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      銅加工冷軋機(jī)板型控制方法研究

      2021-05-23 10:09:08孔垂青魏志毅
      中國金屬通報(bào) 2021年2期
      關(guān)鍵詞:冷軋機(jī)板型偏度

      竇 鋒,孔垂青,劉 松,魏志毅,王 果

      (中國重型機(jī)械研究院股份公司,陜西 西安 710032)

      銅加工冷軋機(jī)板型是影響銅加工冷軋機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵因素,銅加工冷軋機(jī)板型控制方法作為提高板型平整度的關(guān)鍵技術(shù),具有十分重要的研究意義。但目前來看,我國銅加工冷軋機(jī)板型控制方法較為落后,主要通過磨削軋輥原始凸度的方法加以控制,導(dǎo)致很難滿足銅加工冷軋機(jī)板型多變的軋制情況,在控制后很容易出現(xiàn)板型質(zhì)量問題[1]。在后續(xù)的研究中,相關(guān)學(xué)者提出了動(dòng)態(tài)分配負(fù)荷系數(shù)的方法,在銅加工冷軋機(jī)板型控制精度方面取得了一定的研究成果,但軋出要求的板凸度仍然無法滿足板型平直度的目標(biāo)。因此,創(chuàng)新銅加工冷軋機(jī)板型控制方法是時(shí)下的熱點(diǎn)研究話題??紤]到銅加工冷軋機(jī)板型控制整體流程十分復(fù)雜,對(duì)數(shù)學(xué)模型的精度具有極高的要求,與此同時(shí),需要結(jié)合先進(jìn)的控制理念,致力于適應(yīng)銅加工冷軋機(jī)板型控制多擾動(dòng)、多變量的需求。本文以此為研究前提,提出銅加工冷軋機(jī)板型控制方法研究,希望能夠通過分析影響銅加工冷軋機(jī)板型控制的主要原因,設(shè)計(jì)出一種新型銅加工冷軋機(jī)板型控制方法,通過降低控制偏度系數(shù),為提高銅加工冷軋機(jī)的板形質(zhì)量提供方法支持。

      1 影響銅加工冷軋機(jī)板型控制的主要原因

      在銅加工冷軋機(jī)板型控制過程中,影響板型控制的主要原因大致可通過4點(diǎn)加以概括,分別為:軋輥問題、坯料尺寸不規(guī)范、受熱冷卻不均勻以及輥縫設(shè)置不符合要求。軋輥問題主要是指在高強(qiáng)熱軋時(shí),帶鋼輥因會(huì)受到極大的軋制力,導(dǎo)致銅加工冷軋機(jī)板型出現(xiàn)熱凸、磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象,致使板型控制過程失效[2]。不僅如此,如果軋輥?zhàn)陨聿牧腺|(zhì)量不合理,在銅加工冷軋機(jī)板型控制過程中必然會(huì)出現(xiàn)側(cè)彎,此現(xiàn)象是無法通過控制方法進(jìn)行修復(fù)的,必須加以重視。坯料尺寸不規(guī)范主要會(huì)影響斷層的厚度,降低銅加工冷軋機(jī)板型控制時(shí)寬度方向的延伸性,影響控制精度。受熱冷卻不均勻會(huì)產(chǎn)生大量的應(yīng)力,一旦其應(yīng)力數(shù)值超出標(biāo)準(zhǔn)值,必然會(huì)對(duì)銅加工冷軋機(jī)板型的平整度造成很大的影響,常見情況包括:寬邊邊浪或者是小邊浪,進(jìn)而增加銅加工冷軋機(jī)板型控制的難度。輥縫設(shè)置不符合要求會(huì)導(dǎo)致單邊差值相對(duì)較大,在此種情況下,銅加工冷軋機(jī)板型控制無法針對(duì)板型整體進(jìn)行,使之銅加工冷軋機(jī)板型一遍控制精度符合標(biāo)準(zhǔn),則另一邊會(huì)出現(xiàn)控制失效的情況。

      2 銅加工冷軋機(jī)板型控制方法

      本文設(shè)計(jì)的銅加工冷軋機(jī)板型控制方法整體示意圖,如圖1所示。

      圖1 銅加工冷軋機(jī)板型控制方法示意圖

      結(jié)合圖1所示,下文針對(duì)圖中的3點(diǎn)主要流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

      2.1 計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定

      為了控制銅加工冷軋機(jī)板型,在帶鋼進(jìn)入銅加工冷軋機(jī)之前,必須根據(jù)板型的長度、寬度、厚度以及材質(zhì)等信息,計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定[3]。以計(jì)算的方式獲取板形控制所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。基于銅加工冷軋機(jī)板型控制過程復(fù)雜、多樣化的特點(diǎn),運(yùn)用自動(dòng)化控制模式采用由內(nèi)向外逐級(jí)原則計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定。首先,計(jì)算帶鋼的比例凸度,設(shè)帶鋼的比例凸度為V,則有公式(1)。

      在公式(1)中,L指的是軋輥直徑;S指的是軋輥的熱磨損系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型控制過程中的橫移位置,設(shè)銅加工冷軋機(jī)板型的橫移位置為U,則有公式(2)。

      在公式(2)中,N指的是軋制力數(shù)值大小,為實(shí)數(shù);P指的是銅加工冷軋機(jī)板型目標(biāo)平直度。最后,計(jì)算彎輥力,設(shè)彎輥力為H,則其計(jì)算公式,如公式(3)所示。

      通過公式(3),可得出銅加工冷軋機(jī)板型控制彎輥力,為控制銅加工冷軋機(jī)板型數(shù)據(jù)變量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)獲取的銅加工冷軋機(jī)板型控制參數(shù)得知,部分?jǐn)?shù)據(jù)是銅加工冷軋機(jī)板型控制過程中會(huì)受到頻繁使用。因此,本文運(yùn)用自動(dòng)化控制模式,通過輸入脈沖的頻率精準(zhǔn)控制銅加工冷軋機(jī)板型數(shù)據(jù)變量。銅加工冷軋機(jī)板型控制過程數(shù)據(jù)變量定義表,如表1所示。

      表1 銅加工冷軋機(jī)板型控制過程數(shù)據(jù)變量定義表

      根據(jù)表1所示,完成銅加工冷軋機(jī)板型控制過程數(shù)據(jù)變量定義后,可以應(yīng)用自動(dòng)化控制模式中的Single MHz環(huán)的控制類型載波捕獲靈敏度,通過調(diào)整載波捕獲靈敏度,完成銅加工冷軋機(jī)板型控制。設(shè)自動(dòng)化控制模式下載波捕獲靈敏度的計(jì)算表達(dá)式為△P,則有公式(4)。

      在公式(4)中,Y指的是控制類型參數(shù);J指的是帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力足。根據(jù)上述計(jì)算公式,可計(jì)算出銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定。

      2.2 銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)

      計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定后,可知銅加工冷軋機(jī)板型控制過程是動(dòng)態(tài)變化的,因此銅加工冷軋機(jī)板型控制屬于短期自學(xué)習(xí)過程,可通過銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)調(diào)整板型控制偏差?;诖?,設(shè)計(jì)銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)模型,假定該模型表達(dá)式為F,則有公式(5)。

      在公式(5)中,ε指的是上塊帶鋼的彎輥力偏差;?指的是上塊帶鋼的彎輥力微調(diào)值。通過銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)模型,自動(dòng)調(diào)節(jié)銅加工冷軋機(jī)板型控制中產(chǎn)生的偏差,進(jìn)一步提高銅加工冷軋機(jī)板型控制精度。

      2.3 控制銅加工冷軋機(jī)板型

      通過銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí),綜合分析銅加工冷軋機(jī)板型控制的歷史趨勢。以此為依據(jù),設(shè)銅加工冷軋機(jī)板型控制方程為E,則有公式(6)。

      在公式(6)中,vk指的是在帶鋼的比例凸度下的銅加工冷軋機(jī)板型前饋控制正序無功功率;s指的是控制特征;W指的是板凸度反饋彎輥力修正量。通過公式(6)可以將銅加工冷軋機(jī)板型控制看作是控制點(diǎn)的一種延伸,將銅加工冷軋機(jī)板型控制過程內(nèi)所包含的板型控制信息無縫承接。與此同時(shí),本文得出的控制方程表達(dá)方式能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別,可以通過該控制方程實(shí)現(xiàn)銅加工冷軋機(jī)板型控制。為了提高銅冷軋機(jī)板形控制信息頻率跟蹤的核心,控制基于A/D轉(zhuǎn)換輸出的銅冷軋機(jī)板形缺陷檢測接口,采用了自動(dòng)控制模式下的頻率跟蹤功能。當(dāng)波形發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)用作時(shí)鐘信號(hào)時(shí),控制頻率在可變負(fù)載狀態(tài)下具有負(fù)相關(guān)。因此,其最小值便為跟蹤點(diǎn)控制頻率的最大值。為提高銅加工冷軋機(jī)板型控制精度,本文通過記錄每次控制信號(hào)的板型平直度,以此獲取板型控制實(shí)時(shí)的狀態(tài)。如果當(dāng)前記錄值高于上一記錄值,則保留當(dāng)前值,否則保留上一記錄值。在驅(qū)動(dòng)電源變負(fù)載狀態(tài)下,當(dāng)銅加工冷軋機(jī)板形控制信息頻率增加超過額定值時(shí),記錄額定范圍內(nèi)的最大控制信息頻率。假定超聲驅(qū)動(dòng)振動(dòng)諧波頻率在此范圍內(nèi),此時(shí)狀態(tài)下控制信息頻率對(duì)應(yīng)的頻率值即為關(guān)鍵變量。在實(shí)際運(yùn)用銅加工冷軋機(jī)板型控制方法控制時(shí),能夠根據(jù)獲得相關(guān)過程控制信息,實(shí)時(shí)掌握板型控制情況,控制銅加工冷軋機(jī)板型。至此,完成銅加工冷軋機(jī)板型控制方法設(shè)計(jì)。

      3 實(shí)例分析

      3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

      本次實(shí)驗(yàn)選擇某銅加工冷軋機(jī)板型生產(chǎn)線作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,包括:一套2100mm半連續(xù)銅加工冷軋機(jī)生產(chǎn)線以及平整分卷機(jī)組。彎輥力設(shè)計(jì)范圍在500kN~13000kN之間;軋制力設(shè)計(jì)范圍在-50kN~500kN之間。本次實(shí)例分析內(nèi)容為控制銅加工冷軋機(jī)板型,并將控制偏度系數(shù)作為實(shí)驗(yàn)測試指標(biāo),控制偏度系數(shù)越低證明該控制方法的控制精度越高。首先,使用本文設(shè)計(jì)方法,控制銅加工冷軋機(jī)板型,通過matalb軟件測得其控制偏度系數(shù),設(shè)為實(shí)驗(yàn)組;再使用傳統(tǒng)方法,控制銅加工冷軋機(jī)板型,通過matalb軟件測得其控制偏度系數(shù),設(shè)為對(duì)照組。在此次的實(shí)驗(yàn)中,設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10h,記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

      3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

      根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出兩種控制方法的控制偏度系數(shù),具體結(jié)果如表2所示。

      表2 控制偏度系數(shù)對(duì)比表

      通過圖2可得出如下的結(jié)論:本文設(shè)計(jì)的控制方法在相同的測試時(shí)間中控制偏度系數(shù)相較于對(duì)照組更低,控制精度更高,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)銅加工冷軋機(jī)板型的精準(zhǔn)控制,具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值,值得被大力推廣。

      4 結(jié)語

      本文通過實(shí)例分析的方式,證明了設(shè)計(jì)控制方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性,以此為依據(jù),證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此,有理由相信通過本文設(shè)計(jì),能夠解決傳統(tǒng)銅加工冷軋機(jī)板型控制中存在的精度低的缺陷。但本文同樣存在不足之處,主要表現(xiàn)為未對(duì)本次控制偏度系數(shù)測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn),進(jìn)一步提高控制偏度系數(shù)測定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn),在未來針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí),還需要對(duì)銅加工冷軋機(jī)板型加工方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究,以此為提高銅加工冷軋機(jī)板型質(zhì)量提供專業(yè)性建議。

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