冷連軋機(jī)軋制規(guī)程優(yōu)化模型的研究MicrosoftWord文檔

1、冷連軋機(jī)軋制規(guī)程優(yōu)化模型的研究學(xué) 院:材料科學(xué)與工程 專 業(yè):材料成型與控制 班 級(jí):0601 學(xué) 生:陳永 學(xué) 號(hào):40631083 指導(dǎo)教師: 洪慧平 簡(jiǎn)述：軋制規(guī)程的制定是冷連軋生產(chǎn)中的重要一環(huán)，對(duì)軋制速度、成品質(zhì)量以及產(chǎn)能效率等都有著直接的影響。以往軋制規(guī)程的制定中沒有充分考慮到各機(jī)架的功率分配、劃痕的防治與預(yù)防問題，往往不能保證連軋機(jī)組發(fā)揮最大效能,成品帶材的表面質(zhì)量也得不到保證。如何兼顧這些因素的綜合作用，使得各機(jī)架的負(fù)荷分配更趨于合理，帶鋼表面質(zhì)量更加良好，是現(xiàn)代冷連軋生產(chǎn)工藝中軋制規(guī)程制定的趨勢(shì)。1.以功率為優(yōu)化目標(biāo)的壓下制度設(shè)定1.1 負(fù)荷分配與軋制規(guī)程設(shè)定關(guān)系研究軋制負(fù)荷包

2、括軋制壓力P、軋制力矩N和軋制功率W。對(duì)于單機(jī)架而言，軋制負(fù)荷滿足下面的條件即可： 然而，在冷連軋過程中，功率的分配對(duì)軋制過程起著重要的影響。如果功率分配不合理，在軋制過程中可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別機(jī)架的電機(jī)功率出現(xiàn)超限情況，此時(shí)雖然其它機(jī)架的電機(jī)功率還有很大的余量，但軋制將無法進(jìn)行，另外，由于整個(gè)機(jī)組的軋制速度受限于電機(jī)功率最小的機(jī)架，因此功率的不合理分配也將會(huì)限制整個(gè)機(jī)組的軋制速度，無法最大限度地發(fā)揮機(jī)組的軋制能力，降低了生產(chǎn)效率?？梢?，在連軋機(jī)軋制規(guī)程的優(yōu)化設(shè)定中，除了滿足式(1)的約束條件外，還必須充分的考慮各機(jī)架的電機(jī)特點(diǎn)，合理的分配各機(jī)架的電機(jī)功率，這對(duì)冷連軋而言是至關(guān)重要的。1.2 軋制工

3、藝條件與功率的關(guān)系根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以知道，在軋制過程中所消耗的電機(jī)功率可用下式來表示：由電機(jī)功率的表達(dá)式可見，功率受軋制力矩和軋輥轉(zhuǎn)速的影響。軋輥轉(zhuǎn)速與帶鋼出口速度之間又存在下面的關(guān)系： 對(duì)于連軋機(jī)而言，各機(jī)架出口帶鋼速度還必須滿足秒流量相等的原則，即有下式成立： 則各機(jī)架出口帶鋼速度可以表示為： 式中：in分別為第i機(jī)架和第n機(jī)架(即末機(jī)架)的出口帶鋼速度；hi、hn分別為第i機(jī)架和第n機(jī)架(即末機(jī)架)的出口帶鋼厚度；如果將式(3)和(5)代入式(2)中，便可以得到第i機(jī)架電機(jī)功率的另一種表達(dá)形式，即： 由公式(6)可以看出，對(duì)于五機(jī)架冷連軋機(jī)而言，當(dāng)壓下制度和張力制度確定的條件下，改變機(jī)組的

4、軋制速度(這一過程可以看作是機(jī)組由穿帶到高速穩(wěn)定軋制的提速過程)，第i機(jī)架和第j機(jī)架的電機(jī)功率之比可以表示為：由式(7)可以看出，此時(shí)機(jī)架間的電機(jī)功率之比只與其前滑值有關(guān)。由于前滑值與1相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且隨速度的變化波動(dòng)比較小，則可以近似的認(rèn)為有下式成立： 也就是說，機(jī)架間電機(jī)功率之比受軋制速度改變的影響很小，基本不變?？梢?，影響機(jī)架間功率比值的只有軋制力矩。軋制力矩的計(jì)算方法有很多種，主要包括：(1)按金屬作用在軋輥上的總壓力計(jì)算軋制力矩；(2)按金屬作用在軋輥上的切向摩擦力計(jì)算軋制力矩；(3)按軋制時(shí)的能量消耗確定軋制力矩。無論是哪一種軋制力矩的確定方法，究其根本條件都是相同的，即受道次壓

5、下量和前后張力的影響"由hill公式表示的軋制力矩為：由公式(9)可以看出，提高入口厚度或后張力值均可增加軋制力矩；提高出口厚度或前張力值均可降低軋制力矩。另外，需要指出的是，在連軋機(jī)組中，改變?nèi)魏我粋€(gè)量都會(huì)影響到前后兩個(gè)機(jī)架的軋制力矩，從而前后兩個(gè)機(jī)架的電機(jī)功率都會(huì)發(fā)生改變?？梢?，在設(shè)計(jì)機(jī)架間功率比例的時(shí)候，必須把所有機(jī)架作為一個(gè)整體來綜合考慮，整體優(yōu)化設(shè)定。1.3 以功率為優(yōu)化目標(biāo)的壓下制度設(shè)定對(duì)于五機(jī)架冷連軋而言，在設(shè)定軋制規(guī)程的時(shí)候，總是希望各機(jī)架的相對(duì)負(fù)荷盡可能均勻，各機(jī)架電機(jī)功率在升速的過程中能夠同比例的增加，而不會(huì)出現(xiàn)個(gè)別機(jī)架的電機(jī)功率超限情況。據(jù)此提出了各機(jī)架電機(jī)功率

6、相對(duì)余量差值最小的優(yōu)化原則。所謂的相對(duì)余量差值最小是指各機(jī)架的負(fù)荷余量占該機(jī)架須用負(fù)荷的比例與五個(gè)機(jī)架的相對(duì)余量均值之差最小。在軋制規(guī)程設(shè)定中，在各約束條件的可行域內(nèi)，如果保證了各機(jī)架功率的相對(duì)余量差值最小，則可以使機(jī)組整體的軋制速度達(dá)到最大的可能值。對(duì)于五機(jī)架連軋機(jī)而言，在以各機(jī)架電機(jī)功率相對(duì)余量差值最小為優(yōu)化目標(biāo)的壓下制度設(shè)定中，由于根據(jù)工藝要求入口和出口處的厚度值及張力值已經(jīng)給出，假定機(jī)架間的張力值也已知,即首先設(shè)定張力值。這樣就只剩下中間厚度共4個(gè)未知參數(shù)，而5個(gè)機(jī)架提供了5個(gè)功率方程，多了一個(gè)約束條件，無法得到解。因此只能在各機(jī)架聯(lián)立的可能解區(qū)間內(nèi)尋求一個(gè)最優(yōu)值，采用最小二乘法構(gòu)造目

7、標(biāo)函數(shù)如下：式中：Pi第i機(jī)架的軋制壓力；Ni第i機(jī)架的軋制力矩；Pimax第i機(jī)架的最大軋制壓力；Nimax第i機(jī)架的最大軋制力矩。根據(jù)公式(12)，只要在可行域內(nèi)找到W(x)的最小值即可。概括起來，其優(yōu)化思想為2,3，在出入口厚度和機(jī)架間張力已知的條件下，確定各機(jī)架壓下率的可行域，給定壓下率的搜索步長(zhǎng)，然后計(jì)算可行域內(nèi)每組搜索點(diǎn)處以式(12)所表征的目標(biāo)函數(shù)值；對(duì)比所有計(jì)算所得目標(biāo)函數(shù)值，并取目標(biāo)函數(shù)值最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的各機(jī)架壓下率為優(yōu)化的最終結(jié)果。2考慮劃痕防治的軋制規(guī)程設(shè)定2.1劃痕防治的技術(shù)原理簡(jiǎn)介根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，劃痕產(chǎn)生的主要原因是由于冷連軋機(jī)在軋制過程中高速打滑而引起，具體可

8、以這么描述：劃痕主要由打滑而產(chǎn)生，但打滑本身并不一定能夠造成劃痕，必須是高速狀態(tài)下的打滑才會(huì)產(chǎn)生劃痕，兩者缺一不可。這也是劃痕集中發(fā)生在冷連軋機(jī)的后兩個(gè)機(jī)架、尤其是最末機(jī)架的原因。因此，決定冷連軋機(jī)軋制過程中某一機(jī)架是否產(chǎn)生滑痕的因素有兩個(gè)：一個(gè)是打滑出現(xiàn)的概率以及打滑發(fā)生的程度，另外一個(gè)是軋制速度。為了全面、科學(xué)地反映冷連軋過程中某一機(jī)架打滑出現(xiàn)的概率以及打滑發(fā)生的程度，同時(shí)有利于不同機(jī)架、不同規(guī)格產(chǎn)品的對(duì)比與分析，可以引入一個(gè)通用的表征打滑出現(xiàn)概率與打滑發(fā)生程度的參數(shù)打滑因子 ，其表達(dá)式為：（13） 式中： 中性角； 咬入角。顯然，打滑因子 的物理意義是中性面在變形區(qū)內(nèi)的相對(duì)位置。越小表示

9、中性面靠變形區(qū)中部越近，打滑出現(xiàn)的概率越小、發(fā)生程度越輕；而打滑因子 越大，則表示中性面離變形區(qū)中部越遠(yuǎn)，打滑出現(xiàn)的概率越大、發(fā)生程度越重，軋制過程越不穩(wěn)定。這樣，在上述研究的基礎(chǔ)上，為了判斷冷連軋過程中某一機(jī)架軋輥和帶材表面是否會(huì)發(fā)生劃痕，以及劃痕發(fā)生的程度，同時(shí)也為了有利于冷連軋機(jī)各機(jī)架之間的橫向?qū)Ρ?，特提出一個(gè)表征劃痕出現(xiàn)概率及程度的參數(shù) ，將其命名為劃痕綜合判斷指標(biāo)，其表達(dá)式為：（14）式中 打滑因子 V 軋制速度 速度影響指數(shù)，與冷連軋機(jī)的特性密切相關(guān)，一般 = 0.81.2。顯然，劃痕綜合判斷指標(biāo) 越小，則代表劃痕出現(xiàn)的概率越小、發(fā)生程度越輕；反之，劃痕綜合判斷指標(biāo) 越大，則代表劃

10、痕出現(xiàn)的概率越大、發(fā)生程度越嚴(yán)重。應(yīng)該說明的是，對(duì)于一個(gè)冷連軋過程而言，只要有任何一個(gè)道次產(chǎn)生了劃痕，就認(rèn)為該軋制過程已經(jīng)發(fā)生了劃痕現(xiàn)象。由于劃痕綜合判斷指標(biāo) 值的大小最終決定于打滑因子 與軋制速度V 的綜合作用。而對(duì)于冷連軋機(jī)盡管軋制速度總是越來越大的，即下游機(jī)架的軋制速度總比上游機(jī)架的軋制速度大，但是各機(jī)架打滑因子的值卻是受軋制規(guī)程（包括張力制度與壓下規(guī)程）所影響的。這就是說，可以通過軋制規(guī)程的優(yōu)化來改變各機(jī)架劃痕綜合判斷指標(biāo) 的值，使得冷連軋過程中各機(jī)架的劃痕綜合判斷指標(biāo) 值均衡分布，既不出現(xiàn)整體 值偏大的現(xiàn)象，又不出現(xiàn)整體 值雖小但某一機(jī)架 值偏大的現(xiàn)象，從而最終達(dá)到防治劃痕的目的。2

11、.2考慮劃痕防治的軋制規(guī)程設(shè)定根據(jù)軋制理論可以知道，對(duì)于一個(gè)冷連軋過程而言，對(duì)于任意一機(jī)架有以下方程成立：（15）（16）（18）（17）式中： hi -1第i機(jī)架的帶材的入口厚度； hi 第i 機(jī)架的帶材的出口厚度； R'i 第i 機(jī)架的工作輥壓扁半徑； Ri 第i 機(jī)架的工作輥半徑； pi 第i 機(jī)架的單位寬度軋制壓力；Ti-1 ,Ti 第 i 機(jī)架的前后張力； i第i機(jī)架的摩擦系數(shù)；E 、 工作輥的楊氏模量和泊松比；這樣，第i機(jī)架的打滑因子i可以進(jìn)一步的用下式來表示：（19）另外，根據(jù)秒流量相等原則，各機(jī)架出口軋制速度可以用下式來表示：（20）式中： Vn設(shè)定軋制速度，即最后一機(jī)

12、架出口軋制速度； hn 最后一機(jī)架軋機(jī)的出口帶材厚度；綜合式(15)到式(20)可以知道，在工藝潤(rùn)滑制度與軋輥應(yīng)用工藝不變的前提下，冷連軋機(jī)各機(jī)架劃痕綜合判斷指標(biāo)i 的值主要決定于各機(jī)架壓下率ri與張力制度Ti ,Ti，并可以用以下函數(shù)表示：（21）于是，可以把軋制規(guī)程優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)定義為：（22）（24）（23）（25）（26）式中： A 加權(quán)系數(shù)； n 連軋機(jī)的機(jī)架數(shù)；需要說明的是，式(23）中 g1(X)代表各機(jī)架 值的均勻度，式（24）中g(shù)2(X)代表各機(jī)架 整體數(shù)值。兩者是缺一不可的，因?yàn)閮?yōu)化結(jié)果既不希望出現(xiàn)整體 值偏大的現(xiàn)象，又不希望出現(xiàn)整體 值雖小但某一機(jī)架 值偏大的現(xiàn)象。這樣，整個(gè)優(yōu)化過程可以簡(jiǎn)單的描述為：尋找一個(gè)合適的壓下分配標(biāo)準(zhǔn)與張力制度 X=ri,Ti ,Ti,i