專利名稱：一種基于Pilger周期式無縫軋管工藝的毛管芯棒對中方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于Pilger周期式無縫軋管工藝的毛管芯棒對中方法。
背景技術：
在Pilger周期式無縫鋼管軋制工藝中，芯棒穿入到毛管與Pilger環(huán)(脫管環(huán))之前，要通過打頭機前臺下底座的弧型帶齒來調節(jié)V型槽高度，從而使三者的中心在水平方向上形成一條直線。在穿芯棒的過程中，由于對中不精確，芯棒與毛管之間會產生劇烈摩擦，對毛管內表面損傷很大，從而對軋制產品的精度造成影響。此外，即使同種規(guī)格的毛管，在經過穿孔機后所形成的長度和壁厚也是不盡相同的，這樣當芯棒與毛管對中發(fā)生偏差時，容易造成毛管側向擊穿、毛管跌落V型槽等等的安全事故。 與其他類型軋機不同的是，Pilger周期式軋管機在管材軋制的時候要考慮預打頭
問題，也就是將毛管和芯棒經Pilger環(huán)聯(lián)系在一起，否則生產時由于往復式運動會產生毛
管與芯棒發(fā)生相對滑離，不僅會降低生產完成率，而且很容易造成軋卡。 由于工藝的獨特性要求，當前軋鋼工藝的在毛管與芯棒對中的位置計算方法在
Pilger周期式軋管過程中并不很適用，主要體現(xiàn)在打頭機前臺。V型槽的位置調節(jié)與實際
高度關系為非線性的，無法利用測距歸納法來完成對不確定高度的控制量反推。另外，在打
頭機后臺的芯棒旋轉鎖工作區(qū)，芯棒支撐輥的高度分別由液壓與電氣設備共同定位，這樣
就造成了后臺與前臺在芯棒頭中心、Pilger環(huán)中心、毛管中心三者共線操作時，要進行大量
的計算。 傳統(tǒng)的方式有兩種 其一是以離線的方式測量出分段情況下各個高度區(qū)間的比例系數(shù)。當生產的時候查找出當前規(guī)格毛管所對應的V型槽高度比例系數(shù)M，再利用方程來計算出所對應的補償值N二N。+O^M，N為底座弧形帶齒的轉數(shù)設定值，N。為初始位置所對應的編碼器脈沖值，①為當前規(guī)格毛管的直徑。 其二是直接測量所有規(guī)格的毛管所對應的V型槽應調實際高度的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫中，再錄入對應的底座弧形帶齒實際調節(jié)轉數(shù)，然后在生產的過程中針對不同的規(guī)格調用這些數(shù)據(jù)，有則應用，無則用最接近的數(shù)據(jù)去搜索。 上面的兩種方式都是不嚴謹?shù)?。拋開工藝，僅就高度的計算方式來說，第一種方法的缺點在于用直線去以分段的形式逼近弧形帶齒調節(jié)高度時的實際對照曲線是很不準確的。它需要用相當數(shù)量的采樣點去逼近，以保證精度。第二種方法的缺點在于即使同種規(guī)格的毛管，其直徑也不是一成不變的，當直徑不同時，中心線的位置也各不相同，所以需要龐大的數(shù)據(jù)庫來窮舉所有的情況。這樣投入過大，未免得不償失。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種精度高的基于Pilger周期式無縫軋管工藝的毛管芯棒對中方法: 其中
X為待定毛管直徑；
&為主項權值系數(shù)；
1(2為矯正項權值系數(shù)； d為弧形帶齒的齒緣1/2處所對應的直徑； H。為支撐軸的連接桿在弧形帶齒處于基準位時與打頭機壓下缸的中心距；
D。為標準芯棒直徑； e為支撐軸的連接桿在弧形帶齒處于基準位時與水平方向的夾角；
ai為各階逼近曲線的相關因數(shù)；
f,(x)為第i階曲線的方程； C、將編碼器目標值T(x)轉換為v型槽的高度值，進行調整。 發(fā)明的有益效果本發(fā)明根據(jù)Pilger軋機在無縫鋼管軋制時的工藝要求，通過以角位移代換的方式，于生產過程中之間建立起動態(tài)調整計算關系，同時考慮到人機交互的特點，把當前規(guī)格的輸入控制在合理的范圍之內。在對中計算的精確程度上，采用的是"計算+矯正"的雙重配值方案。在主算法完成目標調節(jié)轉數(shù)的計算后，利用各個主要規(guī)格的毛管直徑對應值，通過四階狀態(tài)空間方程逼近弧形帶齒的固有調節(jié)曲線，作為驗算和矯正的附加值。根據(jù)實際測量，這種雙重配值方案得出的計算參數(shù)，在對中方面可以達到很好的效果。當產品質量精度要求提高時，還可以通過調整雙重配值方案中各項權值的方式來滿足精度方面的要求。同時，本發(fā)明無需龐大的數(shù)據(jù)庫來列舉所有的情況，只需在生產過程中動態(tài)的采集所需的參數(shù)即可，生產投入的費用較低。
圖1為本發(fā)明詳細步驟示意圖； 圖2為本發(fā)明中V型槽高度矯正曲線采樣示意圖； 圖3為本發(fā)明的V型槽高度調節(jié)矯正曲線逼近過程示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的描述
如圖1至圖3所示 首先離線獲取各個測量基準點的標稱值，并以曲線形式逼近采樣點后形成對中目 標方程中的矯正項。 在離線的情況下，利用標尺在相距標準毛管固定長度的各個基準點作標記，由中 心距尺寸換算可以獲得對應的毛管半徑尺寸。然后在HMI (HumanMachine Interface,人機 接口 )上輸入各個標記所對應的毛管參數(shù)，利用位置閉環(huán)控制，使弧形帶齒做同向運動，最 后調解V型槽道目標的高度。記錄下高精度編碼器當前發(fā)訊脈沖數(shù)與標準高度對應的發(fā)訊 脈沖數(shù)之差，換算為角度后存放入數(shù)據(jù)庫中。 在測量的過程中要保證測量基準點間距的平均性，這樣在形成矯正曲線的時候會 使曲線更加的平滑、均勻、有矯正意義。 根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的角度值與對應的高度值的關系，使用曲線逼近方法，計算出矯正 曲線方程 T'(V) = X!〃40) 其中，ai為各階逼近曲線的相關因數(shù)；偶00為第i階曲線的方程。
在對中目標方程中，由于各廠生產工具的差異，在弧形帶齒以及高度支撐輥、V型
槽等設備的尺寸上會有所不同，那么在應用對中目標方程之前，要進行工具的測量，以保證
對中目標方程移植的正確性。
根據(jù)對中目標方程j^;) = , !E^ x (areten ^-1 —旬+ , f Q<ft w將當前需
要對中的芯棒毛管的調整值計算出來，然后由位移的閉環(huán)控制來實現(xiàn)v型槽高度調整。 在實際生產中，對中方程內的&和K2分別是主項與矯正項的權值系數(shù)。在實際生 產時，這兩個權系數(shù)是由工藝人員通過比較芯棒在打頭機上穿插毛管和Pilger環(huán)的實際 對中情況來確定的，可以在HMI上進行調節(jié)。 經過上述步驟，即完成了芯棒毛管及Pilger環(huán)的對中設定值計算，然后通過執(zhí)行 機構將V型槽、芯棒支撐輥調整到相應的設定高度即可。 本方法適用于Pilger周期式軋制工藝的毛管、芯棒、Pilger環(huán)在打頭機前后臺的 對中操作。 在實際生產時，首先進行毛管與Pilger環(huán)的對中程序，由對齊小車及推靠缸根據(jù) 毛管的實際長度，經過PLC運算轉化為前兩者的行程，利用位置閉環(huán)引導至設定位，然后將 毛管頂壓在Pilger環(huán)內側。 在主算法完成目標調節(jié)轉數(shù)的計算后，利用各個主要規(guī)格的毛管直徑對應值，通 過四階狀態(tài)空間方程逼近弧形帶齒的固有調節(jié)曲線，作為驗算和矯正的附加值。
即使同樣規(guī)格的管坯，但因管坯溫度、質量、喂入穿孔機時軋輥咬鋼的受力面等等 因素的影響，毛管的實際長度、直徑、偏心度、頭尾形狀等參數(shù)都會有所不同。于是，在調節(jié) 對中的時候，模型計算出的值要進行合理的整合。通過在HMI上調節(jié)計算值和矯正值各項 的加權系數(shù)，對中調節(jié)的高度目標會產生變化。
本方法確保了基于Pilger周期式無縫鋼管軋制工藝在芯棒毛管和Pilger環(huán)穿插 的成功率，在計算目標調整值的過程中充分考慮了現(xiàn)實生產關系，將計算與矯正、實際與理 論緊密的結合在一起。由于對中這個步驟在整個工藝中具有很高的重要性，所以也使得本 發(fā)明具有了顯著的現(xiàn)實意義。同時，由于采用了雙重計算加權的方式，這樣既保證了計算的 高精度，又保證了人工操作的便捷性，達到本領域內的先進水平。
權利要求
一種基于Pilger周期式無縫軋管工藝的毛管芯棒對中方法，其特征在于所述方法包括下列步驟A、通過曲線逼近方法計算矯正曲線方程T′(x)； <mrow><msup> <mi>T</mi> <mo>′</mo></msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>φ</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，ai為各階逼近曲線的相關因數(shù)；為第i階曲線的方程；B、使用對中目標方程計算編碼器目標值T(x)， <mrow><mi>T</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <msub><mi>K</mi><mn>1</mn> </msub> <mi>πd</mi></msup><mo>/</mo><mn>180</mn><mo>×</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>arctan</mi> <mfrac><mrow> <mfrac><mrow> <msub><mi>D</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>x</mi></mrow><mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <msub><mi>H</mi><mn>0</mn> </msub></mrow><mrow> <msub><mi>H</mi><mn>0</mn> </msub> <mi>cot</mi> <mi>θ</mi></mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>θ</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>2</mn></msub><msup> <mi>T</mi> <mo>′</mo></msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中x為待定毛管直徑；K1為主項權值系數(shù)；K2為矯正項權值系數(shù)；d為弧形帶齒的齒緣1/2處所對應的直徑；H0為支撐軸的連接桿在弧形帶齒處于基準位時與打頭機壓下缸的中心距；D0為標準芯棒直徑；θ為支撐軸的連接桿在弧形帶齒處于基準位時與水平方向的夾角；ai為各階逼近曲線的相關因數(shù)；為第i階曲線的方程；C、將編碼器目標值T(x)轉換為v型槽的高度值，進行調整。F2009101913302C0000012.tif,F2009101913302C0000014.tif
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Pilger周期式無縫軋管工藝的毛管芯棒對中方法，所述方法包括下列步驟A、通過曲線逼近方法計算矯正曲線方程T′(x)；B、使用對中目標方程計算編碼器目標值T(x)，C、將編碼器目標值T(x)轉換為v型槽的高度值，進行調整。本發(fā)明根據(jù)Pilger軋機在無縫鋼管軋制時的工藝要求，通過以角位移代換的方式，于生產過程中之間建立起動態(tài)調整計算關系，同時考慮到人機交互的特點，把當前規(guī)格的輸入控制在合理的范圍之內。在對中計算的精確程度上，采用的是“計算+矯正”的雙重配值方案。這種雙重配值方案得出的計算參數(shù)，在對中方面可以達到很好的效果。
文檔編號B21B21/00GK101698194SQ200910191330
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權日2009年11月3日
發(fā)明者劉喆 申請人:中冶賽迪工程技術股份有限公司