２０１２年３月 安阳工学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｒ．２０１２ 第ｌ１卷第２期（总第５６期） Ｖｏ１．１１ Ｎｏ．２（Ｇｅｎ．Ｎｏ．５６） 关于轧机板形和平直度控制模型（ｐＦｃ）的研究 王永辉 （三门峡职业技术学院，河南三门峡４７２０００） 摘要：从轧机板形和平直度控制模型的相关知识入手进行研究，提出轧机板：眵和平直度 窒制模型（ＰＦＣ）。该模型具有 很大的轧制灵活性，可以实现高精度轧制。本文的研究对我国轧机实现全面自动化控制具有重要的现实意义。 关键词：板形测厚仪；轧制力；热凸度补偿；磨损模型 中图分类号：ＴＧ３３１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—２９２８（２０１２）０２—００１９—０３ 引言 在轧机自动控制系统中，就精轧板材的高质 量要求而言，必须保证良好的轧制和从板坯／钢板 到板坯／钢板一致的板形。 本文采用一种综合性的板形和平直度控制系 统（ＰＦＣ）用于保证沿整个板坯长度方向的板形和平 直度。该系统包括：考虑到辊缝的各种影响，采用 设定模型控制板形。模型精度允许在一个轧制周 期内轧制不同的目标板形、在线板形控制用于保 持在整个板材长度方向上板材头部端获得的板形 不变、短期自适应和长期自适应等『ｌ１。 板形和平直度控制对一块钢板同时进行。工 作辊弯辊作为最终控制部分，定位点由ＰＦＣ在线 模型确定并可以在控制台上修改。 板形和平直度控制系统包括对用于２级系统 下一轧制道次的工作辊弯辊的配置叻能以及产品 通过２级和ｌ级系统中的轧机时对：其板形和平直 度的控制功能。 对板形和平直度控制的必需要求是有用于实 时确定与相关操作参数有关的实际辊缝板形的有 效的计算机模型，该模型需要高性能的计算机，尤 其用于通过有限元方法（ＦＥＭ）对轴向和径向方向 上的热凸度进行计算以达到必要的精度。 板形和平直度控制系统包括三个主要功能即 根据实际的热凸度和辊子磨损进行设定计算、在 线板形测厚仪（ＰＧＭ），用于计算由于！乩制过程中轧 制力的变化造成的钢板板形修正值 其控制输出 送人工作辊弯辊控制系统和轧制过程中热凸度效 果的周期计算，工作辊弯辊修正因数周期地送人 工作辊弯辊系统［２１。 炉时首端及尾端的低温及通过辊缝时材料的水印 等因素影响的。 根据工艺相互关系建立的控制回路采用板形 测厚仪（ＰＧＭ１回路形式，在轧制力变化的情况下保 持辊缝的几何尺寸。采用的功能与ＡＧＣ（用于厚 度控制的测量仪）的动态轧机弹性补偿非常相似。 ＰＧＭ可运行于绝对和相对模式。 在绝对运行模式下，预期的轧制力用作ＰＧＭ 的基准值。如果预期的轧制力不同于测量的轧制 力。ＰＧＭ就对作用于轧制板形上的轧制力的影响 进行补偿。 在相对运行模式下，目标板形已在各道次的首 端设定好并保持沿整个钢板长度上不变。在相对 运行模式下．某一时间对某道次中已轧制部分钢 板测量的轧制力被存储下来并用作该钢板其余部 分的基准值［３１。 ２轧制力变化引起弯辊力变化的计算 考虑到特殊的轧制力及弯辊力的微分商 ６６ＷＳ ８６ＷＳ ６ 一 。 韶Ｂ’ 系数 要求的弯辊 匀变化值 ’Ｂ可按如下的方法计算 ６６ＷＳ ： ：Ｋ （１）（１’ ６ＦＢ １板形测厚仪（ＰＧＭ） 钢板轧制时轧制力波动可能是由初始道次轧 制时板坯首端到尾端的温度降低、板坯离开加热 收稿日期：２０１１—１２—２８ 其中：ＦＢ＝Ｋ Ｆｓｐｅｚ 该公式通过基础自动化系统实现。系数Ｋ随 弯辊系统的给定值一起传输到基础自动化系统 中，每道次传送一次。 作者简介：王永辉（１９８０－），男，河南南阳人，三门峡职业技术学院教师，硕士，研究方向为控制工程。 ２０ 安阳工学院学报 ２０１２钲 ３热凸度补偿 在轧制过程中工作辊易受高热负荷的影响。因 此在钢板的流程中工作辊温度上升（见图１１。纵向宽 度的温度不是恒定的，它取决于：辊缝中的热负荷 （接触弧、轧制速度、测量厚度）、沿辊身长度上轧辊冷 却强度和周期、轧制时间与非轧制时间、轧制程序 （宽度，宽度变化量１、轧制力和产品温度等ｆ３Ｉ。这种热 膨胀导致轧辊凸度的变化并影响钢板的板形和平 直度。 图１工作辊与环境间的热传递 热凸度的发展通过基于有限元方法的物理在 线模型在整个轧制周期内以每循环１秒非常精确 地计算出来。该计算考虑了在径向和轴向方向上 的热量流动。 热凸度变化引起弯辊力变化的计算如下： 热凸度变化量定义为“ＴＣ”。弯辊力变化量“ＦＢ” 可以使用微分商得出 硒ＷＳ ．６６ＷＳ —＝—一ａｎＱ—＝—一 ６ＴＣ ６ＦＢ ｛册４－ｏ＂ＴＫＯＲ ６ＦＢ＝ 一 （２） ８ 其中：ＴＫＯＲ＝ＴＫＯＲｈｅａｄ—ＴＫＯＲ（ｔ）和ＴＣ＝ＴＣｈｅａｄ－ ＴＣ（ｔ） 在钢板轧制过程中．必要的弯辊力ＦＢ周期进 行计算并每隔一秒传输到轧机机架控制中。计算 出温升的影响，相应的校正信号被送到前馈控制 系统。 ４工作辊和支承辊的磨损模型 ４．１工作辊磨损 辊与轧制板材间的相对速度导致工作辊的表 面磨损（见图２）。磨损程度除了别的因素以外，取决 于以下参数：轧辊材料和其表面硬度、几何尺寸、 制力、辊表面温度和板表面状况（氧化铁皮结构）。 可以用一个二维在线模型来计算出工作辊的 磨损深度和整个磨损轮廓。影响轧辊中部磨损深 度主要是轧制力、钢板和轧机机架数据、轧制钢板 的长度和调试阶段建立的系数等元素１４］。 机架中心线 图２工作辊屠损计算模型 为了计算磨损轮廓，轧辊被分为几段。每一段 的磨损按照一个与钢板宽度和轧制条件有关的方 程进行计算。 ４．２支承辊磨损 支承辊磨损按照一个与轧制的钢板长度有关 的方程进行计算。工作辊磨损和支承辊磨损的数 值随弯辊系统的给定值一起被传输到基础自动化 系统，每道次传输一次。 ４．３与目标板形的偏差 由于在轧制道次计划的计算及原料的均匀性 中或修磨轧辊时存在无法估量的因素，它们会导 致板形和平直度与目标出现小的偏差。由于在线 钢板的板形的变化通常是不符合要求的，通常不 允许对目标板形进行修正。因此，在相对运行模式 中钢板首端产生的板形也要保持沿产品长度方向 上不变。这里不对板形设计闭环控制。 ５结论 板形和平直度控制模型有极大的轧制灵活性， 甚至在尺寸与轧制条件变化大的情况下，也不会 违反严格的性能要求，能实现高精度轧制。本文的 研究对我国轧机实现全面自动化控制具有重要的 现实意义。 参考文献： 【１】阳辉．中厚板无切边轧制法中立轧研究［Ｊ］．塑性工程学 报，２００７，１４（０４）：ｌ１９—１２２． ［２】马正贵．中厚板轧机的板形控制［Ｊ］．安徽工业大学学报， ２００８，２５（３）：２５９－２６３． ［３】胡伟，彭燕．几种典型板带轧机板型控制技术简介［Ｊ］．机械 研究与应用，２００８，２ｌ（０３）：１２７—１３０． ［４］孔冠宏．中厚板生产过程的质量控制叨．山东冶金，２０１０，３２ （３）：７０－７２． （下转２３页） 第二期 胡 滨，郭官存木工电机主轴密封结构的改进措施 参考文献： ［１】濮良贵，纪明刚．机械设计［Ｍ】．北京：高等教育出版社， ２００５． 工程技术．２００６（６）． ［３］吴玉厚．数控机床电主轴单元技术［Ｍ］．北京：机械工业出 版社，２００６． 【２１张兴军，杨淑启，韩龙义．高速精密电主轴的研制［Ｊ１．机电 ［４］戴曙．金属切削机床［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１０． Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｗｏｏｄｗｏｒｋｉｎ ｇ Ｍｏｔｏｒ Ｓｈａｆｔ ＨＵ Ｂｉｎｇ ，ＧＵＯ Ｇｕａｎ－ｃｕｎ （１．Ａｎｙａｎｇ Ｌｅｖｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．；２．Ｈｅｎａｎ Ｙｕ Ｑｉａｎｘｉｎ Ｍｅｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ａｎｙａｎｇ ４５５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ１ｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｈａｔ ｗｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｒｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｄ ｓａｗｍｉｌｌｉｎｇ ｓｌａｂ ｒｕｂｂｅｒ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｃｒｅａｔｅｄ ｍａｇｎａｎｉｍｏｕｓ ｔｉｎｙ ｄｕｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｂｏｄｙ ｄｕｒｉｎｇ ｓａｗｉｎｇ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇＷｈｉｌｅ ｔｈｅ ．ｍａｉｎ ｓｈａｆｔ ｐｒｏｄｕｃｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｓｅ ｄｕｓｔ ｆｉｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ａｉｒ ｉｎ ｅｎｔｉｒｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｂｏｄｙ ｅｎｔｅｒｅｄ ｉｎｔｏ ｉｔｓ ｉｎｓｉｄｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｒｏｏｗ￣ｓ ａｎｄ ｇａｐｓ ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｗｅａｒ，ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｓｈａｆｔ．Ａｉｍｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅ ｈａｖｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｍ。ｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｍａｉｎ ｓｈａｆｔ ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ，ａｎｄ ｈａｖｅ ｇｏｔ ｆａｉｒｌｙ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ． 。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｔｏｒ ｓｈａｆｔ；ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅ；ｗｏｏｄｗｏｒｋｉｎｇ （责任编辑：郝安林） （上接２０页） Ｔｈｅ Ｍｉｌｌ Ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎｄ Ｆｌａｔｎｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｅｌ（ＰＦＣ）Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｈｕｉ （Ｓａｎｒｎｅｎｘｉａ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｓａｎｍｅｎｘｉａ ４７２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｏｍ ｆｔｈｅ ｍｉｌｌ ｐｒｏＩｉｆｌｅ ａｎｄ ｆｌａｔｎｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｓｔｕｄｙｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ，Ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｒｏｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｙ ｉｒｓ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｈａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｌａｔｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；ｒｏｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃａｍｂｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｗｅａｒ ｍｏｄｅｌ （责任编辑：赵建周）
