CN115455656A - 一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法及装置 - Google Patents

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薛志伟
齐天圣
范宏伟
陈亚飞
王杰
王萍
江连运
陈军
李福平
杜海涛
毕永杰
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Abstract

本发明涉及一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法及装置，获取待矫平板材的原始弯曲曲率r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h；计算在压平力F的作用下，当板材由原始曲率1/r0反向弯曲至曲率1/r1时，距中性层z处的应变ε，计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0；计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M；通过压平力F表示外力矩M，得到压平力F与曲率1/ρw之间的关系式，压平力F和板材的反弯量δ最终通过公式计算获得。本发明能够准确计算出压平机所需工作参数，提高压平机工作效率。

Description

一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法及装置
技术领域
本发明涉及一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法及装置。
背景技术
经过轧制后的宽厚板一般会存在弯曲等板形质量问题，板材在轧制轧后需要经过多次矫平才能达到合格的板材平直度要求。一般板材厚度小于40mm时，可以通过压力矫平机对其进行矫平获得平直的宽厚板。对于宽厚板的矫平过程，传统的方式是人工设定压头的行程、人工放置垫板、人工通过仪器测量板材的残余挠度。面向未来全自动化的发展趋势，这些问题严重影响了板材的矫直效率及精度。
宽厚板压平机的工作过程如下：通过行车将待矫平的板材放到压平机的机前辊道上，机前推送装置将待矫平板材推送至合适位置，操作人员根据个人经验在宽厚板的上方和下方合适位置放置垫板，四点压力矫平需要放置四块垫板。在进行矫平前需要预设压平机压头行程或压平力，然后压平机压头下压到指定位置后进行保压。保压完成后，将压头提升，查验矫平后板材的平直度；若未达到要求，重新放置垫板并计算压平机压头行程或压平力进行多次矫平直到满足要求。
在制约压平机工作效率的众多因素中，由于压平机压头行程或压平力设置不合适导致矫平次数多的问题也是其中的一个重要影响因素。在压力矫平过程中需要合适的压平机压头行程或压平力才能满足最终的平直度要求，而压平机压头行程或压平力通常是操作人员根据个人经验进行预设，很难刚好处于合适的范围内,所需矫平次数多，影响工作效率。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法及装置，能够准确计算出压平机所需工作参数，提高压平机工作效率。
基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：
1、一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，获取待矫平板材的原始弯曲半径r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h；
压平力F通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000021
其中,
Figure BDA0003803617150000031
式中，
Figure BDA0003803617150000032
Mw为最大弹性弯曲力矩；1/ρw为弯曲力矩为Mw时的曲率值；I为截面惯性矩，Ld待矫平板材下方两个垫板的中心距，S为待矫平板材上方两个压头的中心距。
进一步地，板材的反弯量通过如下公式获得
Figure BDA0003803617150000033
进一步地，包括如下步骤：
步骤1：获取待矫平板材的原始弯曲曲率r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h；
步骤2：计算在压平力F的作用下，当板材由原始曲率1/r0反向弯曲至曲率1/r1时，距中性层z处的应变ε，
步骤3：计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0；
步骤4:计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M；
步骤5：通过压平力F表示外力矩M，得到压平力F与曲率1/ρw之间的关系式，
步骤6：压平力F通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000041
其中,
Figure BDA0003803617150000042
式中，I为截面惯性矩，Ld待矫平板材下方两个垫板的中心距，S为待矫平板材上方两个压头的中心距。
进一步地，截面惯性矩I通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000043
式中，B表示板材宽度。
进一步地，步骤2中，距中性层z处的应变ε，具体通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000051
进一步地，步骤3中，计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0，具体通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000052
进一步地，步骤4中，计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M，具体通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000053
进一步地，步骤5中，外力矩M与曲率1/ρw之间的关系式如下：
Figure BDA0003803617150000054
其中，
Figure BDA0003803617150000055
Mw为最大弹性弯曲力矩；1/ρw为弯曲力矩为Mw时的曲率值；
通过压平力F表示外力矩M，得到压平力F与曲率1/ρw之间的关系式如下：
Figure BDA0003803617150000056
进一步地，将待矫平板材下方放置对称设置的四块垫板，待矫平板材上方通过压平机的压头对待矫平板材施加压平力F，进行矫平。
2、一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算装置，用于执行上述的方法。
本发明具有的有益效果：
本发明提供一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，获取待矫平板材的原始弯曲半径r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h；
压平力F通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000061
其中,
Figure BDA0003803617150000062
式中，
Figure BDA0003803617150000063
Mw为最大弹性弯曲力矩；1/ρw为弯曲力矩为Mw时的曲率值；I为截面惯性矩，Ld待矫平板材下方两个垫板的中心距，S为待矫平板材上方两个压头的中心距。
板材的反弯量通过如下公式获得
Figure BDA0003803617150000071
本发明能够准确计算出压平机所需工作参数，待矫平板材所需施加的压平力和待矫平板材所需反弯量，有效减少矫平次数，提高压平机工作效率。
附图说明
图1是本发明四点矫平待矫平原始弯曲状态图；
图2是本发明四点矫平反向弯曲状态图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例一：
一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法
如图1、图2所示，将待矫平板材下方放置对称设置的四块垫板2，待矫平板材上方通过压平机的压头1对待矫平板材施加压平力F，进行矫平。
图中，r0－原始弯曲曲率半径；r1－反向弯曲曲率半径；h－待矫平板材的厚度；S－为待矫平板材上方两个压头的中心距；Ld－待矫平板材下方两个垫板的中心距；z－任意厚度层与中心层的距离；L－截面OO’与A1A1’(A2A2’)中性层的距离；L1－初始弯曲状态距中性层z处截面OO’与A1A1’(A2A2’)的距离；L2－反向弯曲状态距中性层z处截面OO’与A1A1’(A2A2’)的距离；α1－初始弯曲状态截面OO’与A1A1’的圆心角；α2－反向弯曲状态截面OO’与A2A2’的圆心角；F－压平力。其中，截面OO’在Ld/2位置处。
本发明宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法包括如下步骤：
步骤1：获取待矫平板材的原始弯曲曲率r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h。
步骤2：计算在压平力F的作用下，当板材由原始曲率1/r0反向弯曲至曲率1/r1时，距中性层z处的应变ε。
在压平力F的作用下，当板材由原始曲率1/r0反向弯曲至1/r1时，距中性层z处的应变,如式(1)所示：
Figure BDA0003803617150000081
其中，
Figure BDA0003803617150000082
将式(2)代入式(1)得：
Figure BDA0003803617150000083
步骤3：计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0。
计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0，具体通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000091
步骤4:计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M。
计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M，具体通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000092
步骤5：通过压平力F表示外力矩M，得到压平力F与曲率1/ρw之间的关系式。
外力矩M与曲率1/ρw之间的关系式如下：
Figure BDA0003803617150000093
其中，
Figure BDA0003803617150000094
Mw为最大弹性弯曲力矩；1/ρw为弯曲力矩为Mw时的曲率值；弹性恢复力矩Mt与弹复曲率1/r1的关系如式(8)所示：
Figure BDA0003803617150000095
其中式(8)中,I为截面惯性矩，表达式如式(9)所示：
Figure BDA0003803617150000096
板材的弹性恢复过程是弹性势能的释放过程，此时弹性恢复力矩Mt与外力矩M相等，由式(6)和(8)可得：
Figure BDA0003803617150000101
根据力学理论可得外力矩M如式(11)所示：
Figure BDA0003803617150000102
步骤6：压平力F通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000103
其中,
Figure BDA0003803617150000104
式中，I为截面惯性矩，Ld待矫平板材下方两个垫板的中心距，S为待矫平板材上方两个压头的中心距。
截面惯性矩I通过如下公式获得，
Figure BDA0003803617150000105
式中，B表示板材宽度。
板材的反弯量通过如下公式获得
Figure BDA0003803617150000111
为进一步验证本发明宽厚板四点压力矫平中压平力及反弯量的计算方法的有效性，采用以下4组具体实例进行说明：
实例1：板材跨距为1.20m、板厚为0.08m、屈服强度为235Mpa、弹性模量为200Gpa、初始曲率为0.125m-1的情况下，三种不同板宽对应的压平力和反弯量结果如表1所示：
表1不同板宽对应的压平力和反弯量结果
Figure BDA0003803617150000112
实例2：板材跨距为1.00m、板宽为1.50m、屈服强度为235Mpa、弹性模量为200Gpa、初始曲率为0.10m-1的情况下，三种不同板厚对应的压平力和反弯量结果如表2所示：
表2不同板厚对应的压平力和反弯量结果
Figure BDA0003803617150000113
实例3：板材板宽为1.50m、板厚为0.08m、屈服强度为690Mpa、弹性模量为200Gpa、初始挠度为0.016m的情况下，三种不同跨距对应的压平力和反弯量结果如表3所示：
表3不同跨距对应的压平力和反弯量结果
Figure BDA0003803617150000114
Figure BDA0003803617150000121
实例4：板材跨距为0.80m、板宽为1.50m、板厚为0.08m、弹性模量为200Gpa、初始曲率为0.20m-1的情况下，三种不同屈服强度对应的压平力和反弯量结果如表4所示：
表4不同屈服强度对应的压平力和反弯量结果
Figure BDA0003803617150000122
实施例二：
一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算装置
所述装置用于执行上述的方法。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于，获取待矫平板材的原始弯曲半径r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h；
压平力F通过如下公式获得，
Figure FDA0003803617140000011
其中,
Figure FDA0003803617140000012
式中，
Figure FDA0003803617140000013
Mw为最大弹性弯曲力矩；1/ρw为弯曲力矩为Mw时的曲率值；I为截面惯性矩，Ld待矫平板材下方两个垫板的中心距，S为待矫平板材上方两个压头的中心距。
2.根据权利要求1所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于：板材的反弯量通过如下公式获得
Figure FDA0003803617140000021
3.根据权利要求1所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：获取待矫平板材的原始弯曲曲率r0，板材的弹性模量E、屈服强度σs、板材宽度B和厚度h；
步骤2：计算在压平力F的作用下，当板材由原始曲率1/r0反向弯曲至曲率1/r1时，距中性层z处的应变ε，
步骤3：计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0；
步骤4:计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M；
步骤5：通过压平力F表示外力矩M，得到压平力F与曲率1/ρw之间的关系式，
步骤6：压平力F通过如下公式获得，
Figure FDA0003803617140000022
其中,
Figure FDA0003803617140000031
式中，I为截面惯性矩，Ld待矫平板材下方两个垫板的中心距，S为待矫平板材上方两个压头的中心距。
4.根据权利要求1所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于：截面惯性矩I通过如下公式获得，
Figure FDA0003803617140000032
式中，B表示板材宽度。
5.根据权利要求3所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于：步骤3中，距中性层z处的应变ε，具体通过如下公式获得，
Figure FDA0003803617140000033
6.根据权利要求3所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于：步骤3中，计算板材弹塑性变形临界层距离中性层的高度z0，具体通过如下公式获得，
Figure FDA0003803617140000041
7.根据权利要求3所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于，步骤4中，计算板材矩形截面理想弹塑性材料外力矩M，具体通过如下公式获得，
Figure FDA0003803617140000042
8.根据权利要求3所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于，步骤5中，外力矩M与曲率1/ρw之间的关系式如下：
Figure FDA0003803617140000043
其中，
Figure FDA0003803617140000044
Mw为最大弹性弯曲力矩；1/ρw为弯曲力矩为Mw时的曲率值；
通过压平力F表示外力矩M，得到压平力F与曲率1/ρw之间的关系式如下：
Figure FDA0003803617140000045
9.根据权利要求1至8任何一项所述的宽厚板四点压力矫平中的参数计算方法，其特征在于，将待矫平板材下方放置对称设置的四块垫板，待矫平板材上方通过压平机的压头对待矫平板材施加压平力F，进行矫平。
10.一种宽厚板四点压力矫平中的参数计算装置，其特征在于：用于执行权利要求1至9任何一项所述的方法。
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