1780立辊主传动系统设计【说明书+CAD】
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1780立辊主传动系统设计【说明书+CAD】,1780,立辊主,传动系统,设计,说明书,CAD
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辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页在热轧带钢轧机机组上使用的前滑控制制度Young Hoon Moon*, I Seok Jo釜山大学机械工程学院静成形与模具制造工程技术研究中心釜山609-735，韩国Chester J. Van Tyne美国科罗拉多州矿业学院冶金与材料工程部 前滑作为一个重要的参数经常被用在连续式热轧带钢轧机轧辊速度控制模型上。在热连轧过程中，在线测量带钢速度本身是非常困难的。因此，对于需设置轧辊速度的精轧机来说，前滑模型主要是用来计算每个机架上轧辊的圆周速度。由于他本身的复杂性，在确定前滑值时，以前大多数的研究都是采用半经验法。虽然这些科学研究，可能在工艺流程的设计和控制方面有所帮助，但他们缺少理论依据。在本次研究中，已经建立了一个更好的前滑模型，通过它可以更好地设置和更精确的控制轧机速度。在这个模型中包含了诸如：中性点、摩擦系数、宽展量、轧辊咬入的变形区形状等因素。在7机架热连轧带钢轧机上，运用这个新的前滑模型，可显著得提高轧辊辊速的控制精度。关键字：精轧机；前滑；热轧带钢轧机；中性点；摩擦系数符号说明：: 第i架轧机上轧辊与轧件的切应力；: 第i架轧机上的前滑值；: 第i架轧机的平面变形前滑值: 前滑值的宽度变化调整系数: 第i架轧机上轧制后轧件的厚度；: 第i架轧机上的压下量； :第i架轧机中性点处的轧件厚度；: 接触弧水平投影长度；: i辊轧机摩擦系数修正值；: 第i架轧机上用于确定的系数；: 轧辊变形阻力；N : 轧制到次数；: 轧制力: 第i架轧机上辊面轧制力: 第i架轧机上的轧辊压力: 第i架轧机轧辊半径；: 轧机扭矩:第i架轧机实际轧件速度(条件不变的情况下): 第i架轧机上轧件预测速度误差；: 第i架轧机上轧件预测速度； : 第i架轧机上轧件出口速度；: 第i架轧机上轧辊圆周速度；: 第i架轧机中性点处轧件速度: 第i架轧机轧件出口宽度；: 第i架轧机中性点处轧件宽度；x : 变形区水平投影长度；: 第i架轧机的咬入角；: 第i架轧机的临界角；: 第i架轧机平面应变预测精度参数；: 变形区角坐标；: 第i架轧机的摩擦系数；: 在平面变形中基于扭矩，载荷和轧辊半径等反映摩擦条件的参数；: 第i架轧机变形区宽度变化参数；1. 引言在精轧机组中，每台精轧机的辊缝和辊速必须在板坯进入轧机之前进行预先设定。因此，设置值的精确度直接影响到前面热轧带钢尾部的质量及后面的轧机控制系统的性能。轧辊速度模型是用来控制相邻轧机的质量平衡。因此，轧辊速度控制是负责实现稳定的带钢速度和准确的带钢厚度的。一般来说，前滑模型之所以能被用来检测轧辊速度是因为它在每一个轧机上把轧辊速度转换成了板带的速度。在连续式热轧带钢轧机上，由于高温和轧机周围的恶劣环境，前滑值是很难进行测量的。因此，热连轧轧机的前滑值通常是从一个预先的模型中获得，但由于忽略了许多过程变量，很难获得较高的准确度。因次，在实践中，通过轧辊的圆周速度计算带坯的速度，重要的是要有一个可靠的轧辊速度模型。该轧辊速度模型不仅影响到板带前后的厚度，而且还影响到轧机的整体得可使用性及稳定性。轧辊速度模型的精确度直接依赖于预测前滑值的精确性。2.前滑值参数基本模式第i辊轧辊咬入示意图如图.1所示；在轧制过程的控制模型中，板坯和轧辊表面的相对滑动是一个重要的因素，一般而言，前滑值（）是指相对滑动值，被定义为轧件 图1 轧辊咬入几何示意图速度()与轧辊圆周速度()的差值除以轧辊的圆周速度，即 （1）根据相邻轧机间轧件体积流量相等可得： （2） 式中 h和分别为第i架轧机上轧件轧制后的厚度和宽度。从公式（1）中可得，轧件出口处的速度可表示为：（3） 将公式（3）带入体积流量平衡方程可得： （4）此体积容量平衡在咬入区任何一点都满足，对于中性点（精确的定义见脚注N） （5）整理公式（5）可得： （6）将公式（3）带入公式（6）中可得： （7）根据几何学，从图（1）中可得： （8） 式中 R指第i架轧机的轧辊半径，指中性角。当中性点处没有轧件时： （9）带入公式（7）,可得前滑值的基础方程： （10）如果已知，则中性点处的带钢宽度（）可以由公式（8）计算所得。同样，如果中性角（）和中性点处的板坯宽度（）已知，则由公式（10）可得前滑值。如图.2 所示，由轧辊咬入区力平衡可得： ( 11 ) 式中为第i辊的咬入角，为第i辊轧辊压力，为第i辊的摩擦系数。 如果摩擦系数、板坯宽度和轧辊压力在咬入区域是恒定不变的，则中性角可由公式（11）求的即：（12） 图 2 咬入点受力图咬入角（）由几何关系（见图1）可得：（13）根据公式（10）并假定在轧制过程中轧件宽度不变（），平面变形状态的前滑值可表示为： （14）式中：、，如果摩擦系数已知的话，值可由公式（12）确定。3.前滑方程中摩擦系数的确定根据公式（14）计算前滑值，摩擦系数必须是已知的。在带钢生产轧制过程中，摩擦系数取决于大量的变量，例如咬入角、轧制速度、润滑油、轧辊表面状况等，这些变量在不同的过程中可能会有所不同。选择一个唯一的摩擦系数值是非常困难的。一种可行的选择一个唯一数值的摩擦系数的方法如下，它显示在轧制过程中更多的带钢宽度扩展而前滑较小时。这种方法由公式（13）推导所得并假设带钢宽度不变。同时假设处于最大值，因此，当摩擦系数接近最小值时，由公式（12）计算所得的值可以更加接近于实际值，因为它可以补偿在轧制过程中的宽度变化。对于进入咬入辊的带钢： ( 15 )式中指轧辊和轧件在接触面上由于摩擦而产生的剪切力，是指法向力（见图2）重新整理可得： ( 16 )从摩擦系数的定义可得： （17）当公式（17）取等值时可得摩擦系数的最小值，摩擦系数最小值可表示为 （18）由公式（18）确定的摩擦系数最小值，可以简单的用来计算轧辊速度模型中的前滑值，但是对于典型的轧机来说，这种方法应该被完善。这种完善可以通过轧机相关数据的处理得到实现，轧辊扭矩是与摩擦系数密切相关的一个数据。因此，在轧辊扭矩的基础上进行的完善，被用来发展获得辊速度控制模型中更实际的摩擦系数值。每台轧机的轧制力（）可通过轧机的变形阻力（）和轧辊与带钢间的接触弧水平投影长度（）获得 ( 19 )轧辊扭矩（）可表示为： ( 20 )将公式（19）带入公式（20）中可得： ( 21 ) 通过公式（21），一个新的反映摩擦条件的参数可确定为： (22)在轧辊速度模型中代替使用公式(18)中的摩擦系数最小值，一个在操作系统参数基础上，建立的可选择的摩擦系数可表示为： (23)式中的值可通过公式（22）计算得到，因为在实际的轧机中，每一个轧机的实际值很难得到，所以值只能通过所有轧机的平均值获得。对于一个七机架连轧机机组，值可表示为：， 其中 （24）式中N指已轧制的道次数，由超过被轧制道次数的平均值确定。因此，假如由公式（23）确定的摩擦系数值被用来确定公式（12）中的中性角，则平面变形区的前滑值可通过公式（14）得到的。4.带钢宽度的补偿 在轧制生产过程中，轧辊咬入区的平面应变条件不是恒定的，轧机的特点在每台轧机上也是不同的。因此，在平面应变条件下求的的前滑值，应依据宽度的变化进行修正。由公式（10）得到的前滑基本模型，可以通过使用参数进行重新定义，该参数主要用来进行宽度变化的补偿： （25）如果使用了预测摩擦系数，它决定了最精确的值为前滑值，那么最理想的情况是，预测摩擦系数等于真正的摩擦系数，由此可得： (26) 由公式（14）（25）和（26）可得： (27)因此，补偿宽度变化的参数可以被定义为： (28)由此可得，如果可以使计算的前滑值更加准确的预测摩擦系数（）得到确定，那么，每台轧机上公式（28）中的参数的平均值即可得到，并且可以通过公式（25）获得最优化的前滑值。5. 值的确定要确定产生最精确值为前滑值（）的摩擦系数，下列程序将被使用。在平面变形条件下，第i架轧机的轧辊圆周速度可通过公式（4）和（14）获得： (29)它使用的出口速度，出口厚度和前滑值均是最后一架轧机上的（i=7），式中NEW1的标志表示该计算是基于平面应变前滑模型。对于在轧辊咬入区中，宽度可能会发生变化需经修订的情况下，前滑根据修订模型（）可得： （30）式中 NEW2 的标志表示该前滑模型是经过修订的（）。为估计预测精度的平面应变前滑模型，参数被定义为： ( 31)式中目标圆周速度（）是指轧机运转稳定后轧件的实际测量速度。因此，当圆周速度的预测值（）和目标圆周速度（）相等时，将为零。对于修正模型，下面得公式必须得到满足： ( 32 )公式（32）可以表示为： ( 33 )在轧机的设置中，最后一台轧机（）的速度没有明显的变化，因此，和几乎相等，由此可得： ( 34 )根据公式（34）计算， 必须是已知的。公式（34）右边的的值刚开始可近似认为是，则公式（34）可表示为： ( 35 )根据公式（35），可求得， ( 36 )将公式（36）带入公式（34），由此可获得的最终表达式： ( 37 )6. 前滑值的计算图3显示的是每台轧机的预测摩擦系数的数据。由公式（18）所得的摩擦系数随着轧机架次数的增加显示出急剧下降的趋势。另一方面，由公式（23）获得的摩擦系数在最后几台轧机上并没有显示出急剧下降的趋势。 图3.每台轧机上的摩擦系数 图4显示了在每台轧机上的预测前滑的数据。由公式（25）所得的前滑值范围在0.03到0.09之间，同时显示最小值在第3架和第4架轧机上。图5显示了新开发模型的执行。用已存在的前滑模型计算所得的数据被定义为旧模型，与新开发模型的数据进行比较，虽然在图中没有明确表示，但因半经验模型只考 图4 每台轧机上的预计前滑值 虑了每台轧机上的削减率和带刚厚度，所以在计算前滑和预测精度式就没有新模型的那么好。 正如图中所示，使用了新开发的模型后，轧辊速度的设定精度得到了很大的提高，在图5中，带钢速度的预测误差可由公式（38）计算获得： ( 38 ) 式中是指在带钢获得稳定后通过衡量脉冲生成的实际带钢速度，是指由通过公式（25）计算的前滑值求得的预测带钢速度。图 5 轧辊速度相对误差 图6是新开发的前滑模型流程图。7. 总结一种新的建立在包括带钢几何学、轧辊直径、中性点、摩擦系数、经历宽度蔓延的容积率、形状变形区和轧辊力矩等因素的基础上的前滑模型已经研制成功。对理论模型的实 图 6 前滑计算概述际应用，一种用来转换轧机数据中一些难以计算的参数的方法也得到了发展。在7架次热轧带钢精轧机组上实施新开发的模型，已显示出了良好地改善轧辊速度设定精度的效果。参考文献Bakhtinov, Yu. B., 1988, Forward and Backward Slip during Rolling, Steel in the USSR, Vol. 18, pp. 364-367.Hum, B., 1996, Measurements of Friction during Hot Rolling of Aluminum Strip, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 60, pp. 331 338.Koncewicz, S., 1991, Investigation on the Forward-slip and the Neutral Angle in Flat Rolling, Archives of Metallurgy, Vol. 36, pp. 115130.Lee, W.H. , 2002, Mathematical Model for Cold Roiling and Temper Rolling Process of Thin Steel Strip, KSME International Journal, Vol. 10, pp. 1296 1302.Lenard, J.G. , 1997, A Study of Friction during the Lubricated Cold Rolling of an Aluminum Alloy, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 72, pp. 293-301.Seregin, S.A. , 1989, Relation Between Forward Slip and Spread in Rolling, Steel in th
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