CN114074121A - 一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，按以下方式进行：(1)在轧机上设置活套装置；(2)在轧机上进行变厚度板带材的轧制过程，在轧机出口侧，计算出轧件线速度的平均值v_m，然后在轧制过程中实时检测轧件的瞬时线速度v_c，比较二者的大小；通过活套套量的增加和减少，来对原本不平衡的速度关系进行补偿，实现新的平衡；同理，利用活套来调整轧件速度关系，(3)实时控制卷取速度和开卷速度：由实测轧件线速度v_e算出卷取电机的转数n_m；(4)实时控制液压缸运行速度v_g。本发明的方法使变厚度轧制过程复杂的解耦控制系统简单化，促使轧制过程趋于稳定，适用于变厚度板带材的大批量工业生产。

Description

一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法

技术领域

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法。

背景技术

变厚度板带材用于汽车制造等行业，具有节材减重、减少焊缝、降低成本、提高效率等优点。变厚度板带材通常使用周期性变厚度轧制方法来生产，变厚度板带材存在厚区、薄区和过渡区。因轧件厚度需要按照设计要求变化，带来辊缝、轧制力、前后张力、轧制速度等一系列参数出现变化。这些参数的变化往往互相影响、产生耦合作用，需要做复杂的解耦控制或者补偿控制，由此带来控制系统及其数学模型复杂化。

发明内容

本发明的目的是提供一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，是在周期变厚度轧制的入、出口侧各加入一套可以调节套量的活套装置，通过调节活套的套量，来改变变厚度轧制中的速度关系，以维持主电机、卷取电机、开卷电机的速度不变；使复杂的变厚度轧制过程控制系统简化，促使轧制过程趋于稳定。

本发明的变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法按以下方式进行：

(1)在轧机上设置活套装置；

(2)首先计算出轧件线速度的平均值v_m，然后在轧制过程中实时检测轧件的瞬时线速度v_c，比较二者的大小，通过活套套量的增加和减少，来对原本不平衡的速度关系进行补偿，实现新的平衡；

(3)实时控制卷取速度和开卷速度；

(4)实时控制液压缸运行速度。

上述的步骤(1)中，在轧机上设置活套装置，活套装置位于轧机入口侧，称为入口侧活套装置，或者位于轧机出口侧，称为出口侧活套装置，或者同时位于入口侧和出口侧，分别称为入口侧活套装置和出口侧活套装置；出口侧活套装置用于调节主电机和卷取电机的速度关系，维持卷取电机的线速度恒定；入口侧设置活套装置用于调节主电机和开卷电机的速度关系，维持开卷电机的线速度恒定。

上述的步骤(2)中，在轧机上进行变厚度板带材的轧制过程，在轧机出口侧，首先计算出轧件线速度的平均值v_m，然后在轧制过程中实时检测轧件的瞬时线速度v_c，比较二者的大小，如果δ＝v_c-v_m>0,表明为实测轧件速度高于平均速度，此时把δ作为速度增量存于活套中，表现为活套套量加长；如果δ＝v_c-v_m<0,表明实测轧件速度低于平均速度，此时把δ作为速度减量从活套中释放出来，表现为活套套量缩短；通过活套套量的增加和减少，来对原本不平衡的速度关系进行补偿，实现新的平衡；同理，利用活套来调整轧件速度关系，也适用于轧机入口侧。

上述的步骤(3)中，实时控制卷取速度和开卷速度：在轧机出口侧，设任意时刻t出口测速编码器测得轧件运行速度v_e应近似等于轧件的卷取线速度，也就是轧件在出口侧的平均运行速度v_m；基于v_m在变厚度轧制过程中保持不变，因此要对由于钢卷直径变化引起的速度变化进行补偿；轧制过程中在出口侧卷取机的卷径由小到大，卷取线速度与卷取电机转数关系为：

式中，为卷取电机转数，单位rpm；R_m为测得的钢卷半径，单位m；j_m为从卷取电机到卷筒的总减速比；利用上式即可由实测轧件线速度v_e算出卷取电机的转数n_m；轧机入口侧的情况与此相同。

上述的步骤(4)中，实时控制液压缸运行速度：在轧机出口侧设有出口液压缸，其运行状态由出口液压缸控制器根据轧件运行速度进行控制；出口侧未加补偿的轧件运行速度v_c由出口测速仪测得；因活套布置方式所决定，出口液压缸动作距离s_m是活套长度增量l_p的1/2，即：

s_m＝l_p/2；

式中，s_m为液压缸活塞移动距离，l_p为活套长度增量。消耗l_p的活套长度增量，只需要液压缸动作l_p/2的距离，因此出口液压缸活塞移动速度v_g为：

式中，v_c为由出口测速仪实测的轧件运行速度；利用上式由实测的轧件运行速度来确定液压缸的移动速度；轧机入口侧的情况与此相同。

本发明的变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法按以下步骤进行：

(1)在轧机上设置活套装置，活套装置位于轧机入口侧，称为入口侧活套装置，或者位于轧机出口侧，称为出口侧活套装置，或者同时位于入口侧和出口侧，分别称为入口侧活套装置和出口侧活套装置；出口侧活套装置用于调节主电机和卷取电机的速度关系，维持卷取电机的线速度恒定；入口侧设置活套装置用于调节主电机和开卷电机的速度关系，维持开卷电机的线速度恒定；

(2)采用等厚度的板材原料，在轧机上进行变厚度板带材的轧制过程，制成变厚度板带材；变厚度板带材由厚区、薄区和过渡区组成；薄区的总长度为l₁，厚区的总长度为l₂，过渡区的总长度为l₃，测得轧制薄区时轧机出口侧轧件的运行速度为v₁，轧制厚区时轧机出口侧轧件的运行速度为v₂；

计算出轧制单周期全长l为：

l＝l₁+l₂+l₃；

则计算出轧件的平均线速度v_m为：

板材原料的长度为l₀，则开卷机的平均线速度v₀为:

(3)在轧机出口侧，首先计算出轧件线速度的平均值v_m，然后在轧制过程中实时检测轧件的瞬时线速度v_c，比较二者的大小，如果δ＝v_c-v_m>0,表明为实测轧件速度高于平均速度，此时把δ作为速度增量存于活套中，表现为活套套量加长；如果δ＝v_c-v_m<0,表明实测轧件速度低于平均速度，此时把δ作为速度减量从活套中释放出来，表现为活套套量缩短；通过活套套量的增加和减少，来对原本不平衡的速度关系进行补偿，实现新的平衡；同理，利用活套来调整轧件速度关系，也适用于轧机入口侧；

(4)实时控制卷取速度和开卷速度：在轧机出口侧，设任意时刻t出口测速编码器测得轧件运行速度v_e应近似等于轧件的卷取线速度，也就是轧件在出口侧的平均运行速度v_m；基于v_m在变厚度轧制过程中保持不变，因此要对由于钢卷直径变化引起的速度变化进行补偿；轧制过程中在出口侧卷取机的卷径由小到大，卷取线速度与卷取电机转数关系为：

式中，为卷取电机转数，单位rpm；R_m为测得的钢卷半径，单位m；j_m为从卷取电机到卷筒的总减速比；利用上式即可由实测轧件线速度v_e算出卷取电机的转数n_m；轧机入口侧的情况与此相同；

(5)实时控制液压缸运行速度：在轧机出口侧设有出口液压缸，其运行状态由出口液压缸控制器根据轧件运行速度进行控制；出口侧未加补偿的轧件运行速度v_c由出口测速仪测得；因活套布置方式所决定，出口液压缸动作距离s_m是活套长度增量l_p的1/2，即：

s_m＝l_p/2；

式中，s_m为液压缸活塞移动距离，l_p为活套长度增量；消耗l_p的活套长度增量，只需要液压缸动作l_p/2的距离，因此出口液压缸活塞移动速度v_g为：

式中，v_c为由出口测速仪实测的轧件运行速度；利用上式由实测的轧件运行速度来确定液压缸的移动速度；轧机入口侧的情况与此相同；

以上公式中，长度或距离的单位均为m，速度的单位均为m/s。

本发明专利与国内外最接近的发明专利技术(US2008/0223100A1、DE98/03131、200910012398.X等)相比较，具有明显的优势和有益效果：

1)在周期变厚度轧制的入、出口侧各加入一套可以调节套量的活套装置。通过调节活套的套量，来改变变厚度轧制中的速度关系，以维持主电机、卷取电机、开卷电机的速度不变，使变厚度轧制过程复杂的解耦控制系统简单化，促使轧制过程趋于稳定，形成了不同于其它专利(US2008/0223100A1、ZL200910012398.X)的特色技术；

2)德国专利DE98/03131等是从动态改变产品规格角度提出改变厚度进行轧制，故采用多道次轧制，本发明特点是单机架冷轧机一个道次轧制出产品，针对的对象不同；

3)本发明以轧件在轧机出口侧的平均速度和轧机入口侧的平均速度为基准，对入口侧轧件活套和出口侧轧件活套进行速度补偿，以保证变厚度轧制过程中卷取机线速度和开卷机线速度不变。

本发明的方法具有生产过程稳定、生产效率高和产品精度高等优点，适用于变厚度板带材的大批量工业生产，这是本专利的独特之处。

附图说明

图1为周期变厚度轧制前的原料尺寸关系示意图；

图2为周期变厚度轧制后的变厚度板带材尺寸关系示意图；

图3为本发明的变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法原理示意图；图中，1、开卷机，2、入口卷径仪，3、入口活套前的轧件，4、入口液压缸，5、入口液压缸控制器，6、入口测速仪，7、四辊变厚度轧机，8、出口测速仪，9、出口液压缸，10、出口液压缸控制器，11、出口活套后的轧件，12、出口卷径仪，13、卷取机，14、入口导向辊，15、入口测速编码器，16、入口活套辊，17、入口活套，18、入口张力辊，19、入口张力计，20、入口轧前轧件，21、出口轧后轧件，22、出口张力计，23、出口张力辊，24、出口活套，25、出口活套辊，26、出口导向辊，27、出口测速编码器。

图4为本发明的变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法控制示意图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的周期变厚度轧制过程的等速度控制原理为：

1、预设条件为：本发明所涉及的变量均采用国际单位制，即轧件长度单位为m，轧件速度单位为m/s，时间单位为s，体积单位为m³。如图1和图2所示，轧前轧件原料长度为l₀，厚度为h₀，宽度为B，轧制前后宽度不变，推导中取B＝1；轧后变厚度板带材薄区、厚区、过渡区的长度分别为l₁、l₂、l₃，厚度分别为h₁、h₂、h_3x；在变形区出口处，工件在薄区轧制速度为v₁，厚区轧制速度为v₂，且v₁>v₂；轧制过程中，薄区和厚区在出口处轧制速度均保持不变；在薄区和厚区之间的过渡区，轧制速度符合线性差值关系：v_3x＝kx+b；采用单机架单道次轧制，上下二支工作辊直径相同、摩擦条件相同、线速度相同，轧制过程对称；轧件符合平面变形条件；轧制过程符合平断面假设，即在任何一个水平横断面上，各点的轧制速度均相等；由薄变厚的过渡区与由厚变薄的过渡区二者几何关系关于垂直线对称；变厚度板带材的薄区和厚区与过渡区为线性连接，其连接点处为折线；轧制前后轧件的密度和体积不变；变厚度板带材薄区和厚区均符合简单轧制条件：上、下辊径相等、轧制速度相等、摩擦条件对称、轧件为理想刚塑性体，符合均匀、连续、各向同性等条件；忽略轧制之前和轧制之后轧件与导向辊、张力辊、活套辊的相对滑动；轧制过程符合静力学条件，忽略加速度对轧制过程的影响；不考虑电机、液压缸等在加减速时的动力学特性。

2、建立周期变厚度轧制中轧件的尺寸关系：轧前长度为l₀、厚度为h₀的原料，经四辊变厚度轧机轧制后，成为变厚度板带材，如图2所示。其中变厚度板带材的薄区、厚区、过渡区的长度分别为l₁、l₂、l₃，厚度分别为h₁、h₂、h_3x。单周期变厚度板带材的总长度l为三区长度之和：

l＝l₁+l₂+l₃ (1)

轧前轧件体积为V₀，轧后轧件体积为V₁，轧前、轧后体积不变，故：

V₀＝V₁ (2)

可知长度为l的变厚度板带材平均厚度h_m为：

其中：

为过渡区的平均厚度。对应长度为l的变厚度板带材，所需要原料厚度为h₀，则其长度l₀为：

且有：

l₀＝l′₁+l′₂+l′₃ (7)

这里l′₁、l′₂、l′₃分别为轧后薄区厚度l₁、厚区厚度l₂、过渡区厚度l₃在轧前原料上对应的长度。

3、建立周期变厚度轧制速度关系：薄区轧制速度为定值v₁，厚区的轧制速度为定值v₂，根据上述假设条件，过渡区的轧制速度为：

v_3x＝v₁-kx (9)

由x＝l₃，v_3x＝v₂，得到：

故有：

过渡区轧制速度的平均值

可如下求出：

由此证明，过渡区轧制速度的平均值

等于v_3x在x＝l₃/2处的速度值。

轧件速度f_x(v)是x方向位置的函数，其平均值也就是轧件在变形区出口侧的平均速度v_m，它等于对轧件速度f_x(v)做沿长度方向的定积分，(积分上、下限为从零到l)，所得结果被积分长度l除，从而推导出：

整理得到：

推导过程中可见，轧件在变形区出口侧的平均速度v_m等于各区轧件运行速度的加权平均值。

且有：

l＝v_mt (14)

t＝t₁+t₂+t₃ (15)

这里t为轧制一块单周期变厚度板带材所用的时间，t₁、t₂、t₃分别为薄区、厚区、过渡区的轧制时间。

由图2可见，轧制变厚度板带材的控制周期

是单周期全长l的2倍。变厚度板带材的控制周期

不宜从单周期变厚度板带材的起点或者终点起始，因为那里是剪切点，轧制中没有厚度变化的踪迹。如果以薄区与过渡区交点作为控制起点，则轧制过程的控制周期经历四个阶段：1)二个薄区；2)一个由薄到厚的过渡区；3)二个厚区；4)一个由厚到薄的过渡区。

控制周期长度

为：

在轧机出口侧，在时间段t_m之内，工件以平均速度v_m走过距离l；同样在轧机入口侧，在时间段t_m内，工件也必然以平均速度v₀走过距离l₀，所以有：

利用(3)式，可以得到：

这样就得到了轧件在轧机出口侧的平均速度v_m和轧机入口侧的平均速度v₀，以此为基准，可以对入口侧轧件活套和出口侧轧件活套进行速度补偿，以保证变厚度轧制过程中卷取机线速度和开卷机线速度不变。

4、建立出口侧速度补偿方法：如图3所示，在轧机出口导向辊26和出口张力辊23之间，设有可控位置的出口活套辊25，活套辊25与出口液压缸9联动，由出口液压缸控制器10进行速度控制和位置控制，通过出口活套辊25速度变化和位置变化，来控制出口活套24套量的变化，以适应由于主电机转数相同条件下，因薄区、厚区压下率不同带来的中性角与前滑值不同，由此带来金属流量的变化，产生速度不平衡。

出口侧速度补偿的具体做法是：由出口侧测厚仪测得轧件的实时运行速度v_c，并与轧件平均速度进行比较，

v_c-v_m＝δ_m (19)

轧制薄区时，v_c＝v₁，δ_m>0,当卷取机以恒定的线速度卷取时，活套套量增加；轧制厚区时，v_c＝v₂，δ_m<0,活套套量减小。

轧制从薄到厚过渡区时，v_c＝v_3x；

在到达M点(M点为过渡区内v_3x＝v_m处)之前，δ_m>0,活套套量增加；在过了M点之后，δ_m<0,活套套量减小。轧制从厚到薄过渡区时，在到达M点之前，δ_m<0,活套套量减小；在过了M＝点之后，δ_m>0,活套套量增加。写成矢量形式：

轧制各区时的补偿量如下计算：

a)轧制薄区时的速度补偿量和补偿的活套长度(套量)

轧制薄区时速度补偿量为：

按前述的假设条件，v₁、v₂为常数，对具体的一块变厚度板带材，l₁、l₂、l₃均为已知，所以δ_m1也为常数。即活套以确定的速度加长，活套长度补偿量为补偿速度δ_m1乘以轧制薄区经历的时间t₁，因薄区长度l₁＝v₁t₁，故有：

b)轧制厚区时的补偿量

轧制厚区的轧件速度v₂小于平均速度v_m，其速度补偿量为：

此时v₂<v_m,轧制薄区时累积起来的活套套量在轧制厚区时要陆续释放出来，释放出来的活套长度为：

或

c)轧制过渡区时的补偿量

在过渡区内必有一点M，在M点过渡区速度v_3x＝v_m，这样就把过渡区分为二种情况：薄区侧的过渡区

厚区侧的过渡区

在薄区侧的过渡区，在M点之前速度补偿量为正：

表现为套量加长，加长量ΔS_1M为：

在厚区侧的过渡区，在M点之厚速度补偿量为负：

在薄区和过渡区M点之前累积起来的套量逐渐释放，表现为套量减小，减小量ΔS_2M为：

这里：

t_1M+t_2M＝t₃ (29)

l_1M+l_2M＝l₃ (30)取过渡区平均速度

利用(12)式有：

d)套量变化量的验算

随着轧制过程的进行，从薄区与过渡区的交点开始，直到过渡区里的M点，套量不断增加；过了M以后，在M点与厚区之间的过渡区和厚区套量逐渐减少。那么活套增量与减量能不能平衡呢？需要通过以下计算来证明。参照图1和图2，设活套增量与减量之差为ΔQ，

即：

ΔQ＝0 (33)

这样就从理论上证明了：轧制薄区和过渡区M点之前时积累起来的活套套量，在轧制厚区和过渡区M点之后的时间段内全部释放出来，这说明用活套补偿方法，来解决变厚度轧制过程中轧机出口侧卷取线速度保持恒定，这种技术思路是可行的。

5、建立入口侧速度补偿方法：如图3所示，在轧机入口侧导向辊14和入口侧张力辊18之间，设有可控位置的出口侧活套辊16，活套辊16由入口侧液压缸4控制位置，通过活套辊16的位置变化来控制入口侧活套17套量的变化，以适应由于主电机转数相同条件下，由于变厚度轧制时厚区的中性角与后滑值和轧制薄区的中性角与后滑值不同，由此带来金属流量的变化，产生速度不平衡。

入口侧速度补偿的具体做法是：由入口侧测厚仪测得轧件的实时运行速度v_d，并与轧件平均速度进行比较：

v_d-v₀＝δ₀ (34)

轧制薄区时，因压下量较大，后滑值较大，所以轧件运行速度较低。v_d＝v′₁，δ₀<0,当开卷机以恒定的线速度卷取时，在轧机入口侧的活套套量增加；轧制厚区时，v_d＝v′₂，δ₀>0,轧制薄区积累起来的活套套量逐渐减小。这里v′₁、v′₂分别为轧制薄区和厚区时，在轧机入口侧轧件的运行速度。根据体积不变条件，有

轧制过渡区时轧件在入口侧的速度v′_3x也是坐标x的函数，仍然依照前述的办法，设为：

v′_3x＝v′₁+k′x (36)

据边界条件x＝l₀，v′_3x＝v′₂，确定出：

于是有：

计算v′₃的平均值：

轧制从薄到厚过渡区时，v_d＝v′_3x；在到达N点(N点为轧机入口侧轧制过渡区时轧件速度等于入口侧轧件平均速度v₀的点)之前，δ₀<0,活套套量增加；在过了N点之后，δ₀>0,活套套量减小。轧制从厚到薄过渡区时，在到达N点之前，δ₀>0,活套套量减小；在过了N点之后，δ₀<0,活套套量增加。

轧制各区时的补偿量如下计算：

a)轧制薄区时的入口侧速度补偿量和补偿的活套长度(套量)

首先计算出入口侧轧件的平均速度v₀。v₀等于轧制薄区、厚区、过渡区入口侧轧件速度的加权平均值：

这里：

l₀＝l′₁+l′₂+l′₃ (42)l₀为轧前坯料的长度，l′₁、l′₂、l′₃分别为轧制薄区、厚区、过渡区时，轧件在入口侧所对应的长度。轧制薄区时速度补偿量为：

δ₀₁为常数，即活套以确定的速度加长，套长补偿量为补偿速度δ₀₁乘以轧制薄区经历的时间t₁：

b)轧制厚区时的补偿量

轧制厚区的轧件速度v′₂大于平均速度v₀，其速度补偿量为：

此时v′₂>v₀,轧制薄区时累积起来的活套套量在轧制厚区时要陆续释放出来，释放出来的活套长度为：

c)轧制过渡区时的补偿量

因入口侧轧件速度是连续的，在过渡区内必有一点N，在N点过渡区速度v′_3x＝v₀，这样就把轧制过渡区时入口侧分为二种情况：轧制薄区侧的过渡区

轧制厚区侧的过渡区

在薄区侧的过渡区，在N点之前速度补偿量为：

套量加长量为：

在厚区侧的过渡区，在N点之厚速度补偿量为：

在薄区和过渡区N点之前累积起来的套量逐渐释放：

这里：

t_1N+t_2N＝t₃ (51)

取过渡区平均速度

利用(12)式有：

d)入口侧套量变化量的验算

随着轧制过程的进行，从薄区与过渡区的交点开始，直到过渡区里的N点，套量不断增加；过了N以后，在N点与厚区之间的过渡区和厚区套量逐渐减少。那么在入口侧活套增量与减量能不能平衡呢？需要通过以下计算来证明。参照图1和图2，设活套增量与减量之差ΔP为：

即：

ΔP＝0 (55)

这样就从理论上证明了：轧制薄区和过渡区N点之前时积累起来的活套套量，在轧制厚区和过渡区N点之后的时间段内全部释放出来，这说明用活套补偿方法，来解决变厚度轧制过程中轧机入口侧开卷线速度保持恒定，这种技术思路是可行的。

6、测定变厚度轧制过程二个特殊点：变厚度轧制过程中有二个特殊点，即图2中出口侧过渡区中的M点和轧制过渡区时出口侧原料上的N点。在轧机出口侧，M点的标志性数据是测得的轧件速度v_c等于事先算出的出口侧轧件平均速度v_m，即v_c＝v_m；在轧机入口侧，N点的标志性数据是测得的轧件速度v_d等于事先算出的入口侧轧件平均速度v₀，即v_d＝v₀。

M点位于由薄到厚的过渡区，此外在由厚到薄的过渡区上，还有个M点的镜像称为M′点，也满足条件v_c＝v_m。M点与M′点的区别是：如果规定从左到右的方向为轧制方向，轧制过程从薄区开始，则M点是v_c＝v_m条件的左极限，而M′点为v_c＝v_m条件的右极限。换言之，从薄区侧趋近于v_c＝v_m条件的点是M点，从厚区侧趋近于v_c＝v_m条件的点是M′点。从薄区与过渡区交点到M(M′)点的距离为l_1M，从薄区与过渡区交点到M(M′)点的距离为l_2M。只有在需要区别过渡区方向的时候，区分M点和M′点才有意义。其它不易引起误解的情况下，把原本在同一个位置的M点和M′点统一称为M点。

M点的位置可以利用轧件速度之间的关系用数学模型表达，更为简便、可靠的是利用出口测速仪测得。从测得速度值大于出口轧件平均速度的方向测出v_c＝v_m时，得到的是左极限M；从测得速度值小于出口轧件平均速度的方向测出v_c＝v_m时，得到的是右极限M′。测得左极限后，活套套量由增加转变为减小，图3中液压缸活塞由向下移动转变为向上移动；测得右极限后，活套套量由减小转变为增加，图3中液压缸活塞由向上移动转变为向下移动。

7、实时控制卷取速度和开卷速度：在轧机出口侧，设任意时刻t出口测速编码器27测得到轧件运行速度v_e应近似等于轧件的卷取线速度，也就是轧件在出口侧的平均运行速度v_m。我们希望v_m在变厚度轧制过程中保持不变，因此要对由于钢卷直径变化引起的速度变化进行补偿。轧制过程中在出口侧卷取机的卷径由小到大，卷取线速度与卷取电机转数关系如下：

或

这里n_m为卷取电机转数，rpm；R_m为测得的钢卷半径，m；j_m为从卷取电机到卷筒的总减速比。

这样利于上式即可由实测轧件线速度v_e算出卷取电机的转数n_m。

轧机入口侧的情况与此类似，设任意时刻t入口测速编码器15测得到轧件运行速度v_f应近似等于轧件的卷取线速度，也就是轧件在入口侧的平均运行速度v₀。我们希望v₀在变厚度轧制过程中保持不变，因此要对由于开卷机直径变化引起的速度变化进行补偿。轧制过程中在开卷机的卷径由大到小，开卷线速度与开卷电机转数关系如下：

或

这里n₀为开卷电机转数，rpm；R₀为测得卷筒上的钢卷半径，mm；j₀为从开卷电机到卷筒的总减速比。这样利于上式即可由实测轧件线速度v_f算出开卷电机的转数n₀。

8、实时控制液压缸运行速度：在轧机出口侧设有出口液压缸9，它的运行状态由出口液压缸控制器10根据轧件运行速度进行控制。出口侧未加补偿的轧件运行速度v_c由出口测速仪8测得。因活套布置方式所决定，由图3可见，出口液压缸动作距离s_m是活套长度增量l_p的1/2，即：

s_m＝l_p/2 (58)

这里s_m为液压缸活塞移动距离，l_p为活套长度增量。换言之，消耗l_p的活套长度，只需要液压缸动作l_p/2的距离。因此出口液压缸活塞移动速度v_g为：

式中v_c为由出口测速仪实测的轧件运行速度,Δt为液压缸活塞移动的时间。这样，利用上式即可由实测的轧件运行速度来确定液压缸的移动速度。注意在M点的液压缸活塞速度，过了M点v_c-v_m要改变正负号，v_g也随之改变正负号。

同理在轧机入口侧设有入口液压缸4，它的运行状态由出口液压缸控制器5根据轧件运行速度进行控制。入口侧未加补偿的轧件运行速度v_d由入口测速仪6测得。由图3可见，入口液压缸动作距离s₀是入口活套长度增量l_q的1/2，即：

s₀＝l_q/2 (60)

这里s₀为液压缸活塞移动距离，l_q为入口活套长度增量。

换言之，消耗l_q的活套长度，只需要液压缸动作l_p/2的距离。因此在入口液压缸活塞移动速度v_q为：

式中v_d为由测速仪实测的轧件运行速度,Δt为液压缸活塞移动的时间。这样，利用上式即可由实测的轧件运行速度来确定入口液压缸的移动速度。注意在N点，v_d＝v₀，过了N点v_d-v_m要改变正负号，v_q也随之改变正负号。

9、控制变厚度轧制过程前后张力：在轧机出口侧设有出口张力辊23，在其上装有出口张力计22，出口张力计实时检测出张力计值，与出口后张力设定值比较，如果出现偏差，按照后张力控制模型采用常规方法进行控制。同理在轧机入口侧设有入口张力辊18，在其上装有出口张力计19，入口张力计实时检测出张力计值，与入口前张力设定值比较，如果出现偏差，按照前张力模型采用常规方法进行控制。这里不再赘述。

变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法控制方式如图4所示。

实施例1

产品厚区尺寸为300×2mm，薄区尺寸为600×1mm，过渡区尺寸为100×1-2mm，单周期全长1000mm，宽度为200mm的变厚度板带材，原料尺寸为540×200×2.5mm。轧制薄区时的轧机出口侧轧件的运行速度为v₁＝2m/s，轧制厚区时的轧机出口侧轧件的运行速度为v₂＝1m/s，轧制过渡区时的轧机出口侧轧件的运行速度为v_3x，其平均值为

根据上述条件，计算得到卷取机的平均线速度v_m为：

开卷机的平均线速度v₀为:

在前后带有可调活套的轧机上，按照卷取机线速度1.65m/s，开卷机线速度0.891m/s来轧制目标产品变厚度板带材。轧制过程从薄区与过渡区的交点开始，轧制薄区时，轧机出口侧测速仪测得轧件运行速度v_c为1.98m/s，经运算活套的速度补偿量为：

v_c-v_m＝1.98-1.65＝0.33m/s

用于补偿套量的出口液压缸移动速度v_q应控制在：

采用上述的变厚度轧制速度补偿方法，能够实现变厚度板带材的等速度轧制。

Claims (9)

1.一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于按以下方式进行：

(1)在轧机上设置活套装置；

(2)首先计算出轧件线速度的平均值v_m，然后在轧制过程中实时检测轧件的瞬时线速度v_c，比较二者的大小，通过活套套量的增加和减少，来对原本不平衡的速度关系进行补偿，实现新的平衡；

(3)实时控制卷取速度和开卷速度；

(4)实时控制液压缸运行速度。

2.根据权利要求1所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于步骤(1)中，在轧机上设置活套装置，活套装置位于轧机入口侧，称为入口侧活套装置，或者位于轧机出口侧，称为出口侧活套装置，或者同时位于入口侧和出口侧，分别称为入口侧活套装置和出口侧活套装置；出口侧活套装置用于调节主电机和卷取电机的速度关系，维持卷取电机的线速度恒定；入口侧设置活套装置用于调节主电机和开卷电机的速度关系，维持开卷电机的线速度恒定。

3.根据权利要求1所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于步骤(2)中，在轧机上进行变厚度板带材的轧制过程，在轧机出口侧，首先计算出轧件线速度的平均值v_m，然后在轧制过程中实时检测轧件的瞬时线速度v_c，比较二者的大小，如果δ＝v_c-v_m＞0，表明为实测轧件速度高于平均速度，此时把δ作为速度增量存于活套中，表现为活套套量加长；如果δ＝v_c-v_m＜0，表明实测轧件速度低于平均速度，此时把δ作为速度减量从活套中释放出来，表现为活套套量缩短；通过活套套量的增加和减少，来对原本不平衡的速度关系进行补偿，实现新的平衡；同理，利用活套来调整轧件速度关系，也适用于轧机入口侧。

4.根据权利要求1所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于步骤(3)中，在轧机出口侧，设任意时刻t出口测速编码器测得轧件运行速度v_e应近似等于轧件的卷取线速度，也就是轧件在出口侧的平均运行速度v_m；基于v_m在变厚度轧制过程中保持不变，因此要对由于钢卷直径变化引起的速度变化进行补偿；轧制过程中在出口侧卷取机的卷径由小到大，卷取线速度与卷取电机转数关系为：

式中，为卷取电机转数，单位rpm；R_m为测得的钢卷半径，单位m；j_m为从卷取电机到卷筒的总减速比；利用上式即可由实测轧件线速度v_e算出卷取电机的转数n_m；轧机入口侧的情况与此相同。

5.根据权利要求1所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于步骤(4)中，在轧机出口侧设有出口液压缸，其运行状态由出口液压缸控制器根据轧件运行速度进行控制；出口侧未加补偿的轧件运行速度v_c由出口测速仪测得；因活套布置方式所决定，出口液压缸动作距离s_m是活套长度增量l_p的1/2，即：

s_m＝l_p/2；

式中，s_m为液压缸活塞移动距离，l_p为活套长度增量，消耗l_p的活套长度增量，只需要液压缸动作l_p/2的距离，因此出口液压缸活塞移动速度v_g为：

式中，v_c为由出口测速仪实测的轧件运行速度；利用上式由实测的轧件运行速度来确定液压缸的移动速度；轧机入口侧的情况与此相同。

6.一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在轧机上设置活套装置，活套装置位于轧机入口侧，称为入口侧活套装置，或者位于轧机出口侧，称为出口侧活套装置，或者同时位于入口侧和出口侧，分别称为入口侧活套装置和出口侧活套装置；出口侧活套装置用于调节主电机和卷取电机的速度关系，维持卷取电机的线速度恒定；入口侧设置活套装置用于调节主电机和开卷电机的速度关系，维持开卷电机的线速度恒定；

(2)采用等厚度的板材原料，在轧机上进行周期变厚度轧制过程，制成变厚度板带材；单周期变厚度板带材组成：薄区的总长度为l₁，厚区的总长度为l₂，过渡区的总长度为l₃；测得轧制薄区时轧机出口侧轧件的运行速度为v₁，轧制厚区时轧机出口侧轧件的运行速度为v₂；在入口侧和出口侧带有可调的活套装置的轧机上，按照卷取机线速度v_m，开卷机线速度v₀来轧制目标变厚度板带材产品。

7.根据权利要求6所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于轧机出口侧测速仪测得轧件运行速度v_c由出口测速仪测得，出口液压缸动作距离s_m是活套长度增量l_p的1/2，即：s_m＝l_p/2；这里s_m为液压缸活塞移动距离，l_p为活套长度增量；以上公式中，长度或距离的单位均为m，速度的单位均为m/s，时间的单位均为s。

8.根据权利要求6所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于步骤(2)中，计算出轧制单周期全长l为：

l＝l₁+l₂+l₃；

则计算出轧件的平均线速度v_m为：

板材原料的长度为l₀，则开卷机的平均线速度v₀为：

9.根据权利要求6所述的一种变厚度板带材等速度轧制的速度补偿方法，其特征在于消耗l_p的活套长度，只需要液压缸动作l_p/2的距离；因此出口液压缸活塞移动速度v_g为：

式中Δt为液压缸活塞移动的时间；这样，利用上式即可由实测的轧件运行速度来确定液压缸的移动速度。

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