CN113333483B - 一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法。针对单机架六辊轧机分段接触式板形辊位置误差对板形检测带来的不利影响，建立板形辊包角补偿模型，对板形辊各段通道包角进行单独补偿控制。具体控制过程为：推导计算出板形辊包角公式；根据板形辊与前后辊的空间位置关系建立板形辊包角补偿模型，编写到电气二级程序；测量出板形辊水平度和平行度实际偏差值，根据包角补偿模型计算出板形辊每段通道对应包角值；将包角值代入到平直度公式得到每段带钢实际板形值，进而实现板形闭环控制。本发明将传统板形辊固定包角修改为板形辊沿轴向变包角，解决了由于板形辊位置误差带来的板形检测失真问题。

Description

一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法

技术领域

本发明涉及冷轧板形控制技术领域，具体涉及一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法。

背景技术

板形作为冷轧带钢的重要评价指标，板形质量影响了家电、汽车、食品包装等下游企业的产品质量。板形检测作为板形闭环控制系统的重要一环，行业需求对板形检测水平提出更高的要求。由于带钢板形问题本质上是带钢内部残余应力的横向分布问题。当带钢宽向各条纤维延伸不均匀时，由于带钢是一个整体，相邻纤维之间会产生残余应力，当残余应力超过翘曲极限时，便会引起带钢浪形问题。因此冷轧板形检测实质是检测带钢内部的残余应力分布。

瑞典ABB公司的压磁式板形仪是冷轧领域的主流板形检测仪器，它是一种分段接触式板形仪。其核心结构为分段接触式板形辊，板形辊沿辊身方向划分为多个测量通道，每个通道内部沿周向布置4个压力传感器，在线测量各通道的径向力，通过公式转换为带钢各段张应力，从而获得带钢实际板形分布情况。

板形辊作为板形检测元件，当安装位置精度出现误差时，板形辊包角沿辊身方向发生改变，对板形检测造成严重干扰，错误地引导板形闭环控制系统调节弯辊力、轧辊倾斜等机构，造成实际板形与在线板形显示不符的问题。

发明内容

本发明目的在于解决由于分段接触式板形辊位置精度误差带来的冷轧带钢板形检测失真问题。

针对以上技术缺陷，本发明提供如下技术方案：

一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法，所述方法包括如下步骤：

S1：推导板形辊包角计算公式α＝f(l，h，l′，h′，R₁，R₂，R₃)；

S2：根据空间位置关系建立板形辊包角补偿模型：

α_i/N＝α(i，N，l，h，l′，h′，Δl，Δh，R₁，R₂，R₃)；

S3：根据板形辊包角补偿模型计算出各段通道对应的实际包角值α_i/N；

S4：根据包角值α_i/N计算出每段通道实际张力值σ_i；由张力值σ_i计算得到张力偏差值Δσ_i；利用张力偏差值Δσ_i计算出平直度ε_i，平直度计算公式为

式中E为弹性模量，大小为210GPa，获得带钢真实板形分布；

S5：将该模型应用到实际现场，验证模型准确性。

优选的，所述步骤S1，包括如下步骤：如图2所示，板形辊包角α由α₁和α₂两部分组成。其中α₁表示相切于板形辊左侧的带钢与水平面的夹角，单位为rad；α₂表示相切于板形辊右侧的带钢与水平面的夹角，单位为rad；α₁采用如下计算公式：

α₁＝π/2-∠O OB-∠O OH

α₂采用如下计算公式：

α₂＝π/2-∠O″OG-∠O″OF

板形辊包角α采用如下计算公式：

其中，|OH|表示板形辊中心与上工作辊中心的水平距离，用l表示，单位为mm；|O′H|表示板形辊中心与上工作辊中心的垂直距离，用h表示，单位为mm；|O″G|表示板形辊中心与转向辊中心的水平距离，用l′表示，单位为mm；|OG|表示板形辊中心与转向辊中心的垂直距离，用h′表示，单位为mm。

水平度表示板形辊在竖直方向的倾斜程度，平行度表示板形辊与上工作辊、转向辊之间的平行关系。优选的，所述步骤S2，包括如下步骤：假设板形辊水平度和平行度同时出现误差，如图3所示，假设板形辊操作侧位置不变，传动侧由o点偏移到o1点，水平偏移量为Δl，规定向右偏移为正；垂直偏移量为Δh，规定向上偏移为正。则此时板形辊传动侧中心o1与上工作辊中心o′之间的水平距离变为l+Δl，垂直距离变为h-Δh；板形辊传动侧中心o1与转向辊中心o″之间的水平距离变为l′-Δl，垂直距离变为h′+Δh；

假设板形辊辊身长度为L，单位为mm，沿辊面分为N+1段通道，则每段通道的圆心位置可以用o_i/N(i＝0～N)表示；当i＝0时，o₀表示板形辊操作侧圆心；当i＝1时，o₁表示板形辊传动侧圆心；

各段通道圆心位置沿辊身方向呈线性变化，因此板形辊各段通道圆心位置o_i/N与上工作辊中心o′之间的水平距离表示为

与上工作辊中心o′之间的垂直距离表示为

与转向辊中心o″之间的水平距离表示为

与转向辊中心o″之间的垂直距离表示为

则各段通道板形辊包角α_i/N采用如下计算公式：

板形辊包角α_i/N公式简化为下式表示：α_i/N＝α(i，N，l，h，l′，h′，Δl，Δh，R₁，R₂，R₃)。

优选的，所述步骤S3，包括如下步骤：给定板形辊半径R₁，上工作辊半径R₂，转向辊半径R₃，板形辊与上工作辊空间距离l和h，板形辊与转向辊空间距离l′和h′，分段通道数量N+1；测量出板形辊与前后辊之间的水平度偏差Δh，平行度偏差Δl；计算出各段通道对应的实际包角值α_i/N。

优选的，所述步骤S4，包括如下步骤：根据每段通道压力传感器所测定压力值F_i以及各段通道包角α_i/N，计算出每段通道实际张应力值σ_i，单位为N/mm²采用如下计算公式：

式中，B_i表示每段通道宽度，单位为mm，H表示带钢厚度，单位为mm，F_i表示传感器测定压力值，单位为KN。

则各段通道张应力偏差值Δσ_i可采用如下计算公式：

平直度表示带钢纵切后各纵向纤维之间的相对长度差，它是带钢板形质量的一个重要评价指标。根据张应力偏差值Δσ_i计算得到带钢平直度ε_i，平直度计算公式为

进一步，得到：

其中，E为弹性模量，大小为210GPa。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明将传统的板形辊固定包角形式变化为沿轴向变包角形式。它可以根据板形辊位置精度偏差值准确计算出各段检测通道对应的实际包角值，能够反映出带钢真实的张应力分布，从而获得真实的带钢板形分布情况，解决板形检测失真问题。

附图说明

图1是本发明提供一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法的流程图；

图2是本发明提供一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法的板形辊包角计算示意图；

其中，1-上工作辊，2-板形辊，3-转向辊

图3是本发明提供一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法的板形辊位置偏差示意图；

图4是本发明提供一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法的板形辊检测通道分布示意图；

图5是本发明提供一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法的程序优化后的板形图。

图6是本发明提供一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法的程序优化前的板形图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对某生产现场单机架1420六辊轧机进行试验调试。该单机架所采用板形辊为26段等宽式板形辊，单段宽度为52mm，如图4所示。

下面给定具体轧机参数值。其中板形辊直径为313mm，上工作辊直径为250mm，转向辊直径为400mm，板形辊与上工作辊水平距离l为1700mm，板形辊与上工作辊垂直距离h为280mm，板形辊与转向辊水平距离l′为500mm，板形辊与转向辊垂直距离h′为60mm。

测量出板形辊与上工作辊、转向辊之间的水平度偏差Δh为1.3mm，以板形辊操作侧为基准，传动侧向上偏移；平行度偏差Δl为0.8mm，以板形辊操作侧为基准，传动侧向右偏移，如图3所示。

下面按照本发明设计方法对板形仪检测数据进行修正补偿。

利用包角补偿模型α_i/N＝α(i，N，l，h，l′，h′，Δl，Δh，R₁，R₂，R₃)计算出各段通道对应实际包角值，单位为rad，如表1所示：

表1板形辊检测通道包角计算值

取板形良好的带钢采用空拉模式空过轧机，其中带钢厚度H为0.5mm，宽度为1320mm。单位张力值设定为146N/mm²，总张力值为96KN。表2是模型补偿后板形辊压力传感器实测各段通道压力值及采用公式

计算的各段通道实际单位张力值，式中B_i为单段通道宽度52mm。

表2板形辊检测通道压力值及单位张力值

根据各检测通道单位张力值计算出张力偏差值，采用平直度公式

计算出各段通道平直度，并输出板形图像，如图5所示。板形显示与实际板形相符合。

以下是利用模型补偿前板形检测方法得到的板形数据。表3为模型补偿前输出得到压力值及单位张力值，输出图像如图6所示，可以看到对于板形良好的带钢，板形仪显示为操作侧带有单边浪，与实际板形不符。

表3板形辊检测通道压力值及单位张力值

通过模型补偿前与补偿后的板形输出对比，验证该补偿模型的准确性。

本发明将传统的板形辊固定包角形式变化为沿轴向变包角形式。它可以根据板形辊位置精度偏差值准确计算出各段检测通道对应的实际包角值，能够反映出带钢真实的张应力分布，从而获得真实的带钢板形分布情况，解决板形检测失真问题。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1：推导板形辊包角计算公式

，其中l为板形辊中心与上工作辊中心的水平距离，h为板形辊中心与上工作辊中心的垂直距离，l′为板形辊中心与转向辊中心的水平距离，h′为板形辊中心与转向辊中心的垂直距离，R ₁为板形辊半径，R ₂为上工作辊半径，R ₃为转向辊半径；

S2：根据板形辊与上工作辊、转向辊的空间位置关系及板形辊水平、垂直偏移量建立板形辊包角补偿模型:

式中，i为测量通道编号，N为测量通道最大编号，

为板形辊水平偏移量，

为板形辊垂直偏移量，

为测量通道i对应的实际包角值；

S3：根据板形辊包角补偿模型计算出各段测量通道对应的实际包角值

；

S4：根据每段测量通道压力传感器所测定压力值F _i 及实际包角值

计算出每段测量通道实际单位张力值

；由实际单位张力值

计算得到单位张力偏差值

；利用单位张力偏差值

计算出平直度

，获得带钢真实板形分布;

S5：将该模型应用到实际现场，验证模型准确性。

2.根据权利要求1所述的一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法，其特征在于：所述步骤S1，包括如下步骤：

所述板形辊包角

由

和

两部分组成，包角

单位为rad，其中

，单位为rad；

，单位为rad；

采用如下计算公式：

其中，O为板形辊圆心，O′为上工作辊圆心，H为上工作辊圆心所在竖直线O′H与板形辊圆心所在水平线OH的交点，B为与左侧带钢AC平行的线段O′B和与左侧带钢AC垂直的线段OC间的交点；

采用如下计算公式：

其中，O″为转向辊圆心，G为转向辊圆心所在水平线O″G与板形辊圆心所在垂直线OG的交点，F为与右侧带钢EI平行的线段OF和与右侧带钢EI垂直的线段FI间的交点；

板形辊包角

采用如下计算公式：

其中，

表示板形辊中心与上工作辊中心的水平距离，用l表示，单位为mm；

表示板形辊中心与上工作辊中心的垂直距离，用h表示，单位为mm；

表示板形辊中心与转向辊中心的水平距离，用l′表示，单位为mm；

表示板形辊中心与转向辊中心的垂直距离，用h′表示，单位为mm。

3.根据权利要求2所述的一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法，其特征在于：所述步骤S2，包括如下步骤：

当板形辊发生位置偏差时，假设板形辊操作侧位置不变，传动侧由O点偏移到O₁点，水平偏移量为

，规定向右偏移为正；垂直偏移量为

，规定向上偏移为正；则此时板形辊传动侧中心O₁与上工作辊中心O′之间的水平距离变为

，垂直距离变为

；板形辊传动侧中心O₁与转向辊中心O″之间的水平距离变为

，垂直距离变为

；

定义板形辊辊身长度为L，单位为mm，沿辊面分为N+1段测量通道，则每段测量通道的圆心位置用O _i/N 表示，i=0~N；当i=0时，O₀表示板形辊操作侧圆心；当i=1时，O₁表示板形辊传动侧圆心；

各段测量通道圆心位置沿辊身方向呈线性变化，因此板形辊各段测量通道圆心位置O _i/N与上工作辊中心O′之间的水平距离表示为

；与上工作辊中心O′之间的垂直距离表示为

；与转向辊中心O″之间的水平距离表示为

；与转向辊中心O″之间的垂直距离表示为

；则各段测量通道板形辊实际包角值

采用如下计算公式：

板形辊实际包角值

计算公式简化为：

。

4.根据权利要求1所述的一种分段接触式板形辊位置误差的补偿方法，其特征在于：所述步骤S4，包括如下步骤：

根据每段测量通道压力传感器所测定压力值F _i 以及各段测量通道实际包角值

，计算出每段测量通道实际单位张力值

，单位为N/mm²；再根据单位张力偏差值

得到每段带钢的相对长度差，即带钢板形平直度

每段测量通道实际单位张力值

采用如下计算公式：

式中，B _i 表示每段测量通道宽度，单位为mm，H表示带钢厚度，单位为mm，F _i 表示传感器测定压力值，单位为kN；

各段测量通道单位张力偏差值

采用如下计算公式：

式中，N+1表示测量通道数量；

根据单位张力偏差值

得到带钢板形平直度

，平直度计算公式为

，进一步，得到：

式中，E为弹性模量，大小为210GPa。

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