專利名稱:不等圓周速度軋制的控制方法
本發(fā)明涉及一種控制軋鋼機的方法。更具體地說，涉及一種設(shè)定和控制不等圓周速度軋制的方法，這種軋制方法是使一臺軋鋼機的工作軋輥以不同的圓周速度轉(zhuǎn)動。
通常，一臺軋鋼機在操作時，它的上下工作軋輥是以相同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的，軋制的鋼板最薄板厚可達數(shù)微米。但是，最近市場已對比此限度更薄的軋制鋼板提出了需求?？梢哉f，不等圓周速度軋制方法是可以滿足市場這一要求的軋制方法。
但是，到目前為止尚未為這種不等圓周速度軋制方法確立一種控制方法。為了給不等圓周速度軋制方法確立一種類似于普通等圓周速度度軋制方法的計算機系統(tǒng)，必須找出一種控制軋鋼機的設(shè)定以及軋制過程中工件厚度、張力或適配性的方法。
由于各控制參數(shù)間相互有很復(fù)雜的影響，所以不等圓周速度軋制法就需要一種有別于等圓周速度軋制法的控制方法。盡管在實際軋制工作中設(shè)定是一個重要因素，但尚未發(fā)現(xiàn)有說明不等圓周速度軋制的設(shè)定方法的報告。
在美國第4，145，902號專利中透露了一種軋制方法，這種方法由于采用了一種不把鋼板卷在一滾筒上的滾拉軋制(RD)方式因而減少了滾壓載荷。這就是說，在這種方法中，上下工作軋輥是這樣控制的它們的圓周速度比等于軋制工件的延伸比，工件的出口速度等于高速輥的圓周速度，而其進口速度則等于低速輥的圓周速度。
除上述專利之外，據(jù)美國第4，145，901號專利還透露，所安裝的一個張力極限裝置和一個計算機可以在張力超過極限值時，計算機即根據(jù)軋制壓縮量修正軋輥位置，而且，在這項專利中還進一步描述了對相互靠近的軋制支架進行的速度控制和張力控制。
但是，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，由于其他參數(shù)的相互干擾，使得在這種控制中對一對工作軋輥速度的設(shè)定和軋制位置的設(shè)定都是通過反復(fù)試驗來決定的。
不能很容易地實現(xiàn)設(shè)定操作這在計算機控制中是一個大問題，因此，需要找出一種適于計算機控制的不等圓周速度軋制的設(shè)定控制方法。
因此，本發(fā)明的一個目的是為不等圓周速度軋制法提供一個設(shè)定控制方法。
本發(fā)明的另一個目的是在無須進行試誤操作的情況下根據(jù)給出的軋制條件以計算設(shè)定值的方法控制不等圓周速度軋制。
本發(fā)明的特點在于通過使用一種不等圓周速度軋制模型根據(jù)軋制工藝過程的軋制條件來計算設(shè)定值。
本發(fā)明的另一特點還在于高速輥圓周速度、低速輥圓周速度以及軋輥位置的設(shè)定值是利用作為輸入信號的進口和出口厚度值、前向張力和后向張力值、軋輥半徑、摩擦系數(shù)和軋制支架上一對軋輥的圓周速度比等來計算的。
此外，本項發(fā)明的特點還在于，在計算設(shè)定值的過程中，高速輥圓周速度和低速輥圓周速度以及軋輥位置的設(shè)定值的計算可以使這些值滿足軋制條件，也滿足載荷極限值和張力極限值。
通過下面結(jié)合各附圖對所選擇的實施方案所做說明就會清楚地看到本發(fā)明的上述和其他各項的目的、特點和優(yōu)點。
圖1表示根據(jù)本項發(fā)明所進行的不等圓周速度的軋制過程;
圖2表示在圖1所示的軋制過程中，工件上的載荷分布;
圖3以圖解方式表示一種不等圓周速度軋制過程的各種因素之間的相互關(guān)系;
圖4為設(shè)定值計算之一例;
圖5為在載荷極限和張力極限之下計算設(shè)定值之一例的流程圖;
圖6為表明在將本發(fā)明應(yīng)用于實際軋鋼機架的情況下輸入和輸出關(guān)系的方框圖;
圖7A至7D表示利用圖3中模型的一種模擬實例。
將首先對不等圓周速度軋制的基本條件加以描述。
圖1表示在不等圓周速度軋制過程中直接處于工作輥之下的軋制狀態(tài)。參考數(shù)碼1代表上輥，2代表下輥，兩者組成一對工作輥。每一工作輥有三個區(qū)，即(1)前向滑移區(qū)、(2)剪切區(qū)和(3)向后滑移區(qū)。各區(qū)之間的邊界稱為中性點(ИPL、ИPH)，高速輥的圓周速度與工件的移動速度在前向滑移區(qū)和剪切區(qū)之間的邊界處(ИPH)相等，而低速輥的圓周速度與工件的移動速度在后向滑移區(qū)和剪切區(qū)之間的邊界處(ИPL)相等。φH為軋制結(jié)束點(工件的出口)和低速輥中心的連線與ИPH和高速輥中心的連線之間所構(gòu)成的角度。φL為軋制結(jié)束點(工件的出口)和低速輥中心的連線與ИPL和低速輥中心的連線之間所構(gòu)成的角度。
人們已知，各區(qū)的每一單位面積的軋制載荷方程(垂直應(yīng)力方程)是由水平方向的應(yīng)力差、屈服條件和應(yīng)力平衡之間的相互關(guān)系導(dǎo)出的。這就是說，當(dāng)水平方向應(yīng)力為q，高速輥的表面壓力為PH，低速輥的表面壓力為PL，軋輥的半徑分別為RH和RL，在φm的值域內(nèi)，任意接觸角分別為θL和θH時，即可列出下列關(guān)系dQ＝φL(SinθL+αμθLCosθL)RLdθL+PH(SinθH+βμHCosθH)RHdθH……(1)在上式中，α與β為表示摩擦力方向的系數(shù)，在前向滑移區(qū)(1)中，d＝1，β＝1;在剪切區(qū)中，α＝1，β＝-1;在后向滑移區(qū)中，α＝-1，β＝-1。
符號Q表示水平總應(yīng)力，如果工件厚度在角θ時為hθ，Q可用下式表示
……(2)當(dāng)垂直應(yīng)力為P時，則表面壓力PL、PH和P之間的關(guān)系可表示如下P＝PL(CosθL-αμLSinθL)＝PH(CosθH-βμHSinθH)……(3)式中，μL和μH分別為低速輥和高速輥的摩擦系數(shù)。
厚度hθ可表示如下hθ＝h+RL(1-CosθL)+RH(1-CosθH)……(4)式中，h為軋機出口的厚度。
已為人們所知的屈服條件的方程式可表示如下(例如，《軋制方法的原理及應(yīng)用》，1969版，由日本鋼鐵研究所編輯、Seibundo Shinkosha出版)(q-P)2+4τ2＝4Kτ2……(5)式中，τ為剪切力，Kτ為剪切屈服應(yīng)力。
此外，可以下列等式作為應(yīng)力平衡的方程式。
式中，X和Y分別代表水平和垂直座標(biāo)。
在本項發(fā)明中，上工作輥和下工作輥的圓周速度和軋輥位置是通過解上述各公式來確定的。
垂直應(yīng)力P也是通過解上述各公式計算出來的。P一般按下式表示P＝A(B+C)……(7)式中θ符號A和B為角位置θL、(或θH)、出口厚度h、軋輥半徑RL和RH、摩擦系數(shù)μL和μH、剪切屈服應(yīng)力Kτ、以及方向系數(shù)α和β的函數(shù)。符號C則為積分常數(shù)。積分常數(shù)C是由各區(qū)的邊界條件求出的。在軋機的出口處(θL＝0)，水平應(yīng)力q與該出口的單位張力tf相等，即q＝-tf，而在軋機的進口處(θL＝φm)，水平應(yīng)力與進口單位張力tb相等，即q＝-tb。因此，在進口和出口側(cè)的軋制端，可得出下列關(guān)系式如果θL＝0，P＝2Kτ-tf如果θL＝φm，P＝2Kτ-tb……(8)根據(jù)公式(7)和(8)，當(dāng)前向滑移區(qū)、剪切區(qū)和后向滑移區(qū)是以后綴號碼1、2和3表示時，C1和C3則可以下式表示C1＝(2Kτ-tf)/A1(0)-B(0)C3＝(2Kτ-tb)/A3(φm)-B(φm)……(9)式中，A與B為θL的函數(shù)，并以A(θL)和B(θL)表示。利用公式(4)可通過下列公式求得總接觸角φm。進口厚度以H表示。
φm=RH(H-h)RL(RL+RH)]]>(10)下面將對剪切區(qū)中分布載荷曲線的實數(shù)項加以說明在中性點處，分布載荷曲線是連續(xù)的，θL＝φL，以及θH＝φH。即P1( (RH)/(RL) φH)=P2( (RH)/(RL) φH) ……(11)
P2(φL)＝P3(φL)……(12)公式(11)是在RLθL＝RHθH條件下導(dǎo)出的。
因此，A1( (RH)/(RL) φH)｛B1( (RH)/(RL) φH)＋C1｝(13)A2(φL)｛B2(φL)+C2｝＝A3(φL)｛B3(φL)+C3｝……(14)式中，C2、φL和φH是未知數(shù)。
由于在中性點處工件的體積速度與軋機出口處的體積速度相等，因此可得出下列公式。
……(15)式中，VRH為高速輥的圓周速度，VRL為低速輥的圓周速度，V0為工作的出口速度。
通過公式(4)可得出工件在角度θ處的厚度h(θ)。因此h(φH)≈h+ 1/2 RH(1+ (RH)/(RL) )φH2……(16)將公式(15)和(16)移項，便得出下列公式VRLVRH=h+12RH(1+RHRL)φH2h+12RL(1+RLRH)φL2]]>(17)通過由公式(17)中給出的上輥和下輥的速度比，便可得出兩個中性點之間的關(guān)系。因此，通過解公式(13)、(14)和(17)，即可解出C2、φH和φL。
從上述說明中可明顯看出，各軋制區(qū)的分布載荷曲線(7)以及中性點φH和φL是通過給出的進口厚度H、進口單位張力tb、出口厚度h、出口單位張力tf以及上輥和下輥速度比來確定的。此外，根據(jù)φH和φL，高速輥的前向滑移速度fH和低速輥的前向滑移速度fL可通過下列公式得出
……(18)此外，如果分布載荷曲線已經(jīng)確定，總軋壓力F可通過對各區(qū)中的P進行積分得到，如下所示
式中，W為工件的寬度。
應(yīng)用虎克定律可將軋制位置S、總輾壓力F和出口厚度h之間的相互關(guān)系表示如下h＝S+F/M+So……(20)式中，M為軋制的剛性系數(shù)，S0為零調(diào)整值。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明進行的軋制過程中，工件上的載荷分布。實線表示在不等圓周速度軋制情況下的分布載荷，虛線則表示在一般等圓周速度軋制情況下的分布載荷。此圖表明不等圓周速度軋制法減少了載荷。但是，由于在不等圓周速度軋制法中，上述的各種關(guān)系相互間有著復(fù)雜的影響，所以被稱之為調(diào)整控制法是非常困難的。圖3以圖解方式表明了這些關(guān)系。
圖2表示在調(diào)整控制軋制中計算設(shè)定值的一個例子。
兩個軋輥速度的設(shè)定值可利用工件出口速度的預(yù)定值V0來確定，如下式
將各項參數(shù)置入到軋制工藝過程之后，根據(jù)圖4所示流程圖的步驟41以及隨后的步驟42至48，可計算出軋機的軋輥位置S和上、下輥轉(zhuǎn)速VRH和VRL的設(shè)定值。
但是，實際上，由于中性點和載荷有時是反常的。所以上輥和下輥的圓周速度值(VRH、VRL)和軋輥位置S要在對圖5中流程圖所示的速度比和前向張力加以修正之后，在允許載荷值范圍內(nèi)通過計算確定。換句話說，就是把步驟52至54補充到圖5之中。例如，在步驟52中，需要對0＜φL＜φm和0＜φH＜φM是否成立作出判斷，如果不能滿足這些條件的話，則需對GV進行修正。如果GV大于極限值時，則對tf進行修正。但是，在tf已超過極限值的情況下則對h進行修正。
圖6表示3在實際控制過程中所用的控制方框圖。圖中，在圖4所示的步驟4時將參數(shù)輸入到計算機70中。參考數(shù)碼66和68分別表示上輥和下輥的速度調(diào)整裝置。符號ML和MH分別代表上輥和下輥的驅(qū)動電動機，62和64代表其速度探測器，72為前向張力探測器，74為后向張力探測器，76為進口速度探測器，78為出口速度探測器，而H和h則分別為進口速度探測器76和出口速度探測器78的信號輸出。
計算機70計算出上輥速度VRH、下輥速度VHL、以及軋輥位置S的設(shè)定值，如圖5流程圖所示，并將這些值輸出。數(shù)字69代替一個軋輥位置調(diào)整裝置。
現(xiàn)在對軋制過程中所實行的控制予以解釋。在軋制過程中可以測量的參數(shù)一般有軋輥位置、輾壓力、上下輥的速度以及進口和出口處的張力ff和tb。出口厚度h可以用一臺X射線厚度探測器測得，或者也可用上述公式(20)計算得出。至于進口厚度，在使用串聯(lián)式軋鋼機時，可采用這樣一個值，它是如此得出的將前一級軋鋼機架的出口厚度值延遲傳送工件所化的時間。將這些測量值應(yīng)用到圖3所示的關(guān)系中，并如前述加以模型化就可計算出高速輥和低速輥的前向滑移速度和各區(qū)中的分布載荷。
需要將厚度控制法和張力控制法區(qū)別開。厚度是通過對進口張力、出口張力和進口厚度的測量以及下述的與出口厚度的預(yù)定值和測量值有關(guān)的問題的計算而進行控制的。
首先利用公式(13)和(14)，然后從公式(20)中得出總輾壓力FA和與出口厚度h預(yù)定值有關(guān)的總輾壓力，并導(dǎo)出公式(19)。由于公式(13)、(14)和(19)都是具有未知數(shù)C2、φH和φL的方程式，所以解這些公式即可求出C2、φH和φL。利用求出的φH和φL，從公式(17)可求出速度比。最后得出與實測的出口厚度有關(guān)的速度比(即實際速度比)和與出口厚度預(yù)定值有關(guān)的速度比之間的差值，此結(jié)果可用來作為上軋輥和下軋輥速度比的修正量。如果φH＜0和/或φL＞φm，就需對軋輥位置或張力預(yù)定值進行修正以使φH＞0和φL＜φm。
至于張力控制法、出口速度是根據(jù)張力偏差進行控制的。
在由等圓周速度軋制狀態(tài)切換到不等圓周速度軋制狀態(tài)的瞬間，速度比改變而厚度和張力則保持為原預(yù)定值(但是，在等速條件和不等速條件下的厚度和張力的預(yù)定值有時是不同的，因此，需根據(jù)速度比的變化，在從等圓周速度軋制狀態(tài)改變到不等圓周速度軋制狀態(tài)時也需改變這些預(yù)定值)。
圖7A至7D表示以上述的模型化方法所做模擬之一例。圖7A表明在上下軋輥圓周速度比改變時得出的分布載荷。以GV＝1.0所表示的曲線給出普通等圓周速度軋制情況下的分布載荷。從此圖可明顯看出，隨軋輥圓周速度比的增加，分布載荷將減少。圖7B表示在向前張力和向后張力發(fā)生變化時得出的分布載荷，圖7C則給出在工件進口厚度發(fā)生變化時得出的分布載荷。圖7D表示高速軋輥和低速軋輥上中性點位置的變化。圖7D所示ψLC為在A和B-D情況下的極限值并與圖1中的φm相對應(yīng)(在這里，由于不是一一對應(yīng)的，所以現(xiàn)在用的是符號ψL而不是φm。ψL約等于向前滑移速度fL、fH的根值)。例如，在A情況下，如果軋制條件為ψL＞ψLC，或者ψH＜0，那么就將產(chǎn)生一種不穩(wěn)定的滑移現(xiàn)象。在B至D的情況下也會產(chǎn)生相同的現(xiàn)象。
盡管上面敘述的內(nèi)容在目前可認為是本發(fā)明提出的實施方案，但應(yīng)理解，其中的內(nèi)容可進行修改，因此，在附后的要求書中包括進全部此類符合本發(fā)明實質(zhì)構(gòu)思和范圍的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種控制不等圓周速度軋制的設(shè)定方法，要軋的工件通過至少一對軋輥，其中各軋輥是以不同圓周速度驅(qū)動的，所述的設(shè)定方法以下列步驟為其特征根據(jù)與所述的成對軋輥的圓周速度比(作為軋制參數(shù))有關(guān)的所述軋輥之間的載荷分布情況對高速和低速軋輥上中性點的角度進行計算；在所述的高速軋輥上的中性點的角度大于零以及在所述的低速軋輥上中性點的角度小于所述軋制工件與所述軋輥的接觸角條件下對輾壓力進行的計算；根據(jù)所述工件的出口速度(作為軋制參數(shù))以及所述計算得出的各中性點角度對所述各軋輥的圓周速度進行計算；根據(jù)所述計算得出的輾壓力對一個軋輥的位置進行計算，以及控制各軋輥的實際圓周速度和軋輥的實際位置以與所述計算出的圓周速度和軋輥位置相符。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1，一種控制不等圓周速度軋制的設(shè)定方法，其特征在于把所述工件的進口厚度、所述軋輥的半徑、摩擦系數(shù)以及所述軋輥圓周速度比作為軋制參數(shù)而加以使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2，一種控制不等圓周速度軋制的設(shè)定方法，其特征在于可對計算得出的載荷是否超過預(yù)定載荷極限值作出判斷，在所述載荷超過所述極限值時，即對所述軋輥的圓周速度比(作為軋制參數(shù))加以修正，以使所述輾壓力不超過允許極限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2，一種控制不等圓周速度軋制的設(shè)定方法，其特征在于，對計算出的輾壓力是否超過預(yù)定極限值作出判斷，在所述輾壓力超過所述極限值時，將對所述軋輥的所述圓周速度比加以修正以使所述輾壓力不超過所述極限值。
專利摘要
一種不等圓周速度軋制的設(shè)定方法。高速軋輥和低速軋輥的圓周速度以及軋輥位置的設(shè)定值是通過利用進口和出口厚度、前向和后向張力、軋輥半徑、摩擦系數(shù)和軋輥圓周速度比等作為軋制工藝過程的軋制參數(shù)而得到的。這些設(shè)定值是這樣計算出的，即在不超過載荷極限值和張力極限條件下，這些設(shè)定值都滿足軋制條件。
文檔編號B21B37/00GK85101386SQ85101386
公開日1986年10月1日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者諸岡泰男 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan