冷连轧高速轧制过程中摩擦系数预报与设定方法

摘要

一种冷连轧高速轧制过程中摩擦系数预报与设定方法，在计算机系统上执行包括以下步骤：a.收集冷连轧机特定机架的主要设备参数；b.收集冷连轧机特定机架的主要润滑工艺参数；c.收集冷连轧机特定机架的n组实际轧制工艺参数；d.根据特定平整机的现场实验数据，建立特定平整机的板面粗糙度预报模型；e.以a、b、B

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷连轧生产工艺领域，特别涉及一种冷连轧高速轧制过程中辊缝内摩擦系数预报与设定方法。

背景技术

冷连轧工艺如图1所示，带材1从开卷机2卷出后送至机架3#～3i，经过多个机架的轧制，带材1达到规定的厚度并被送至卷取机4回卷。每个机架的轧辊包括支承辊4和工作辊5，其中工作辊5与带材1表面直接接触。

根据现场生产经验可以知道，在冷连轧过程中影响其摩擦系数的主要有道次压下率、轧制速度、机架入出口厚度、带材变形抗力、乳化液品质、流量、浓度和温度等因素。而在上述相关因素如何定量影响摩擦系数的问题上，有关冷连轧过程中影响其摩擦系数的相关因素具体参见“冷连轧过程中实用摩擦系数模型及其影响因素的研究”(2005年第16期《中国机械工程》第1908-1911页)、“冷轧摩擦系数模型研究.”(1985年(增刊)《武汉钢铁学院学报》第30-36页)、“金属板料冲压加工中的摩擦与润滑研究.”(1999年第1期《航空工艺技术》第18-21页)等参考文献。以往的研究往往采用的是忽略各个因素之间的交叉影响、通过大量现场实测数据的回归拟合建立各个机架的摩擦系数设定模型。采用这些方法所建立的摩擦系数模型，虽然在现场具有一定的实用性，但由于相关模型在建立过程中仅仅是依据各个因素对摩擦系数影响的表面现象来进行回归分析的，而没有体现相关因素对摩擦系数影响的机理问题，并且忽略了影响因素之间的交叉影响，因此模型预报精度不高、其通用性也不强，不但不同冷连轧机组之间无法互相参考，甚至在同一机组内不同机架之间模型也各不相同。这样，如果建立一套简单、通用、可移植的冷连轧机高速轧制过程中的摩擦系数设定技术就成为现场技术攻关的重点与难点。而本发明通过现场实际数据回归出润滑油膜厚度与摩擦系数之间的定量关系，最终建立起包含道次压下率、轧制速度、机架入出口厚度、带材变形抗力、乳化液品质、流量等影响因素的摩擦系数机理模型，并以此为基础得到的摩擦系数设定技术就有效的攻克了这一技术难点解决了相关问题。对于这方面的研究，实际上前苏联在20世纪70年代已经开始展开，但并没有取得明显的进展，主要文献见冶金工业出版社于1981.8出版的由李小玉，顾正秋译的“轧制工艺润滑”一书，此后就没有检索到任何关于这方面具有实质性突破的国外文献。国内对于冷连轧高速轧制过程中摩擦系数机理模型与设定方法的研究几乎属于空白，所有相关文献基本都是参考前苏联的相关技术，比较有代表性的文献是冶金工业出版社1993年出版的由李虎兴编著的“压力加工过程的摩擦与润滑”一书。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷连轧高速轧制过程中摩擦系数预报与设定方法，该发明使得现场能够根据摩擦系数的预报值设定相关轧制压力，提高轧制的稳定性与带材的控制精度，减小了轧制压力模型的自学习与自适应系数波动。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种冷连轧高速轧制过程中摩擦系数的预报与设定方法，包括在计算机系统上执行的以下步骤：

a、收集冷连轧机特定机架的主要设备参数；

b、收集冷连轧机特定机架的主要润滑工艺参数包括润滑剂的粘度压缩系数θ、润滑剂的动力粘度η₀以及乳化液的浓度c等参数；

c、收集冷连轧机特定机架的n组实际轧制工艺参数(n：样本数，n越大越好)；

d、以a、b、B_ξ为摩擦系数机理模型参数与待求变量，构造出反映摩擦系数与润滑油膜厚度之间基本函数关系的摩擦系数机理模型如下：

μ＝a+b·e^Bζ·ζ0

式中：

a-液体摩擦影响系数；

b-干摩擦影响系数；

B_ζ-摩擦系数衰减指数；

ζ₀-润滑油膜厚度；

所述步骤a中特定机架一般是指冷连轧机中入口与出口都配置测厚仪的特定机架，而步骤b、步骤c中所述的特定机架与步骤a中所述机架是同一机架；步骤a中所述特定机架主要设备参数是指工作辊半径R、工作辊原始粗糙度Ra_r0、工作辊粗糙度衰减系数B_L、压印率K_rs等参数；

e、优化计算出摩擦系数机理模型参数，包括以下步骤：

e1)、给定初始模型参数X₀＝{a，b，B_ζ}；

e2)、根据相关模型计算出与实际轧制工艺参数相对应的道次变形抗力{K_mi i＝1，2，…，n}；

e3)、利用相关模型计算出与实际轧制工艺参数及润滑工艺参数所对应的辊缝润滑油膜厚度{ζ_0i  i＝1，2，…，n}；

e4)、根据相关模型返算出与实际轧制工艺参数相对应的实际摩擦系数{μ_i i＝1，2，…，n}；

e5)、计算出相应的控制函数F_i(X)；

e6)、计算出参数计算的目标函数G(X)；

e7)、判断Powell条件是否成立，若不成立，重复上述步骤e5)、e6)，直至Powell条件成立，结束计算，得出最优摩擦系数机理模型参数。

f、将上述摩擦系数机理模型参数代入反映摩擦系数与润滑油膜厚度之间关系的函数方程，得到冷连轧机高速轧制过程的摩擦系数预报与设定模型，见图2所示；

g、冷连轧高速轧制过程中摩擦系数的在线预报与设定，包括以下步骤：

g1)、收集冷连轧机待预报机架的主要设备参数；

g2)、收集冷连轧机待预报机架的主要润滑工艺参数；

g3)、收集冷连轧机预报机架的轧制工艺参数设定值；

g4)、给定摩擦系数的初始设定值μ₀＝0.01；

g5)、利用相关模型计算出与求润滑油膜相关的主要轧制工艺参数；

g6)、利用相关模型计算出辊缝润滑油膜厚度；

g7)、调用摩擦系数机理模型求出摩擦系数μ₀′；

g8)、判断|μ₀-μ₀′|≤0.0001是否成立，若成立则结束摩擦系数预报与设定过程，若不成立则令μ₀＝μ₀′，重复步骤g5)、g6)、g7)直到判断条件成立为止。

步骤(c)中所述冷连轧机特定机架的n组实际轧制工艺参数包括总轧制压力{P_i i＝1，2，…，n}、道次入口与出口带材厚度{h_0i，h_1i i＝1，2，…，n}、入口与出口张力{σ_0i，σ_1i i＝1，2，…，n}、带材的入口速度{v_0i i＝1，2，…，n}、工作辊轧制公里数{L_i i＝1，2，…，n}、带材宽度{B_i i＝1，2，…，n}、热轧来料厚度{H_0i i＝1，2，…，n}、带材初始变形抗力{KFO_i i＝1，2，…，n}与变形抗力强化系数{KFT_i i＝1，2，…，n}等参数；

步骤(e2)中计算平均变形抗力K_mi所采用的模型如下：