为最小允许间隙，其中，1i＝1,2,...n，1j＝1,2,...n，1k＝1,2,...n，2i＝1,2,...n，2j＝1,2,...n，2k＝1,2,...n；

步骤6、当T_min＞δ，则设定0.1°为一个步长，逐步调整工作辊倾斜角α，直至工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点(x_1i，y_1j，z_1k)与钢管各节点(x_2i，y_2j，z_2k)的距离满足步骤5中的最小值T_min≤δ，得到最终的工作辊倾斜角。

在一个优选的实施例中，工作辊占辊长80％的中部辊型段之外的圆周节点，与钢管个节点的距离的最小值大于0。

在一个优选的实施例中，根据工作辊辊型数据与钢管尺寸数据建立工作辊与钢管模型。

在一个优选的实施例中，所述工作辊辊型数据包括辊腰直径，辊型曲线长度，安装角，所述钢管尺寸数据包括钢管直径以及钢管壁厚等。

本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，通过仿真计算指导倾斜角的调整，解决因钢管规格不同及工作辊磨损等因素导致的工作辊与钢管接触不充分，无法矫直的现象。

本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，倾斜角偏差能够满足工程的需要，很好的满足了工作辊与钢管的充分接触的需求，提高了矫直机的矫直效果。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1是本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊角倾斜调整方法的流程框图。

图2是本发明工作辊与钢管的网格划分示意图。

图3是本发明工作辊单元格与钢管单元格几何关系示意图。

图4是本发明工作辊端面截面示意图。

图5是本发明一个实施例中工作辊的调整示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

矫直机工作辊与钢管的轴线夹角即为倾斜角，辊型数据与倾斜角之间并未构成直接的显函数关系，现有技术中无法通过解析公式计算某种规格钢管或者工作辊磨损后对应的倾斜角，从而导致工作辊与钢管接触不充分，出现无法矫直的现象。为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

下面通过具体的实施例详细说明，如图1所示本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法的流程框图，本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，包括如下方法步骤：

步骤S101、建立工作辊与钢管模型。

根据工作辊辊型数据与钢管尺寸数据建立工作辊与钢管模型，设定工作辊轴向为Z轴，工作辊中心截面的横向为X轴，工作辊中心截面的纵向为Y轴。工作辊辊型数据包括辊腰直径，辊型曲线长度，安装角。本实施例中，辊腰直径为450mm，辊型曲线长度为720mm，安装角为30°。钢管尺寸数据包括钢管直径以及钢管壁厚，本实施例中，钢管直径为114mm，壁厚为6.35mm，设定矫直速度为1m/s。

步骤S102、划分网格。

对工作辊和钢管划分网格，如图2所示本发明工作辊与钢管的网格划分示意图，图3所示本发明工作辊单元格与钢管单元格几何关系示意图，图4所示本发明工作辊截面示意图，沿工作辊圆周方向划分n等份，产生n个节点；沿工作辊辊轴方向划分m等份(辊型曲线a划分m等份)，产生m+1个节点，工作辊辊型曲线投影到辊轴方向的单元格长度为其中，L为工作辊辊身长度。

钢管圆周方向划分与工作辊圆周方向相同的n等分，产生n个节点，以工作辊倾斜角调整范围的中间值为基准，通过计算钢管单元格沿钢管轴向长度，其中，L₂为钢管单元格沿钢管轴向长度，α_mid为工作辊倾斜角调整范围α的中间值(倾斜角α为钢管轴线b方向向与Z轴方向的夹角)。本实施例中钢管为直管，根据其直径可绕其轴线进行节点数据划分，在钢管划分过程中，网格单元的轴向间距要适应辊型轴向间距。

为了方便计算，本实施例在计算过程中，只需考虑工作辊的一半，在圆周方向只需考虑整个圆周的六分之一范围节点。

步骤S103、设定倾斜角初始值。

将工作辊倾斜角调整范围α的最大值α_max设定为初始角度。

步骤S104、根据工作辊辊型曲线函数计算工作辊的各个节点坐标，以及钢管的各个节点坐标。本领域技术人员应当理解，用于计算工作辊的各个节点坐标，以及钢管的各个节点坐标有工作辊的辊型曲线函数由辊型数据决定，本实施例中辊型曲线长度为720mm。

步骤S105、计算工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点与钢管各节点的最小距离。

计算工作辊占辊长80％的中部辊型段(如图2所示的c、d点之间的辊身长度)的圆周节点(x_1i，y_1j，z_1k)与钢管各节点(x_2i，y_2j，z_2k)的距离取其最小值T_min。

本发明，工作辊占辊长80％的中部辊型段之外的辊身(如图2所示c点至工作辊左端部的辊身，d点至工作辊右端部的辊身)的圆周节点，与钢管个节点的距离的最小值大于0，以保证工作辊的端部不与钢管接触。这里说的圆周节点是指，工作辊表面的节点，不包括工作辊内部的节点。

当T_min≤δ，则此时的倾斜角确定为最终用的倾斜角，其中δ为最小允许间隙，其中，1i＝1,2,...n，1j＝1,2,...n，1k＝1,2,...n，2i＝1,2,...n，2j＝1,2,...n，2k＝1,2,...n。

步骤S106、当T_min＞δ，则设定0.1°为一个步长，逐步调整工作辊倾斜角α，直至工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点(x_1i，y_1j，z_1k)与钢管各节点(x_2i，y_2j，z_2k)的距离满足步骤S105中的最小值T_min≤δ，得到最终的工作辊倾斜角。

在实施例中，当矫直机的工作辊出现磨损的情况时，辊型数据已经与原始辊型数据不一致，辊腰磨损量借助辊型曲线函数计算磨损后的辊型数据，通过上述步骤S101至步骤S105进行重新进行仿真计算，得到最终的工作辊倾斜角。

由于工作辊对管材的压力分布是不均匀的，由于工作辊只能与标准管径钢管接触相对比较均匀，根据管材外径情况，有的辊腰位置接触深，有的辊腹位置接触深，在一些实施例中，为了计算的方便，在计算倾斜角时可不考虑压扁对其影响。

通过本发明提供的一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，得到需要调整的工作辊倾斜角，根据计算得到的倾斜角指导工作辊的调整，如图5是本发明一个实施例中工作辊的调整示意图，本实施例中是示例性的给出三组工作辊，分别为入口辊包括入口上辊101和入口下辊102，中间辊包括中间上辊201和中间下辊202，出口辊包括出口上辊301和出口下辊302。

当工作辊磨损后，按照本发明提供的基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法得到的工作辊倾斜角指导每一对工作辊的调整。本实施例中，每一对工作辊的调整按照表1的方式进行调整。

表1各工作辊调整数据

	入口辊/°	中间辊/°	出口辊/°
				上辊	+0.2	-0.7	不变
下辊	-0.3	+0.1	-0.1

调整过程中，入口上辊101的倾斜角增大，入口下辊102的倾斜角较小，中间上辊的201倾斜角减小，中间下辊202的倾斜角增大，出口上辊301的倾斜角不变，出口下辊302的倾斜角减小。

根据现场调研及实验情况，工作辊磨损导致的工作辊与钢管接触不充分引起的无法矫直的现象得以解决，能够满足工程需要，对于特殊情况下的矫直操作，比如极大反弯或者极小反弯情况，需要现场工人根据上述原则进行适当的调整。

本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，通过仿真计算指导倾斜角的调整，解决因工作辊磨损等因素导致的工作辊与钢管接触不充分，无法矫直的现象。

本发明一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，倾斜角偏差能够满足工程的需要，很好的解决了工作辊与钢管的充分接触，提高了矫直机的矫直效果。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种基于离散寻优的管材矫直机工作辊倾斜角调整方法，其特征在于，所述调整方法包括如下方法步骤：

步骤1、建立工作辊与钢管模型，设定工作辊轴向为Z轴，工作辊中心截面的横向为X轴，工作辊中心截面的纵向为Y轴；

步骤2、对工作辊和钢管划分网格，沿工作辊圆周方向划分n等份，产生n个节点；沿工作辊辊轴方向划分m等份，产生m+1个节点，工作辊辊型曲线投影到辊轴方向的单元格长度为其中，L为工作辊辊身长度；

钢管圆周方向划分与所述工作辊圆周方向相同的n等分，产生n个节点，以工作辊倾斜角调整范围的中间值为基准，通过计算钢管单元格沿钢管轴向的长度，其中，L₂为钢管单元格沿钢管轴向长度，α_mid为工作辊倾斜角调整范围α的中间值；

步骤3、将工作辊倾斜角调整范围α的最大值α_max设定为初始角度；

步骤4、根据工作辊辊型曲线函数计算工作辊的各个节点坐标，以及钢管的各个节点坐标；

步骤5、计算工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点(x_1i，y_1j，z_1k)与钢管各节点(x_2i，y_2j，z_2k)的距离取其最小值T_min，当T_min≤δ，则此时的倾斜角确定为最终用的倾斜角，其中δ为最小允许间隙，其中，1i＝1,2,...n，1j＝1,2,...n，1k＝1,2,...n，2i＝1,2,...n，2j＝1,2,...n，2k＝1,2,...n；

步骤6、当T_min＞δ，则设定0.1°为一个步长，逐步调整工作辊倾斜角α，直至工作辊占辊长80％的中部辊型段的圆周节点(x_1i，y_1j，z_1k)与钢管各节点(x_2i，y_2j，z_2k)的距离满足步骤5中的最小值T_min≤δ，得到最终的工作辊倾斜角。

2.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，工作辊占辊长80％的中部辊型段之外的圆周节点，与钢管各节点的距离的最小值大于0。

3.根据权利要求1所述的调整方法，其特征在于，根据工作辊辊型数据与钢管尺寸数据建立工作辊与钢管模型。

4.根据权利要求3所述的调整方法，其特征在于，所述工作辊辊型数据包括辊腰直径，辊型曲线长度，安装角，所述钢管尺寸数据包括钢管直径以及钢管壁厚等。