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棒材轧机力能参数采集及数学模型研究


武汉科技大学 硕士 位 学 论文
摘 要

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轧制压力和轧制力矩是轧制过程中重要的工艺参数,      在制定压下规程、 工序负荷分析、 设备强度校核等方面都具有重要作用。在棒材生产过程中,由于轧件在孔型中的变形过程 属于三维不均匀变形,其变形规律较难掌握,轧制压力模型的理论研究比 较薄弱。实际工 作中对于轧制压力的预报往往以传统经验公式为主, 预报精度不高,误差较大。 本文重点研究了各种类型棒材轧机力能测量传感器的设计与优化方法;结合韶钢中板      和水钢棒材的实际生产情况,编写了实时数据采集系统软件; 在测量数据统计分析的基础 上, 应用Maa 分析工具,建立了 tb l 理论一统计型的数学模型。 把现场实际情况和弹性元件的设计原则结合起来,设计了一套适合现场操作而且线性     
度高,重复性好的传感器。 实时数据采集系统软件与生产实际紧密结合,并应用于实际生产。该软件采用Vsa      i l u B s 6 进行编程,可实现力能数据的储存、显示、分类、组合查询、对比分析及建模计 ai . c  0
算等功能。 对采集到的现场数据进行整理,并通过选用多种数学模型进行非线性回归。将回归的      理论一统计型数学模型所计算的结果与现场实际情况进行 比较,选择与现场实际情况最接

近的 模型。因此,所选择的模型具有较高的实用价值。 关键词:棒材,轧制压力,轧制力矩,数学模型

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武汉科技大学 硕 位论 士学 文

Ab ta t sr c

R l g  s r n r i t u a i ot t  n a pr t s  oi cus     e u ad lg qe    prn t hi l a e r i rl g  r . oi p s e  o n o l r n l r r m a e c a m e n l o e e c n

Te p y iprnr e  sbsn dp so r u tn aa s o l d  o i hy  a m oat  i ealh g  r s n  l o,  yi f  iw rn l n  t o n  i i e e i e a a l t g i nl s o n  k g a p cdr ce ae  qi et ies ad  nBc s dfm tn  oi p c i r eu ,  kg oeu m n '  i   s o. a e  r ao orlg  e  o e hc f  p s n nt n o  e u e t y o i f  n i n l e
rlg oe uee te-m ni a df m tn m ty d i l ad  t o cl o r v i nvn  e ies nl o ao,  e i i c t n t h ra l  o s  h d r o er i s a r s  u,  h e i f e  r er o rl g  s r oe l k. d t n  dl o rl g  s r a m sy e a h  oi pe u m dl  s Peii m e f l pe ue  ot s c n l r s n e a c r co o s  oi r s r n e  l

eprnaip cc, e  e hv l p csn  ravlb eo xeetl  a e hsm dl ae  r o o ad te i r r i i n  t t r i e o s  o e i n e i y  r . w  l g 
T e i n ot z i m h s  e o f  i s  o i r e a hd  h ppr      ad iitn t d o s s o a k d o r ml a r er e i ts  e h ds n  pm ao e o f  r  l n f  l e  c n  a ; eg n l  d  s  s i C m in r f t oSuC eg  ad  l ad  e o   Sa Sa in  s eC . e o b i o a o   hi n in  s eC . p tf t o ho  n  ad  l wi n g  c r f  h r n t o n l a r f  h r n t o r d  t o e a cy o e t

a  er lm d a e ; h bs ot sttaaa s om a rg  , g l e s  g h e - e  s t o t a s  e i c nl i f s i d aui aa st l f a r  t a y m n  i f  t s l y s  e un a s n y o o t ai t s e  h a i t n o M tbhs  p t o - utg h acm dl aa,  eu t h rc nn m t m ts  e l as t h ey o i a e i o . e  Cm in h eg rie f t cm oe n r stn ds n  ib e i e o ,      t d i pc l o esc  pnnad l o, g a alr l s s s o b i e  n  p s  l i o n g  s i a t  e ti e a a i st e  t n r u a y  ft r e s s s  go r e c aiy  le i. r e o h n r ae  e t  l n i r uh m rt e o hv od  a a bi ad at e  p p t n y

Te  e e - e a  e s  e  r c r i ad  ln o  ue  i      r l m dts t ic stpoue l ,  ap i tp dc r l . h gt r  t a y m  l o d e t n p y g  r a h ai s o ay o et ay Tis w riporm e 妙 VsaB i6 , ssm n le  dts r eso , h o a s g md i l  c  t y e c r i t a t a ,  s  e  r a t f u a . h t a e z h a  g hw s 0 e  a e  o

c sy gi un, pr laa sad  bsn m dl . l ii , rgcm a b nle  e alh g  ee s s a fn n i o a e  y n s i i o t q t e
Ste dt e u dad  e nn i ay  o e  s  a e ac m dl y      a m a r , r r s - er b sm k d om t m ts  e B elt h a  e n e s o l l y  i f h i o .  e  s g n n cm an t r u o m a r ad  u tn t o - ut g t m ts  e cos o pr g  e l f  u d  cl li 勿 h r c nn m h acm dl hoe i h st  e e n a ao e  s c e y o i a e i o , 
t m dl  t  e  h r l . t m dlt t  coe hv r avl hg pata h oem sc s t t e i S h oe h a hsn  e  t e i r i l e  o l o  at o  o e  y e  s  r a e  a e i y h  cc l
v le au

K y od: ,  ln p s r,  l g  u ,  t mac m dl ew rsrd r lg  s e r l t qe Ma e ts  e o   oi r u   oi o e n r h i o

武汉科技大学 硕士 位论 学 文 1 研究意义和课题来源

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近年来,随着全国能源、交通、水利、土建等基础设施的建设和发展,      对棒线材的需 求急剧增加。国内棒线材产量逐渐增加,到目 前为止,国内 产量已 20 达 00多万吨,就产 品而言,目 前国内生产的还是以 普通棒材产品为主。但产品质量也常常不能满足用户的要 求。目 前,各发达国家都在努力开发棒 ( 型)材精密轧制的新技术并研制其精密的轧制的 新设备,以使棒 ( 型)材产品的精度达到新水平。 对钢在热轧时力能参数的研究历来是国内外普遍关注的课题,这是因为准确预报轧制      线上各道次的负荷和力能参数具有如下的重要意义: I      、可提高轧制产品的尺寸精度及合格率。众所周知,在设备一定的条件下,棒材的 尺寸精度是靠调节辊缝来实现的, 而辊缝的调节一般依赖于操作工的经验反复地实测和调 整,当工艺及设备条件产生波动时,辊缝调整难度增大,从而导致尺寸合格率下降。特别 是采用负公差轧制时, 尺寸精度地命中率就更低。 若能准确预报轧制力能参数,则由轧机 的刚度和弹塑性曲线即可迅速得到符合产品公差要求的辊缝值,不但避免了辊缝调整的盲 目 性,轧材的尺寸精度和合格率必将明显提高。 2      、为工艺设计或设备改造时选择轧机或电机提供依据。在实际生产中,设备能力不 足或过剩的现象经常发生。前者不但限制了企业的发展,还极易导致生产或设备事故;后 者将使电耗大幅度增加。若根据预报的力能参数来选择设备,就可以防止这种不合理的现
象发生。

3 、在开发新品种、新工艺时,能使设计更为合理可行。 4 、准确预报轧制负荷能使轧制线上的力能分布更为合理,从而降低整体工序电耗、 减小设备磨损;还可对各架轧机的整体负荷进行监测,有效防止设备事故;还能找出轧制 线上力能负荷的薄弱环节,及时进行调整,以最大限度的发挥设备潜力。

当然,      对棒材连轧机负荷的分析也是非常重要的。 相对等负荷是指当棒材连轧机各机 架的主电机功率不相等时,若按等负荷分配,会造成小容量主电机能力不足,而大容量主 电机不能充分发挥其能力。这种情况下,可按轧机各机架主电 机的相对等负荷来制定轧制 规程,即主电机容量大的轧机,让其多消耗一部分轧制功率,容量小的轧机则让其少消耗 一部分轧制功率。这样不仅可以充分发挥设备能力,而且避免了因负荷分配不均衡而发生
的轧制事故。

利用相对等负荷技术对棒材轧制规程进行优化设计时可以从两方面入手 :      一是通过调 整轧辊辊缝来改变轧制负荷,使轧制负荷趋于相对均衡。但是,辊缝的调整量受到轧件质 量的限制 : 当调整量大时,孔型充不满或出 耳子, 会影响棒材产品质量; 调整量小时,起 ; 不到均衡负荷的作用;二是利用优化方法修改孔型尺寸,以达到均衡轧件负荷的目的。 因此,      准确预报钢在轧制时的力能参数对提高企业的经济效益十分重要。 为了实现轧制过程力能参数准确预报,首先需要采用一定的检测方法和数据采集软件     

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采集生产现场的实时数据

随着微型计算机的应用技术和数据检测技术的迅速发展,以微机为处理中心的数据检      测系统,以它独特的优点和强大的生命力,在各个领域中发挥愈来愈强大的作用。运用数 据检测系统对生产过程和设备进行监测、定量分析、故障诊断和优化控制以及对工艺优化 提供重要的数据来源都有着极为重要的意义。 生产现场经常要测取点多而分散的模拟信号,如电压、电流、电阻应变、热电偶、热      电阻和数字量信号。因此,检测系统应具有测量精度高、抗干扰能力强、智能化程度高、 使用灵活、安装维护方便等特点。 实时数据采集系统应具有的功能如下:      首先, 它是实时的, 可以实时的得到现场数据, 具有实时数据的曲线显示功能,可以实时的监控现场。其次,将实时得到的数据保存到数 据库中,可以方便的进行查询,还可以对故障分析提供重要的数据来源。不仅如此,还可 以进行负荷对比分析,以 及建立力能参数数学模型。 棒材轧制中的力能参数模型的研究,目      前在理论上仍不太成熟。在实际生产中, 对轧 制力的计算,一般采用经验公式进行计算,由于生产情况的变化,经常造成计算结果存在 较大的误差。因此,有必要在现有轧制理论的基础上,根据现场的实测值,建立棒材连轧 机的压力模型、力矩模型等。 由以上分析可知,开展对棒材轧机力能参数的研究具有十分重要的      研究意义。 本论文 是在厂协课题 “ 水钢棒材厂引进轧机力能参数测试与工艺优化”的基础上进行的,重点研 究了 各类型棒材轧机力能参数测试传感器的设计与优化方法;实时数据采集系统的构成与
功能; 在测量数据统计分析的基础上, 应用 Maa tb分析工具, l 对力能参数数学模型进行了 研究。本论文研究成果对棒材轧制过程具有一定的指导作用。

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2 国内外研究动态与文献综述
2 力能参数测 . 1 试技术I l l
在压力和扭矩测量中最常用的两种传感技术是压电式和应变式。      压电式传感器的原理是:当外界施加的力发生变化时,      敏感介质的电荷量发生改变。 由 于这种传感器只在负载条件发生变化时 其电 荷量才发生改变, 所以它们不能测量静态负
载。

应变式传感器的原理是:应变片的电阻与施加的应力成正比,这种特性使应变片既可      以测量动态载荷,也可以测量静态载荷。
211轧制压力的测量 ..

目 压力传感器种类很多,      前, 有振动筒式、 石英波登管式、 压阻式、 应变片式等多种。 申      宝成, 同宇权1 5 三辊联合穿轧机力能参数的 2 1 0 在。 测试与 研究中 采用应变片式测量
轧制压力。 轧制压力的测定是通过安装在压下螺丝端部的压头测量的,采用 自行设计的电阻应变     

式传感器,弹性元件材料为 4C,箔式电阻应变片,并组成全桥。为了可靠地、长期地 0r 进行数据测量,对其防潮、防水、防碰采取了极有成效的措施。在压头标定时还特制了仿 压下螺丝头部的球面垫,使得标定更加准确。如图 21 .所示:

传感器

图2 . 1轧制力测量的压头安装装置

Fg .T e ss sr fi dv e  esr g  i pe i2 h pe e o' i n ei om aui rl g  s .1  r s  s  g  c f  n x n ol rs n

闰英,吕 延军,曹建刚, 杜天苍,陈 孙尚 李荣清在(  D  机力能 林, 祖, D5 50和( 0 50轧

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参数测试分析中 采用如下方法测量轧制压力[ [ 3 ] 上轧制压力选用安全臼做传感器,      将压力传感静胃于压下螺丝与轴承座之间。 下轧制 力选用 “ ” H 形瓦座上端的料铁制成的传感器,并将传感器预先在 10吨油压材料试验机 5 上进行模拟标定,为消除材料的不均匀性及滞后现象,进行了四次重复标定预压试验。测 试时组 成了由 压头〔 ) 应变片(R - 应变仪 A ) 记录仪(S 轧制压力测量 A— P A) 一 《 — V () A 的
电路。

212轧制力矩的测量[5, .. C, 4“ .  目      前,国内外已 研究了多种测量扭矩的方法,归纳起来分为接触式和非接触式两种。 接触式测量存在接触部位的摩擦阻力和接触零件的磨损等不足,且不能测封闭式轴,安装 不便,负载效应大。非接触式测量克服了 接触式缺点, 但非接触信号传输技术难度较大。 扭矩会使物体产生某种程度上的扭转变形,当轴有扭矩作用时,只要轴的尺寸、材料     
确定,则轴的剪应变和轴 2 个端面的相对转角就只与轴所承受的扭矩有关,且成正比例关

系。一般扭矩的测试方法正是基于这种关系,用各种传感器将轴的剪应变或2 端面的相对 转角变换成电量,再经测量电路进一步处理,实现对扭矩的测量。常见的扭矩测量方法可
分为应变式及相对转角式。 对于旋转轴扭矩的测量,采用相对转角法则比较困难,故多采用简单可靠的电阻应变     

式测量方法。即将应变片粘贴在被测轴上或特制的弹性轴上做成扭矩传感器,利用应变片 将轴由于扭矩产生的剪应变转换成电量进行测量。为了提高灵敏度,并消除其他参数的影

响, 通常在轴圆周方向 每隔 9’ 0布置一个应变片, 其贴片方向 与轴成 4 15夹角,把 5或 3
它们接成全桥测量形式,这样应变片感受转轴在扭矩作用下产生的剪应变,并经集流环与

测试电路相连,即可对旋转轴的扭矩进行测量。 为了将粘贴在旋转轴上的应变片的引线引至测试电路的输入端,必须采用可 以传递微      弱信号的集流环装置。因此,集流环是旋转轴扭矩测量的一个很重要的传递信号装置。旋 转扭矩测量方法可按其集流环工作原理来划分,常见的集流环有以下几种: 1 水银式集流环            . 2 感应式集流环            . 3 电刷式集流环            冯玉平,高丽霞,王家增,赵杰锋在 铸L      制扭矩的现场测试》中,采用拉线式集电装

置[ 7 i 。如图2 所示: . 2

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图 之 拉线式集电 ,                                         装

图2                               . 2拉电式集电装置

F .  h gt r tcy  i et  r i a e                     ptr i 2 T e  eec iteu m n oDa n g. 2  a h l ri q p e f w g  n

申      宝成, 同宇权在。 0 5 三辊联合穿轧机力能参数的测试与研究中 采用如下方法测量轧
制力矩 。

轧制力矩的测定是通过安装在万向接轴上的简易集流环和粘贴在万向接轴上的应变      片来测量的。将四片应变片贴在与万向接轴轴线相交成 4。的方向上,其贴片位置及组 5 桥方法如图 2 所示。 . 3 轧制力矩的标定是在现场直接进行的,具体的方法是将接轴一端固
定,而在另一端直接加已知力矩进行的。

图2                          . 3轧制力矩测量的贴片位置及组桥方法
F .3  se  fx g  i i e  te  hd  s m lg  tc bi e  esr g     e  oa in s a p c ad  m to oa e bn e c i l  g o m aui i2 T i f  i t n  n h e g. h t f r e f  s i l ra r e d f  n

rln t e                               oi o l g  川u

闰英,吕      延军,曹建刚, 杜天苍,陈林, 祖,李荣清在( 5 D  孙尚 D 0和( 0 5 50轧机力能
参数测试分析中采用如下方法测量轧制力矩。

本次测定轧制力矩主要是指测定主电机输出的扭矩,即测定轧制力矩与空转力矩、辊     

颈与轴瓦之间的 摩擦力矩等。测试时组成了 传动轴(M — 应变花(R— 发射机( ) A ) A) A V — 接受 A ) 应变 A ) 记录仪 A ) 机( — V 仪( — V (S 直接在传动轴上贴片组成轧制力矩测量电
路,采用遥感技术接受信号。

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2 数据采集与处理技术[90 . 2 [ .  8 1 .  ]
实时数据采集基本原理是用AD转换板卡,      / 将现场压力、 扭矩传感器所产生的电 信号 转换成数字信号并输入计算机储存处理。 编写数据采集系统的语言各有偏重。      C语言编写的数据采集系统, 实时性较强, 但是, 界面简单,操作也不太方便。而用 V C编写的程序则周期较长,但是操作方便,可制作成 Wno s i w 风格的界面。 B编写的程序则有一个缺点, d 用V 就是采集的周期必需在 5 毫秒以 0 上, 但是这一点可由AD板的缓冲解决。除此以外,它的界面友好, / 而且,也可制成标准
的 Wi o s n w 界面。 d

传统的测控软件开发工具多为 D S或 WID WS      O N O 下的 C语言开发, 对软件开发人员

的要求较高,从而造成系统开发周期长,可维护性差,而且 D S下的应用程序不具有标 O 准的WID WS图形用户界面。 N O M c s Wno s       dw 系统的程序为计算机用户提供了一个直观的图形丰富的工作环境, io f i ro t 为数控系统建立高度友好的用户界面奠定了基础。 Wno s i w 程序一般采用 C或 C+ 语 d + 言进行编写,但 Wi o s n w 编程较为复杂,一般的 D S d O 程序员很难掌握。为此,Mioo c sf r t 公司 19 年推出的 VsaB s 使得 Wi o s 91 i l i u ac n w 程序编写变得简单。 i aBs 是一个可 d Vs l i u ac 视化的集成开发环境,它采用一种非常巧妙的方法将 Wi o s编程的复杂性封装起来, nw d 使程序员能够采用一种事件驱动的结构化编程方法编制具有 Wi o s各种优良 nw d 性能的程 序, 并且可以产生 Wi o s n w 的可执行文件。 d 但是数控系统要求程序具有实时性, 并具有对 硬件进行输入输出操作特性, VsaB i不能直接对硬件进行动作, 而 i l  c u a s 这就给 VsaB i i l  c u a s 在数控系统中的应用带来一定的难度。动态连接库可以直接实现 1 0操作,Vsa B s / i l  i u ac 可通过调用动态连接库中的函数来实现实时控制及对硬件进行输入输出操作。 i aB s Vs l i u ac

自 身的功能是有限的。 Vs l i的设计者却利用用户控件 V X 动态连接库 D L 但 iaB 。 u a s B、 L, 动态数据交换 D E及对象的连接与嵌入技术 O E来对其功能实现无限扩展。因此,近 D L 几年来用 V B开发测控软件已日 益流行, 它既可以使用 D L来实现 Y L O端口的输入输出功 能或提高浮点运算能力, 也可通过 A I P 函数或 MS O C MM控件实现串口通信, 还能够充分 发挥 V B数据库功能强大以及生产用户界面快等优点。 实时曲线的描绘对于实时数据采集系统来说也是非常重要的。因为,实时曲      线反映的 是现场数据的实时性,实时曲 线可以监测该点在现场工况变化的情况下的控制稳定性。 通常当前点在曲线的最右端显示,随着时间的推进整个曲      线动态地向左移动。实现曲 线的动态平移要涉及曲线消隐和重绘。曲线消隐的实现有几种方式: C S 用 L 方法清屏; 用 X R方式, O 即将画线对象的 D A R WMO E属性设为 X R N, D O P E 而后在原位置处重画该曲
线; 此法适用于单一背景色; IB T方式, P 函数 BT L BT L AI IB T可将一副位图从一个设备场

景(E IE N E T复制到另一个, D VC C T X ) O 通过此函数为设备场景赋以 初始位图 亦可实现曲 线
消隐。曲线重绘通常通过 BT L IB T函数实现,它以块复制的形式快速地传递位图而不必重 复绘制数据点。巧妙地使用该函数既可以很好地实现曲线的平移滑动,又可以减少资源的
消耗 。

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数据处理,      通常是综合应用 D t数据控件, a 数据访问对象和 S L数据查询语言 a a Do Q 等数据处理技术,满足实时采集系统需要采集和处理大量数据的要求。

2 棒材轧制力能参数模型 . 3
国内、外棒材轧制力能参数计算主要采用工程法、上界法和有限元等三种方法。

231工程法计算棒材轧制压力[ 111 .. 1 234 1 . 1 , - 
孔型中轧制时轧制压力的计算

根据轧制压力的定义:

尸 p, K F = F= fP Q,

公式 (.) 21

式 K一 形 力 中 f ̄ 抗 变
F_ 触     积 f接 面

Q一 力 态 数 ,应 状 系
P一单位压力

筱仓恒树,高井耕一提出的轧制压力模型如下:

尸= F - 向 Q-dK

公式 (. 2) 2

Q -7 +.1 -1 =03 07 1 .1 7M+6 一 M
平均变形抗力采用如下的志田算式:

“ “fm0 , U,- ) 7} 1
2311 ...变形抗力K的计算 。

,( 、          6

变形抗力 K 的概念是轧制温度下, f 在给定变形成对和变形速度下金属的屈服极限。 根

据 B? 久津的资料,采用热力学系数法。K 用下式计算: N? f

K 二 , * u (l2 、 K* < *o m) K K 6N

公式 (.) 2 3

式中 ,一变形温度为 t 00 ,变形速度为 二l  ,变形程度二 0 ,即 。 = 0`, 1 C  O/ ms 二. 1

K * FK = 时的屈 极限 ,K * } 1 服 基准值, 基本变形 称 抗力

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K一变 温 影 系 K = (o , 形 度 响 数, , f)  t K一变 程 影 系 K = 仿 ; ‘ 形 度 响 数, e f )

K一 形 度 响 数 K = (- 二 变 速 影 系 ,  . f ) 
根据 B? 久津的实验, N?

K 用下式计算: ,

公式 ( .) 2 4 K 二 t'                        , A- e, " `

式中 A,  数, , m一系 对不同 、 钢种有不同的 值;
t 一变形温度,℃。
对不同钢种,建议用下列表达式:

4钢 5

戈= 16, 1 16-0 .0 2 0 5

1 ri      8 01 2 N3 C A  K =76 0 : , 1 -x .0 9
4r         01 C1 3  K = 66. : , 2.-0 60 3 3 Cl i r N2  K = 9 e.7 7        -0 ; , 3. 03 O 0t C1 i i  K =6 5-0 ; r N9     13 01 8 T , .6.8 01
K 用下式计算: e

公式 (. 2) 5 K二2                       二 A6 '

对不同钢种,采用下列表达式:

4,  ri                    5 1 N3 2 A  C K, 1902 t .62 = 7 5 .
4r , 7i Cl i i  K = . 0 Cl Cl 2 r N9          3 r N , 8 T e 162 9 8

式 “ 变 程 , 二h H 中 一 形 度 二 △, . ' I
K 用下式计算: 。 K=3                    " Au '
对于不同钢种,采用下列表达式:

4,  ri                5 1 N3 2 A  C K = 7 1; O  4 203 4r , 7 i Cl i i = .u0; Cl Cl 2 r N9 K 0 507 3 r N , 8 T " 8 . 8

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u 为变形速度,可用下式计算:

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uV1 帆/地,            一F  * / l1 , ) *
式 中

公式 ( .) 2 6

v 轧 平 速 ,,” / ; ; 辊 均 度 v二 凡 6 一 0

几一 辊 均 作 径 D 一 卜h 轧 平 工 直 , 、 几十 o ;
h 用 均 度 求 的 件 均 度。 p 平 高 法 得 轧 平 高 一
所 以


。 二 — , A ' "_ A ,, l J 。 A su
l    _ r 用l .
匕                         

公式 (.) 2 7

对不同钢种,用上式即可算出不同 温度,不同轧制条件下的变形抗力。
2 .2轧件与轧辊接触面积的计算 .1 3.
在平辊上轧制矩形断面轧件时,接触面积的计算可用下式:

a h F =B b  j + R

公式 (.)           2 8

但在孔型中轧制时,由于轧件和孔型的形状各异,计算接触面积公式的各参数在变形 区内都不是常数,且接触面积的水平投影的形状也比较复杂。准确计算接触面积时很困难 的。有人用卡钢实验的方法测量接触面积。但由于卡钢瞬间的受力条件,速度条件等均与 正常轧制条件有差异,因此也不能准确测量出轧制条件下的接触面积。所以目 前所用计算

接触面积的方法均属于近似方法,对不同的轧件和孔型形状,可用不同的接触面积计算方 法。因接触面积计算准确与否,对轧制压力计算的准确程度影响很大,建议在确定计算方

法以前, 最好与实测值进行比较,力求计算面积接近实际。 下面对几种接触面积计算方法分述如下:      ( 用平均高度法计算接触面积        扮 借用平辊轧制矩形件的计算公式,而将其中的接触弧长用平均接触弧长来代替,公式     
如下 :



Bb 士
2   

公式 (.) 2 9

式 R 一 辊 均 作 径; 中 k轧 平 工 半 n
I。 按 均 度 确 的 均 下 h 平 高 法 定 平 压 量。 一
C) 图解法求接触面积      2
该方法逐点投影,然后用积分仪或计算纸计算出接触面积。其方法是首先假定轧件充     
满孔型。

第 1页 0

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() 解析法确定接触面积      3 这种方法是图解法的进一步发展。      与图解法相比它的优点是用数学形式描述在各种孔
型中轧制时的实际接触面积,即克服了绘图测量的误差,又避免了各种简化条件带来的误
差。

但是,由于对在孔型中金属的变形规律尚未完全掌握,因此,对推导各种孔型中      接触 面积的计算公式仍存在很大困难。目 前,不得不采用半经验、半分析的计算公式。 在简单断面孔型中轧制时,接触面积可以按下式确定:      ① 方轧件在椭圆孔型中轧制     

F一.[b 0( B 〕                    j 1 0 1 0 +  0 . + . b 42 . 9 } 4 公 20 式(1 .)
式中 1      一按接触点计算的接触弧长。 ② 椭圆轧件在方孔型中轧制     

凡= .  0 5 +  0N . ( b I +  B ) 4 1
③方 ( 菱)轧件在菱形孔型中轧制 _ ( C , ,甲 _ 1 )_ 、 . 一
r, 二一
2           

公式 (. ) 21 1

t +b1  b L S 1+C l

公式 (. ) 21 2

式中 C 一系数,菱形轧件 C . ,方形轧件 C . =0 3 3 =0 8 2
④ 圆形轧件在椭圆孔型中轧制

F=.b 01+  y j 08+ b 5 11  ( 0 d . . 4 4
式中 d 一圆形轧件直径。
⑤ 椭圆轧件在圆孔型中轧制

公式 (. ) 21 3

F 与Bb ‘       一( ) 十 2
() 按 B? 斯米尔诺夫推导的下述公式计算接触面积 4 K? ① 按方一椭圆图示轧制时

公式 (. ) 21 4

F二 j
② 按椭圆一方图示轧制时

? 1 05 7 ) . 1 州+ 一 7

公式 (. ) 21 5

F二 J
③ 按菱一菱,方一菱,菱一方图示轧制时

公式 (. ) 21 6

F一 , A 05 J HO 一. V 2
F一 2 j H}

公式 (. ) 21 7

④ 按椭圆一圆、椭圆一方、方一椭圆、椭圆一立椭圆和立椭圆一椭圆图示轧制时

,一 {1 生
}     i / 1

公式 ‘. ) 21 8

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示轧制时,接触面积按下式计算:

第 n页

⑤ 按矩形一箱方、方一六角、六角一方、方一平椭圆、平椭圆一圆和矩形一平辊图

F, 一 J__ ) 一2  Hb  拭    BA +:  2  (  _ r 7 1
⑥ 圆形轧件在平辊上轧制时接触面积按下式计算:

公式 (. ) 21 9

F 。6 . ?一1 1 ,.H,1)7  ) 一 5, ` 7一n 5            b 1 1  1 A1 i   1 1 , ’V }  l  )  2   ; 
。 = l  。 b  B k a= H        k 凡I  ,
式中 B b ,  一轧前轧后轧件宽度;

公式 (. ) 20 2

H一按图        , 确定的孔型高度;
A        一轧辊转换直径,A=D I ,  一按图规定的孔型槽底直径; .H D .

H H; 上- 下 数 上_ I, 一 系 压
粉 1 粉 1

Q 。 道 和 一 次的 型 满 度 , 一该 次 前 道 孔 充 程 和。
a * 一孔型 轴比;
咨 一系数,按表中 给出的公式计算。
2313 ...按不同孔型系统的Q o 计算式
BK斯米尔若夫分析和统计了各种孔型系统的大量压力系数,考虑各种孔型内应力状      ..

态 位压力的 对单 影响, 获得了 计算Q 的 P 近似公式。 分析这些公 式表明, 孔型垂 由 直轴计算 出 来的变形区 形状因素二 L / H对Q 值影响最大。 P
_I(       、 A 1
艺J 1      一1} .一 一

二 」2 1  二 0                )
不同 轧制图 应力 示的 状态系数Q 的 P 计算公式

上+                   1

厅                                1

第 1 2页

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表21应力状态系数Q的计算公式              . ,
T be21 e cl o fr lo te rme r  t s s t n al .T cl a n  mua  h p a t o s es  i .  h a u t o i f  a e f  r t o a

轧制图示 矩形一箱形孔

Q 计算公式 P
m +

1 、 。 3 5     + 1)。5 7 .I  缪华丫7十 . 50: A一 又 4 0 5 。 人

18.,了5 01 .一1               1 。2 气15 . 0 0 .一1 2 T8 ’ )
方一椭圆
8 3 m +8

一。k一, )0. 〔a6 8} +( 81 0
一)89,+1 2(+2o0' ..0c.. 21 . X 2 83 0 85 0 , 1 )

椭 圆一方

1 0
m +2

方 一六角

。 { 40.0 +8 +了805 。二m+4一61 05 又1 一一I) 一+. 7 . . A00 a*0 2 7 二 1 1. ,夕 8 1 81 \        少

六角一方

。「 1一51a (+  ,         /m+i一5  一 +6               ( .{一, mj.0 ) 二8l  4I  6 . ). a \ { 3 3 o  )0 5 2   T L      


方 一菱
 Q  

 P              

 --      
, 、 .

, 1

 加
 十

 
   

 

旦9
m +2

A +2

(a一.5 .9 8Y 1 。04 02+ 5) . 1 0 X8 0 ` . 2
菱一方

一I ’ . 4 4 )

04 A  4 7 .5 +  5 .

、用96 一m . 〔+9 m. 2 + 一( ?4 ) 3 2


A +2

06 3 .9 A+35 .4

(0 +.c知.9 08 ) 05 15, 8 +.5 .5  0 2 2T
菱一菱
 Q  
 P              



 --      
、、

 从
 十

 
   

 

1兰 旦
m 十2

一)5 0 ”51) ‘0+ , .0` ..0A一 8 . 98 .X 8 9 610 . +2 3 7 P
、 咨‘ 2

圆一椭圆

Q = . m+ 下一 . } 。 0 1  一, 01 =片一}. + ./ ) 9 4} (( 0 ` 03 3 3  Y
\            / 口二 m +J 、
、                                   

_ _(  4. _ 丫己 +  _ _ __ _             _‘ 0 5 _ 1 1 -_ _ 、



椭 圆一圆
 Q  

 P              

 --      
.、

.1

 脚
 +

 
   

 

m 一)一,.. 1 31。一81 8 ...”+` + 710 86 . 057 0) 0 ( 3 Y
刀之十 J

椭圆一椭圆

K ) + 。 。0m  〕1 0 ,9+5 }1 . 二(4 一 a( 4 , 0 K ` 2 . Q一 Y

武汉科技大学 硕士学位论文
立椭圆一椭圆

第 1 3页

L= P
椭圆一立椭圆

0?一〔2.. .m6一1+P 94 “-) ) 〔0 )x63 二+ SI 0 . 20 7 5 - 3' a +  
I6 ...X+  (131”o T M. 7,7 .. m+ 110 00) +一 ?3 )一581      8  - M 6 a 6
4 3 一 14 27  4  . . 一 . 4 8 8 17 2 1 0  2 7  
斑 +4

Q v
方一平椭圆

Q v

人   

A+ 0 2J

(K1 7 10 .`5 .a5Y) 0' 0 88 . 一)6+ I . 1一3 67 0
平椭 圆一圆

3 0 三
m 十2

07+ 9 ,  + 5) .5 6 a 00  7Y 8 0 4 X. 0 ` . 0 7 . 3
矩形一平辊

一( 1 ‘3A 02. _28 0 一2 ) + 10 )

Q y
圆一平辊

- 21 . 0 3 30 0 . ` 1 3  +  Y =+5‘(一2 0) 〔15一)81, 2 m8 ..0 a6. 旦三 y 〔 P m 一)+  ..3 56 6 54  Y 一+ ‘00)
m + J

加 +2

表中 a 轧 轧 轴比 a  I ; , — 前 件 , = B H
a— 孔型 L a = K拭 ; K 轴L , B / , 

。— 顺轧方向 。 前一道孔型充 满度;
A — 转换直径,A= ,H, D 1  ;

t , 箱形孔侧壁斜度; 9— q
甲一一摩擦指数。 2314 ...孔型中轧制时单位压力 P 的计算 单位压力分布理论是解决力能参数的基础,因为轧制力大小和合力作用点位置,完全      取决于单位压力值及其分布规律。但是,由于孔型中作用力复杂,影响因素很多,至今对 孔型中轧制时得单位压力分布没有从理论上得到完满的解决。仅能通过一些实验研究,得
到在简单断面孔型中轧制时单位压力的定性规律。 () 在变形区中,单位压力分布极不均匀。        1 变形区纵向上,单位压力分布曲线形式 与 平辊上轧制厚件的情况很相似;在横向上,分布较为复杂,取决于轧件和孔型形状及其
相互关系。

第 1页 4

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() 在变形区纵向上,        2 非接触区对单位压力值及其分布产生重大影响。 一般情况下, 单位压力极大值在靠近非接触区处,有非接触区处单位压力呈不均匀分布,有一极大值; 轧件与轧辊沿整个宽度上都接触的区域中,单位压力接近均匀分布。

() 在变形区横向 压下系数分布情况对单位压力产生明      3 上, 显的影响。 一般高压下 系数处出现压力峰值。

根      据塑性方程式v一 3 v可以 , 6 = , 看出, 大主 m 最 应力、 最小主 和中间 应力 主应力的 大
小 和方向 影响塑 都 性变形。由o 二 3 m : , 。 十 6可知, 位压力的 单 大小除了 取决于。 以 : 外,

还受6和U的 响。 力 系 就 综 考 形区 应力 态系 影 系 考 2 。 影 应 状态 数 是 合 虑变 的 状 数的 响 数? 虑

应 状 系 后 位 力 P Kn 示 力 态 数 单 压 用 一f表 ? 。
在孔型中轧制时,由于孔型形状不同和不均匀变形的存在,使孔型中的应力状态十分     
的复杂。

在不均匀变形条件下,由于金属本身的整体性,使轧件以大体一致的平均延伸系数延     

伸, 这时就出 现了大压缩部分产生纵向附加压应力,小压缩部分产生纵向附加拉应力。由

压力 摩擦力而引 纵向 本应力。恒为 缩应力。 加应力的出 和 起的 基 3 压 附 现使基 本应力发生了
变化。纵向附加压应力使纵向基本应力加强,结果使单位压力提高;纵向附加拉应力使纵 向基本工作应力减弱,从而使单位压力减小。故不均匀变形影响应力状态系数。 ()非接触区影响应力状态系数。由于非接触区的存在,使接触区的延伸大于非接        1 触区的延伸,因而出现纵向附加压应力,使工作应力加强,提高了 单位压力。 ()孔型形状影响应力状态系数。孔型形状改变了第二项主应力的性质,从而影响        2
单位压力的大小。

从以上分析看出,孔型中轧制时的应力状态系数比平辊轧制时复杂的多,从理论上解      析时很困难的。因此,通常的做法是用平均高度法首先将轧件换算成等断面的矩形轧件,

然后用平辊轧制条件下导出的平均单位压力或应力状态系数公式计算。 这样处理的缺点是 没有考虑孔型轧制的特点,因此,计算值与实测值往往差值较大。后来又有一些学者应用 理论分析和数理统计相结合的方法,通过大量实测资料进行统计分析,建立了适用于各种
不同孔型系统的统计模型。下面分两种情况介绍。

( 用平均高度法计算适用于孔型中轧制的单位压力p      一) 计算式
除平辊轧制时常用的R" 西姆斯,A" 采利柯夫公式可用于型钢轧制外,还有      B? K?
几个计算式。

() 用于初轧、 坯条      1 适 开 件下的n计 式, e k方 。 算 按Hn y 程式, c 用滑移线计算出n -1 , h 1
的关系值后,回归出如下的数学模型:

n=. +.1 h+.h/ ( 于1 h> . ) o 1 03 / 03  用 ,  05 04 4p  4 p  p  1 P / 3 ,

公式 ( . ) 21 2

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第 巧 页

n二. 1 P  04 1 用 几h<  )     1h+.h/ ( 于 1 05  。 1一. I  1 ,  6 5 p  " p  . 3
再 单 压 = r  算 位 力p Kn? o
()斋藤公式,用于简单断面孔型中轧制 2

公式 (. ) 22 2

n=.505/ ( 于p p )             1 o  8+.1 h 用 lh> 0 7 2p  p l n= 5 5 l  于1 气<              ) o  8 0 h l  p 1 0 +  p  用 / . . p 7 2 (
则 位 力p Kne 单 压 =f a
()     N? 3 C" 古布金公式,可用于凸缘断面型钢的单位压力计算
’ ., = —

公式 (. ) 23 2 公式 (. ) 24 2

_

p _、.r 几 芍 犷 下

一 1宁 / - n l , 1 l  ln

公式 (. ) 25 2

K      f


一青’fP 一1 RP + VH .I 3

公式 (. ) 26 2

用此公式计算异型钢轧制压力时,当压下率为4 〔 /=1 9  可得正确结      0 即Hh . )时, 6 果,若压下率高于 4 ,则得偏低结果;压下率低于 4 %时,则得偏高结果。而在凸缘 0 0 断面孔型中轧制时, 压下率均低于 4 , 0 应得偏高结果, 正好反应了附加应力对平均单位 压力得影响。因此, 用该公式计算凸缘断面孔型中的平均单位压力,能得到满意的结果。 ()  艾克隆德公式,它是计算平均单位压力的半经验公式,对普碳钢,在简单断        4 S?
面孔型中热轧时,能给出较满意的结果。其公式形式为:

, (m rp                     一 +) l ) 1 认+o E 公 2) 式( 7 . 2
式中 二      外摩擦影响系数; K一 艾克隆德给出的变形抗力;           

1 r— 粘性系数;            o

‘— 平 变 速        度。 , 均 形
艾克隆德给出了各参数的计算式: 外摩擦影响系数按下式计算:
尹1二 一 二

1f R A, 1Ap . 心 k h 一. h 6 p 2 H+ p气

公式 (. ) 28 2

式中 f -摩 系 f  15 00 t a 系 0辊a 1 铁 = . - 擦 数, = 0一.0)  a . 0 5 ,  ( — 数, 1 = , 辊a 0 o 8
变形抗力按下式计算:

K 9 1一.t. C M +.r M a =. 4 O l1+ + n 0C}  8 OX4 3 P

公式 (. ) 29 2

第 1 6页

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式中 C 表示碳含量,% — ; M-  ̄        n  表示含锰量,% ; C        一 表示含铬量,% ;
粘性系数按下式计算:
公式 ,=.404'P*                   。 01 . ,  s 1 一 0 M a  (. ) 20 3

式中 t 轧制温度,℃; - - ’ c        — 决定于轧制速度的系数,按下表选取:
表2 . 2决定于轧制速度的系数
T b . C e c n dc e b rl g  e al 2 of i t i d  o l sed e. 2  f e e d y  i p i n

轧制速度,m s /

系数c '

轧制速度, ms /
1 1 0 5

系数 c '
06 .5

6 0 -1

08 .

1 2 5 0

06 .

变形速度按下式计算:
E. 二 —

2 v IK ,叽 R ,
Ho p        +  h

公式 (. ) 21 3

式 v 轧 平 口 度; 中 p — 件 均出 速

O ,p P, 为 平 高 法 算 参 。 hR I ,均 按 均 度 计 的 数 p KH h

( 西 斯 化 :姆 导 了力 态 数,f *的算 , 西 斯 5 姆 简 式 西 斯 出应 状 系 。   s 计 式 但 姆 ) .                     =又h ) R)                    
公式比较复杂,不利计算,在工程计算中也可用其简化式。如志田茂简化式:
口,=, 二=U8 U 8+UU ), 一UZ} . +( AS .4 1 } 一 . }

尸 _ __ _{      . _ 、厉 _、 _ _ 一 K 一 lh 夕 v

公式 (. ) 22 3

式中

£ —

压下率。

232孔型中轧制压力的数值计算 ..
2 .1有限元法 .2 3.

型材轧制过程的几何特性和物理特性均比      板材轧制过程复杂得多,利用传统轧制理论 求解孔型中的轧制过程是非常困难的。有时从工程应用的角度考虑,采用极为粗糙的假设

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文

第 1页 7

条件来做近似处理, 例如在计算孔型中 变形时所采用的等效矩形法, 利用轧前轧后的平均 高度来计算各种不同 孔型中的 压下量, 显然与实际 情况相去甚远。 在把有限 元法成功地用 干求解型钢轧制过程之后, 这类问 题逐步得到理论上接近合理的解决, 使孔型中轧制的 特 点能在较为严密的理论解析中 得到正 确反映。 网格剖分对型材轧制过程的有限元分析有着十分重要的影响,求解规模、计算时间、      计算结果的信息量等都与网格剖分密切相关。一般说来,如果求解目 标是轧制力,力矩, 宽展、前滑,平均单位压力等积分量或均值量, 用较少的单元(1 可以 A如可取几十个单7 L ) 以求加快计算速度;如果求解日 标是应力场,应变场,金属流动速度场等微分量,则需增 加单元数目, 采用数百乃至上千个单元, 牺牲大量计算时间来换取详细的局部变形信息; 以 如果求解型钢的稳定轧制过程,则可以用少量单元进行求解, 但若求解型钢轧制过程中头 部与尾部不稳定变形段的特征,则需要用数目 较多的单元和较多的迭代步来观察变形过程 的进展。几个用有限元法求解不同型钢轧制过程的典型例子中所采用的单元数、计算机类
型和计算时间如表所示。 各种型材横断面的几何特征有很大差别,      在不同的孔型系统中轧制时,轧件横断面减 缩的方式和途径也不相同,因而用有限元法求解型钢轧制过程时,要根据具体轧制条件来 选择最为合适的单元。对角钢、H型钢一类宽薄的凸缘型钢,可以选用与轧板类似的线性

等参单元或2 维单元等近似3 . 7 维单元[ ; [ 对椭圆 1 5 ] 一方, 菱一方等延伸孔型中 轧制的 情况,
除了可以采用线性等参块状六面体单元之外,还应具有棱柱状五面体单元,以适应在轧件

角部划分单元的要求;对叶片型钢, 采用二次等参单元[ 可以 [ 1 6 7
轧制线棒材的延伸孔型多为简单断面孔型,例如方一椭圆、圆一椭圆、椭圆一方、椭      圆一圆,以及菱一方、六角一方、箱形孔等各种孔型系统。简单断面孔型中轧过程的有限 元分析并不简单,需要处理不同来料进不同孔型时接触区及边界条件的确定等一系列复杂 的问超。而简单断面孔型中有限元解析的计算结果对线棒材连轧的数学模型开发以及计算 机辅助孔型设计的叁数计算等具有实用价值。 椭圆      一圆孔型系统是型钢连轧机组常用的孔型系统之一,因而研究张力对椭圆 一圆孔

型系统轧 制过程的 对这 影响 类连轧 机组的 控制具有指导 意义。1 9 全[. 0 9 年刘 1 1 年 8 l 9 7 9
P M n ine等[分别用有限 .  t t nt 1 om o 8 ] 元法求解了 一圆孔型系统中带张力轧制过程,得到 椭圆
了有规律的计算结果。 J J Pr和 .  h H R L     k S 1 O 用 S P O 有限元程序解析了椭圆孔型中轧制方件的变形过 .  a .  , 

程[a P O 程序采用刚粘塑性材料模型,从变分原理出发进行求解, et [  H R L ' S 9 7 用Nw。 二 Rps 法来解以 a o hn 节点速 度为未知量的 非线性方程组。 H R L 仅能 S P O 不 用于求 解稳定轧制 过程,也能用于求解轧件头尾部的不稳定变形过程。用上千个单元来计算 3 维轧制过程的 变形问题,其计算量是惊人的,求解过程在V X 1  0 A -1 /  计算机上用了30 个迭代步, 7 5 20
总计 C U时间为40。计算结果表明,单位压力分布与轧板不同,椭圆孔型中轧方件时 P 7h 压力峰值在入口侧边部,轧件边部的等效应变比中部大一倍以上。 北京科技大学鹿守理、康永林等采用大变形弹塑性有限元热力祸合的方法,借助于通       

第1 8页

武汉科技大学 硕 位 文 士学 论

用非线性有限元软件 M R , A C 模拟计算了不同形状的坯料在椭圆孔型中的变形, 分析了 孔 型的变形能力,轧制变形的不均匀性和轧制力能参数的大小。模拟结果和实际轧制情况相 符[ 2。 2‘ 0] 有限元法在理论上较严谨,它将材料看为弹塑性体,根据载荷的增加逐步地从弹性变      形进入塑性变形; 根据边界条件,求出力能参数,速度场和应力应变场。但是由于有限元
法涉及到三维网格划分、接触计算和边界条件等复杂问题,目前还很难在现场直接应用。
23 . .. 2上界法 2

上界 求解三维问 一      法是 题的 种较为简便的 方法[ 2。 京科技大学胡 23北 2] .  海萍、 朱为昌 建
立了平辊及凸、凹形辊轧制棒线材过程的三维速度场模型,通过改变参数, 可得到不同凸 凹度的二辊、三辊及多辊轧制的轧制力矩和轧制力等工艺参数,其结果与三维刚 一塑性有 限元法的计算结果基本一致,但求解过程较简便、灵活,因 此对异型材轧制工艺的设计具

有 定 义4 一意[ 2 ]

上界法是通过建立棒线材轧制的三维运动许可速度场,并对变形功率求最小值确定最     

佳的变形过程。上界法将物体的速度场设为由刚性块组成的不连续速度场或较简单的连续 函数的速度场,在设速度场时运用了体积不变条件,满足质量守恒定律,但由于设定的速
度场形式简单,实际上并不能表达真正的速度场的形式,对真实解的接近程度则根据假设

速度场的函数形式或流动形式与真正速度场的接近程度而定。这种方法可以有效的求出加
工载荷的上限,但计算 比较粗糙 。

233轧制力矩的计算[ .. [ 1 4 ) 在孔型中轧制时,由      于孔型形状复杂,受力条件,金属流动规律也各异。因 此,准确
计算轧制力矩是困难的。下面介绍三种常用的方法。

1      、按轧制力确定轧制力矩,这种方法的特点是将复杂断面轧件按平均高度法化成等
效的矩形断面轧件,然后按平板轧制方法求出轧制力 p再按下式计算轧制力矩。

M, 2a R O = p了 .   p , h
式中 a — 轧制力臂系数;

公式 (. ) 23 3

R — 按 均 度 计 的 辊 均 作 径; x v 平 高 法 算 轧 平 工 半
Op 平 压下       量。 h— 均
在美国,力臂系数的取值范围为:热轧方坯时a  . =0 ;热轧圆棒材时a  . 5 =0 :热轧封 6 闭型材时“=0 . . 7
2 ,按能耗确定轧制力矩 ,轧制力矩可根据轧制功 A来计算:

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
M,

第 1 9页

A 二S 卫 +,

公式 (. ) 24 3

2  ,             L

式中 尹 一 金 一 属通过时轧 转角, ao 辊的 r d
上式中的关键是计算轧制功。计算轧制功使用最广泛的有芬克公式和梯梅公式: 芬克公式:A= V I P 1 ,  . L ( o L
梯梅公式:A二 A ,  1 G[I ) ] ( L一 L .
式中

— 轧件体积; V
△ G

— 根据实验数据确定的单位能耗; — 被轧轧件的重量;

L L 轧前、 o , .  — 轧后轧 件长度;
尸 — 车制力。 L
3 B? 斯米尔诺夫轧制力矩计算方法。斯米尔诺夫根据对各种孔型系统、各种轧 .  K?

制状态的大量统计数据,得到孔型中轧制力矩的计算公式

M 一.7f i  : 08 H An 2K Z , 式中 K一 变形 力: f一 抗
A 一轧辊转换直径;        一 n— 变形力矩系数;        B 筱仓恒树,高井耕一提出的轧制力矩的模型如下:

公式 (. ) 25 3

。,: 尸(0 。8十 竺、 二、 _、 7一1 些 一 。                  。5 .、 M ) 尽 0 又                  W
式中 M —

轧制间隙面积比

— 轧制压力
F— d

投影接触面积



— 投影时的宽度

第 2 0页

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
3 压力、扭矩传感器设计

3 力能参 量基本原 22 . 1 数测 理[ 6 i1 , 
轧制力和轧制力矩是轧机最主要的技术参数之一,      获取轧制力和轧制力矩状态信息除 作为轧机生产过程的状态识别、效能判定、新产品开发及技术管理等环节的科学依据外, 对保证安全生产、防止设备重大事故、优化孔型系统、实现生产过程自 动化和最优控制, 提高设备的技术装备水平等都具有重要意义。 由      于现有理论的局限性,轧制过程中 许多参量的确定往往由于缺乏可靠的理论解析方 法而带有明显的不确定性 迄今为止,国内外确定轧制力和轧制力矩最可靠的方法还是依
靠直接测量。

力能参数的测量是利用应变式测力传感器 ( )      压头 作为一次仪表,并通过动态电阻应
变仪将信号放大, 再经过 AI板转换,由数据采集软件处理后,根据测力传感器事先标定 / 〕

值,输出力能参数值。测量原理如图3 所示。 . 1
动态电阻应变仪

图 3 力能参数侧量原理框图                                . 1
F .1  飞a   m aui prm t ter                            i3 T e ro esr g  a e r oy g. h e f  n a eh

本文中,Al      l 板采用研华的 P L 1H ,该卡可以实现各类电信号的采集、控制和输 〕 C 88 D 出。它提供了五个功能:1 位的AI转换, / 2 / 〕 DA转换,数字量的输入输出,和计时器。 可 用程序设置各个通道的增益系数。拥有 1 K的缓冲,可以提供高速数据传输。同时,具有 自 动通道循环扫描。 数据采集卡是外界电 信号与计算机之间联系的桥梁,它不仅具有数据

采集的功能, 还具有信号控制和输出的功能。它能把模拟电 信号转化为数字信号传递给计 算机,也 可直接读取数字信号并接受计算机传来的数据或控制信号,将模拟或数字信号传
递给外设,过程如图 3 所示。 . 2

外界电信号

光 电隔离器

P       亚D } C IS L t  . "1 8 1} 1 }n 8 H

图 3 数字采集卡转换和传递信号的过程                  . 2 h i e oe i a o g s  r a s  . g Fg .T e  csta te u   lc o cr cn eta d  nmi s n l i3 h poesh t  f r c l t n  d  vr n t s t i a .2  r

武汉科技大学 硕士 位 文 学 论

第2页 1

光电隔离器,      就是利用光电 祸合器件实现电 路上的隔离。 在实际应用中,因为数据采 集系统采集的信号来源于工业现场,所以需要把待采集的信号与系统隔离。因此,在本系 统中,光电隔离器用于系统与外界的隔离。用法如图3 所示: . 3

图3      . 3信号与系统的隔离
F . T e ao os nl  s t i 3 h i li f  aad  e g. 3  s tn  i o g n y m s

3 11轧制压力侧量原理 ..

轧制压力的测量,是将压力传感器置于压下螺杆与轴承座之间,组成由应变式测力传      感器 ( 压头) 一信号放大器一光电隔离器一AD转换板卡一计算机 ( / 数据采集系统软件)

构成的轧制压力测量系统。 如图3 和3 所示: . . 4 5
1 〕板 A D转换) } 〔器卜} 放器{ A/ 〔 / 压传) 信大 头感 号
数据存储及显示 数据采集 软件

图3          . 4轧制压力测量示意图
Fg3 T e  t  r o mesr g l g  s i . h hn f ue  aui rl pes .  4  i i g f  n oi r n

图3 柱形弹性元件的                  . 5 贴片及接线图 ( 布片图;()半桥接线图:()全桥接线图              c a ) b F .  h psn p cad  i fue o m ir e c i l  et i 3 T e t g  e  lk g  rocl n om  tc e m n g. 5  a i i n i n i e n g f  f l ra l u e e .
( C lct g  e  r; ) a i i f ue c o i i f ue   ooai p c f uebH ll k g  r;) hll k g  r. a l n i i ( ) e g f  n i n g ( w e  n i n g

第 2 2页 312轧制扭矩测量原理 ..

武汉科技大学 硕士学 位论文

轧制力矩的测量,是把贴在连接轴上的      应变片( 应变片在传动轴上的布置与方向 如图 3 所示) . 6 组成桥路并接于集电 装置上 ( 装置如图3 所示, 集电 . 7 组桥图如3 所示。。 . 8 ) 组成 由 装置一电 集电 桥一应变仪一计算机 ( 数据采集系统软件) 构成的轧制力矩测量系统。
测试得到的与非电量成比例的实测数据以数据列表和图形形式表现出来。     

l 未s

n叶4

图3 . 6应变片在传动轴上的布置与方向
Fg3 T e  oa o ad et n s e pee te v ae i . h clct n  drco o t s i o h di xs .  6  o i n i i f  s c n  r e  . r

图3 测量轧制扭矩集电 . 7 装置图
Fg3 T e hr  t cy  i o mesr g l g q e i . h gte e c itdv e  aui rl t u. .  7  a l r i e c f  e n oi o n r

武汉科技大学 硕士学位 论文

皿.盆‘ 蕊,砚, 刀

臀 、?

第 2 3页

图3 测量轧制扭矩组桥图                          . 8 (全桥接法; )                            a ) ( 半桥接法 b
F .  h f roas bn e c i bi e  esr g l t u.       ue  s m lg  tcl  g om aui rl g q e i 3 T e  g. 8  i g f  e i l ra r e d f  n oi o n r
( Wh lbig; ) a bi e                            a o r e bH l r g. ) e d ( f  d

轧制扭矩的 测量准备了 两套方案,半桥测量方案和全桥测量方案。 '8 p.  71 2
半桥测量方案: 由上可知,应变仪的读数为真空应变仪的应变的两倍,即:
公式 (. 3) 1
口 、 = 七『 r= — ,

_        M

W                 

公式 ( . 3) 2

式 甲 W—

、 _   _ 、 _

饥 笃 傲 回惧 重 ,  丁 } J 散 凹 , w =,: X I K i Ri 一。

。、升__ 。 __‘,,_ _ 、 尸

_ b' , h

b                                  

所 以,

M 。、-,  一 =z x = E, b s h  ,
、L _ , 一,           _ , , , _ 。 、。 , 一 _ 上 式 甲 , 白 - _0盯 , p 得 七 ,推 哥 如 卜: 1
b                 

公式 (.) 3 3

0                             

L_         P丝xx E。 6
P  x p 鱼zExE _h -  b Lx6
卫= 竺E

3 6

3P 6

= Z  hxN S
全桥测量方案: 由图可知,应变仪的读数为真空应变仪的四倍 即 : 公式 (.) 3 4

第 2 4页

武汉科技大学 硕士学 位论文

G -二 = 一

21 )      (+u ,

公式 (.) 3 5

Z Y= s =G EM 1户    +
M, 邵K yK丁 = T二r 节一 ‘ M
E               

公式 (.) 3 6

公式 ( .) 3 7

1                +产

式中 G — 剪切弹性模量

E—    弹性模量

W — 抗弯 模量, K 截面 对于圆 K 管W =
所以, MK
.7 式中 声 =02 5

T 1^ , (d D  ) 1  一
1        6

,卜 d ,( 0 D1 ) ' ,一 le M +x }E

公式 (.) 38

E=21 1 0 . 0 x

3 测量力能参数的弹性元件设计原则 . 2 传感器的作用是将感受到的非电量转换成电量。它由两部分组成:一部分是直接承受     

非电量作用的机械零件或专门设计的弹性元件, 它将可测的力转换成应变;另一部分是敏 感元件 ( 如电阻应变片) ,它将被测件的机械量 ( 应变)转换成电量 ( 电阻) 。 对于电阻应变片式测力传感器来说,      弹性体的结构形状与相关尺寸对测力传感器性能 的影响极大。可以说,测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及相关尺寸。如果测 力传感器的弹性体设计不合理,无论弹性休的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品 质多 好,测力传感器都难以达到较高的测力性能。因 此,在测力传感器的设计过程中,对弹性

体进行合理的设计至关重要。2 [ 9 1
弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围,但因测力性能的需要,其结构上与普通      的机械零件和构件有所不同。一般说来,普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全 系数下的强度和刚度即可,对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。

然而,对于弹性体来说,除了需要满足机械强度和刚度要求以外,必须保证弹性体上粘贴 电阻应变片部位( 下简称 “ 以 贴片部位” 的 ) 应力( 应变>与弹性体承受的载荷( 被测力) 保持 严格的对应关系;同时,为了提高测力传感器测力的灵敏度,还应使贴片部位达到较高的 应力( 水平。 应变)
由此可见,在弹性体的设计过程中必须满足以下两项要求:     

武汉科技大学 硕 学 论文 士 位
()      1 贴片部位的 ( 应与被测力保持严格的 应力 应勿 对应关系; ()贴片部位应具有较高的      2 应力( 水平。 应变)

第2页 5

为了满足上述两项要求,在测力传感器的弹性体设计方面,经常应用 “      应力集中”的

设计原则,确保贴片部位的应力( 水平较高, 应变) 并与被测力保持严格的 对应关系,以 提
高所设计测力传感器的测力灵敏度和测力精度。 基于现场条件,不便采用直接在机械零部件 (      如轧机牌坊) 上贴片。因除了 打磨费工

费时外, 其精度也不如专门 设计的弹性体。为此,在轧制压力的测定中 有条件时一般根据 轧机结构特点设计专门的弹性元件,它是传感器的关键部件,它的好坏关系到传感器的精
度、灵敏度、线性度和稳定性。

首先,选择弹性元件的几何形状。其原则是应保证沿其横截面上应力分布均匀和机械      加工容易。常见的弹性元件几何形状有:圆环形、圆柱形、方柱形及双曲面形。从测量性 能来看,圆环形比圆柱形具有良 好的线性度、稳定度和精度, 滞后也小。从贴片来看, 若 承受相同大小的压力时,显然,圆环形比圆柱形具有更多的贴出面积。因此,绝大多数弹 性元件均采用圆环形。 尤其在轧机测定中,由于轧制力大,而轧机牌坊窗口高度又有限, 故只能采用圆环形弹性元件来增大其名义高度,以改善其特性。至于方柱形和双曲面形由 于其加工较之圆环形困难,应用不及园环形普遍。
3 各轧机弹性元件的确定 . 3

由于现场粗轧机乃紧凑式结构,      在铅垂面上 ( 即高向) 安装传感器的位置狭小。同时, 其轧制压力又相当大,加之上轴承座是用长方形垫块与压下装置接触。鉴于此,不能采用 常见的圆环、圆柱形,而采用长方形结构。由于考虑传感器受力的均匀及稳定,特别是考 虑传感器高向安装的困难,因此最后选用长方筒形,这样在满足贴片处不受弹性元件端面 上作用的载荷性质和接触条件影响的同时,又可使弹性元件高向尺寸大幅减小。粗轧机压 力传感器如下图所示:

盆 ‘ ̄一, 尸 一

图3                               . 9粗轧机压力传感器

F .  h s sr oi m                               i 3 T e  o or lg  g. 9  e n f  n 川 l 如前所述,作为轧机轧制力测定的弹性元件,首先以圆环形为主。因此,根据现场提     

供的中、精轧轧制压力情况,通过计算,认为中、精轧弹性元件采用圆环形为宜。中、精

第 2 6页

武汉科技大学 硕士学位论文

轧机压力传感器如图 3 0 -. 所示: . 31 1 1

图 31 .0

1H. H. H轧机压力传感器 2 1 4 1 6

Fg3 0 e sr oi ml i . T s o o rl g l .  h e 1 n f  n i l

图3 1  V 1V轧机压力传感器                                .        1 1 .  5 7
Fg3 1  s sr  oi ml                                  i . T e  o o rl g  .  h e 1 n f  n i

由于轧机频率不高,不必进行刚度和固有频率的计算,故只需进行强度计算即可。若      对灵敏度有要求时,则应在此计算基础上,以灵敏度为标准进行修正。对于圆筒形弹性元 件,其主要几何尺寸为直径和高度。 1      、弹性元件直径。 它是根据轧机一扇牌坊承受的额定轧制力,      并参考压下螺丝端头直径( 应小于或等于端 头直径) 确定的。 对于圆筒形弹性元件,其外径应小于或等于压下螺丝端头直径,其内径为         

}                                  _, 4 只r d   D`一二 二                                    < I 朵二 公式 ( .) 3 9 V  )L                                                T 61

式中 D — 弹性元件外径,m m

d  ̄        - 弹性元件内径,m m

P一一 N 轧机一扇牌坊承受的 额定轧制力, 掩;




[I 弹 元 材 的 用 力 M a 卜 = a  性 件 料 许 应 , P, 」 —
 t  、  

 Z

- 4
     

  ̄
- 飞 一

)a s。

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第2页 7

在选用弹      性元件材料的 许用应力[ ] 要考虑以 素:) 元件的 性 并 o时, 下因 a 弹性 线 好, 有 较高的灵敏度; ) b 传感器可承受 10 2%的过载量和 10 5%的瞬时过载量; ) c 疲劳强 d 度; ) 应
变片和粘结剂的屈服强度比 合金钢小得多。 考虑到上述几种因素的影响, 故弹性元件材料

的 用 力。, 般 选 该 材 的 服 度 工工。 于 钢 取。 许 应 []一 地 取 种 料 屈 强 的( ̄)对 碳 可 「1 - 4  3                         
9-9M a 对于合金钢可取[ ] 9-9M a 81 P, 6 a  624 Pe =1 2      、弹性元件高度。 弹性元件高度对传感器精度影响很大,因此,      必须合理地确定其大 小。 确定弹性元 件高度的基本原则:首先是沿其横截面上变形均匀,以便如实地反映出弹性元件的真实变
形。其次要考虑到弹性元件的稳定性以及动态特性等因素。 为了使弹性元件的贴片部位变形均匀,应使其高度与直径之比足够大,以取得较高的      测量精度。另一方面,从弹性元件的稳定性来看,若弹性元件太高,其稳定性就差,这就 降低了抗侧向力的效果,因此又希望它的高度低一些好。 此外, 从动态误差方面来考虑, 为使误差小于2 -%, % - 则希望弹性元件的自 3 振频率比被测载荷的最大频率大十倍。 而弹性 元件愈低,其 自 振频率愈高,因此也希望弹性元件高度低一些好。 综上所述,为了减小测量误差,      并考虑到弹性元件的稳定性, 弹性元件高度 H应按下
式选取 :

对于圆筒体,取 H  - l - + >Dd 式中 】 应变片基长,M — M. 本设计弹性元件的几何尺寸及相关参数,如表 31 .所列。

公式 (. ) 30 1

表3                          . 1弹性元件的几何尺寸及相关参数
T b . 1 e me d es n  cr a v aa e r h e sc  et          t  m ni a d  rl i prm t o te  t e m n a l3 T go r i e. h e y o n o e t e  e f  l i l a e
机架

压下装置尺寸[m m]

一片机架最大压力
w        材质
形状

压头弹性元件
外径 [田〕 住1 内径
1 1 - 内长宽
2 4  1X 14    2 3 8

高度
1 1 -

]- # #5

压下垫块尺寸
10 20 4 Cr 0

矩形

内长宽
2 0X 3

3 0 1    X  0 2 1



10    4

7 9 #  #

拉杆螺母外径22 0 内径

( 一个拉杆最大压 力) 0      2 5
50 0

10              2

4 Cr 0

圆筒

10 8

12 7

3 0

8 #

压下螺丝直径
17        2

4 Cr 0

圆筒

15 2

10 1

6 2

1 #  # 2 1 4
1#    6 1# 3

压下螺丝直径
20 5 17        2 4 Cr 0

圆筒 圆筒

8 2

7 0

6 0

拉杆螺母外径20 径 2内

( 一个拉杆最大压

5# 0

18 7

13 7

2 7

第 2 8页
力) 0 1 2
1 #  # 5 1 7

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拉杆螺母外径 1 内 5 径 0 〔 一个拉杆最大压
力)2      10

10              0

5#}圆筒 1 2 } 1 0    8 1 2 }2 2 8

3 弹性元件的制作要求 . 4
弹性元件除了机加工要求精度高,      热处理工艺要求复杂外, 还要对其表面进行再处理。 其再处理过程简述如下:

去油、用水磨细砂纸沿40      5打磨 ̄用水磨细砂纸沿 15打磨 ̄划线定贴片位 ̄丙酮清 30 洗表面 ̄无水乙醇清洗表面 ̄在烘箱约4℃除湿。 0 根据现场工况,轧制压力测量处温度较高,故选用为高温应变片。由于应变片最后要     
组成电桥电路,所以为了保证在静态或无压力信号时,使桥路输出为零。在选片时应使之

各应变片之间阻值之差不超过0 0. . 1 贴片工序的好坏,直接影响到传感器的线性范围和传感器的精度,所以该工序至关重      要。除了贴片本身精心操作外,还根据粘接剂的要求,按不同的温度对所贴应变片进行了 二次高温聚合,以达到应变片的粘接强度。
3 传感器的防护 . 5

传感器的防护主要包括:防潮、防受力不均以及机械防护。     

因此,对贴好片的传感器,均涂了二次防潮胶水,并分别进行了二次高温聚合。对组      成桥路后的传感器,在其应变片面均进行了包扎,以防护应变片和线路被异物划伤,同时 在包扎物的表面又涂以防潮防水胶,以 保证传感器能高度绝缘。 为了消除偏心载荷的影响,除了设计时,考虑了HD (      / 弹性元件高度/ 弹性元件直径) 比 值适宜外,在传感器上、下二端面尚垫有紫铜板以防机加工时,弹性元件上、下二端面 平行度不足。 而且在传感器贴片时, 采用多片粘贴, 并使其均匀地分布在弹性元件的表面。 同时,把对称于弹性元件轴线的应变片串、并联在一个桥臂上,以消除偏心载荷的影响。 为了进一步防止实测时载荷偏心,设计中考虑了球面垫,以起到自 动定心的作用。 传感器乃测力的核心元件,尽管对其进行了包扎,也难免会受到外界尖硬物的刺伤。      为此,设计有外壳对传感器加以进一步保护。并在信号接点的航空插头处涂以防潮胶,且 在底盖处设计有油毡。 使传感器在受到机械保护的同时达到内部无污染并进一步防水的效
果。

3 传感器的安装 . 6

由于粗轧机除了有水平式还有立式,对于立式轧机,若直接安放传感器,由于传感器      的自 重, 若无约束力, 其自身会下落。因此, 安装传感器时对中困难, 甚至有落地的危险。

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4 数据采集与软件开发

第 3 1页

本文编程软件采用 VsaB i6 ,      i l  c  硬件采用 P 1 1H u a . s 0 C- 8 D的AD板和研华的工业控制 8 /

计算机。 i aB i6 是面向 Vs l c  u a . s 0 对象的可视化编程语言, 具有高效、 简单易学及功能强大、 维护容易的 特点。近几年来用 Vs l i 6 i a B c  u a . s 0开发测控软件己日 渐流行,它既可以使用 DL L 来实现1 / O端口 的输入输出功能, 也可通过A I P函数或MS O M控件实现串口通信, CM 还能够充分发挥 Vs l  c 数据库功能强大以 i aB i6 u a . s 0 及生成用户界面快等优点。 4 数据采集系统基本原理[. .  . 1 3 333 0 123 . 1
数据采集系统的任务,具体的说,就是采集传感器输出的连续模拟信号并转换成计算      机能识别的离散数字信号, 然后送入计算机,根据不同的需要由计算机进行相应的计算和 处理,得到所需的数据。数据采集系统性能的好坏,主要取决于它的精度和速度。数据采
集系统原理框图如下:

图4          . 1数据采集原理图
Fg4 T e o   ue  a clco i . h ter f r odt oet n .  1  h y i g f a l i

4 力能参数采集系统的基本功能[ . 2 [ 3 4 1
数据采集系统软件的功能主要有:数据存储、数据查询,数据分析及建模。数据存储
ces 数据查询功能可以根据序号和时间查询; 数据分析具有趋势线和等 放在 A cs 数据库中;
高线 ( 结合 Maa)及负荷对比功能;同时还具有建模功能。功能图如下所示: tb l

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431 0 .. 1 端口操作 /

第 3 3页

P L 88      D提供给用户很大的开发自 C - 1H 由度和灵活性, 并且能够在很大程序上兼容不

同 数据采集对象的 特性, 现一 统的 实 个系 重复利 [它的 AD转换 用。3 5 ] / 编程过 程中, 编写
P L 1H C -88 D的程序的关键是使用板卡上的 1个寄存器。C -88 D需要 1 个连续的 6 PL 1 H 6 P U C机 O空间地址, 每个口 地址与采集板内的寄存器相对应。 每个寄存器的地址是通过指 定到板卡基地址的偏移量。例如,B S+ 是这个板卡的基地址,并且 B S + 表示基地 A EO A E7 址 + 个字节。如果板卡的基址是 30 ,则B S+ 寄存器的地址就是37 ,结果见表 7 0H A E7 0H
表 4 寄存器的          . 1 作用与相应的 10 地址 1 端口
T b 4 T e co or iead  r eat  p rade al . h f t n  e s r  te  vn V ot  r s e  1  u i f  t n h e n g l O  d s
Io地 址 t 
口应SE 今 0





习 。低 确位和 通 道软徉灿 发游

盯 。高,位和 A 。扫播范围 t
口 E‘ AS 
日 禹sE ‘ 日 人弓“

MJ I X扫抽通道

a代w仍的低字负 田 一 ) ,
d叹w  的 高字节( 一 0 ) 口 仍〕

V6      B. 0虽具备简单易学、高效及功能强大等特点,但其自 身也有不足。因其不具备直 接对硬件 1 / O地址的访问能力, 在工业控制中对计算机的底层硬件进行访问以及利用各种

接口 板进行数据采集和控制时间, 仅靠V 身 法解决。33 B自 无 [7 6] .  但通过调用驱动 提供的函
数, 就可以 实现对U O口的 和控制。 访问 驱动支持高速的数据采集方案 ( M 、 如D A 中断 ) ,
而且采用双缓冲的技术,还支持事件驱动的工作方式,这些特点使 V B很方便的编制数据
采集软件。

因此,采集实时数据时采用V 十+编写的 D L函数来读取 AD转换器端口的数据,      C L I

然后由V B主程序调用。8] [9 .  在 V 十 中,      对端口 C+ 进行操作的输入函 数的原型为:n i ( snd  pr, iw  n ge s r  ) 其中, tn u i ht o ep o t pr o 参数为指定的 t 输入端口 该函数从pr 号。 o 参数指定的 t 端口 读入并返回一个字节,输入 值在 。- 55范围内的任意无符号整型数。 63 5 输出函 数的原型为: n otusn s r i u ( i e ht t  n g d  p o pr n d a t, r参数为 o, t  b e pt t  i a y ) o t 指定的 端口 d a t 输出 号, ab e参数为 值, 数将 ty 输出 该函 d a t指定的 ab e ty 值输出 o 参数 到pr 指定的 号, t 端口 并返回 该值。
实现 AD转换的主要代码为:      /

otbs dr s a )      d s ps; u ( e e , s p aa / 转换器送通道号 向 otbs dr s ,  t u ) 启动AD转换器      d s 1 sra e / u ( e e + t v l; paa a /
hi ti= pbsades2; e h t i (aedr +) g be n s l b e i ( sades3; o i= pb edr + ) w t n a s
/ 读高四位 / 读低八位

第3 页 4

武汉科技大学 硕 学 文 士 位论

a a= e tt 1 l be64 6 /      h i* + wi 1/ 9; 将结果转换 d t (i be 6 o t )0   / da hg / 成十进制
P L 1 D的AD转换板,为了方便用户, A vn c D L vr 的软件开发商     H C -88 / " da eh  Di ” t L re 制作了 “ reb ” Di ra 文件, v. s 其中声明了有关D L函数及相应的结构,只需把 “ r eb " L Di ra v. s 导入V B工程的 模块中, 用户就可省去声明D L函数的麻烦。3 L [ 8 1 在WID      WS N O 环境下调用驱动程序, 要实现数据的读取, 需要将一些库文件加到程序 中来。 工程中添加一个模块D IE . S 在资源菜单中添加该模块即可。 RV RB , A 在这个模块中 定义了 P L88 D 的所有常量,全局变量名,函数,数据结构,状态代码和消息。可以 C -1H 直接在程序中调用这个文件中定义的这些量实现数据的读取。 RV RB S 在D IE .A 文件的最后 定义了许多A I P 函数, 但都不是私有的, 也就是说工程里的所有窗体都可以调用这些函数。 下面对几个关键的D L函数进行简单的说明。      L

()R 一   ep )      ei 0 e( 该函 1 V Dv D c n 。 数必须最先被调用,它加载一个设备驱动程序到内 存, 并确定设备的类型,完成对设备的初始化,使设备做好 1 / O的准备工作,同时返回一个函
数值,若设备驱动成功返回非 “ ”的设备句柄,若设备驱动失败则返回 “ " 0 0e

E C eD - i 0 e( D iH nl      V D v epn , v e ad ) r d= R e c r 0 ec e ()R 一   ele。      eiCo o 该函数是关闭由D V Dv epn 函数打开的设备, 2  V Dv D c s R 一   0 eo ec i 它的 函 数参数是由D V  eiO e 函数返回的设备句柄, R D v epn c O 若设备关闭成功返回非 “ ” 0 值,
否则返回 “ 1 0 %

Erd= V   v el ( D i H nl     R 一 ei Coe , v e ad ) r eD D c s 0 e c C e

( )R 一   Gt a ro 该函数从由D V Dv epn f     Dv e e eu s。 3  V ei F te D c R 一   0 e( 数打开的设备中获 ec i )
取相关的硬件信息,同时返回一个函数值,操作成功则返回非 “ ”值,否则返回 “ " 0 00

(D V Gt d s) 该函数仅在V 适用,      e drs。 4 R 一   e ( ) A B中 它把变量作为函数参数, 返回值是该 变量的指针或地址。 V +或 Dl i 用户能获得一个变量的指针或地址, 在 C + e h 中, p 但在 V B
中却没有相应标准函数来获取变量的内存地址。因此,特为V B开发环境制作了该函数。

(D V M Ioa n 。该函数的参数是由 D V ei0 e( t      AV lgl) 5 R 一  ) te ( R D v epn g数返回的设备句 c ) 柄, 它每被调用一次就对通道的设置完成一次U O操作, 操作成功则返回 “ ” 在实际 0 值。
的数据采集中, 是通过调用这个函数得到与模拟量相对应的电压值。 按照所要求采样频率,

在V B的T e) i r事件中定时调用该函数。 m( A onh = ACng a hn     nI Io tD Ca i l.a p V ic f. s

‘ 压输入通道 电 A on a l i f. Gi      = ACng a a i l.i p o iD n V Ign s ‘ 压输入增益 电      oe iroe A on rM d ACM d i l.i = t V ITg ‘ 触发模式 L  Ivt = R Gt dsvl e 读入电    l.l eD V e drsoa )‘  i noa Ao V g A e( t g 压值
Er d= V Io ae ( ei ad A ol      R A V lgI D vcH nl, V l ) r eD C t n e e i n

432采样频率 ..
采样频率可以由T e事件控制,当按照下图所示的方法设定采样频率以后,间隔采      ir m 样频率时间,系统就会逐个扫描各个通道的电压值,然后转换为实际值 。

第 3 8页 表4 各机架测试数据        . 2

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
T b 4 T e aui d to ee  i al . h mesr g  a  vr m l e  2  n a f y l

0实数 1,据 6。
机架号 冲击压力值 稳态平均压力 压力比值
(N      k)


冲击力矩值 稳态平均力 力矩比值
(   m k ) N.

值(    ) k N

矩值《 .) km N

轧) 一 制 温 度 (    ℃
一 一



2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 6 30 6 .6 3 99 7 5 .5 3 1 54 8 7 .4 8 61 5 7 .7 7 84 6 .71 1 3 .4 8 27 7

2 2 .9 7 66 5
8 01 1 .4

14 7 6 .8 7 4 1 53 . 53 9

6. 33 3 .2 79 6

1 80 6 1 .5

18 5 2 .6 0 4
18 3 0 .4 8 1

41 .2 43 4

6 .2 99 8

93一 8 8 . 9: 一 7 4 .
{ 一 { 一 { 一 1 92 85 1 .
10 0. 07

9 60 5 7 .4
6 98 8 8 .7

12 01 3 .7 1

3 .6 18 8
2 .8 25 4

4 .6 44 8
4 .8 65 8

13 5 8 .9 3 1 20 2 7 .6 8 6

413 9. 7 0

1 09 1 . 44 4

1 24 1 . 11 3
13 9 1 .9 9 4

2 31 4 3 .2

2 63 4 7 .3

115 5 . 32 8

5 39 9 3 0 .0 3
2 96 2 3 .8 1 67 2 9. 6
1 62 8 5 .9

13 6 1 .6 1 4 12 3 9 .2 5 1 1 767 . 16 2
12 4 0 .8 0 2

72 .8

99 3 .0

1 632 . 00 3

97 72 75 . 1. 0。一 0 7

1 08 7 6 .0
1 29 8 2 .0 31 .0 7 59 6

51 2 .4 1 82 9 .81

93 4 .4

18 7 9 .1 1 2
12 0 9 .0 0

9。一 9 1


4 56 4 7 0 .2 6

2 79 5 3 .5

机架号

冲击压力值 稳态平均压力 压力比值 (N      k)

c实 据 稳态平均力 D  2, 。。 数 冲击力矩值
(N.   m) k

力矩比值

值(    ) k N

矩值( .) km N

车度 匕 } ‘一
一 9、一 4 9 . 1.一 0? 2 0 . { 一 { }
96 一 76 57 .
(   } ℃ )



1 2 3 4


1 0 .4 7 82 4

2 3 .9 1 76 8 3 3 .9 1 2 14

1 54 1 . 10 2

4 .7 1 8 9
1 .7 70

6 .2 98 4 2 .1 40 2

16 3 4 .6 3 7

2 5 .7 2 916

1 842 . 63 3

1 06 8 . 67 4

6 7 8 9

6 16 8 7 .0
2 05 2 9 .4

9 60 2 .4

13 8 4 .7 8

2 .5 48 5

3. 4 20 3

1 88 5 . 83 2

95 一 95I 06 .


5 61 1 .2

1 74 4 . 60 7

武汉科技大学 硕士 位论 学 文
1 0 1 1 1 2

第 3 9页

4 77 2 5 .4

7 04 4 1 .0

15 1 7 .5 9 5 22 1 6 .2 7
11 3 1 .1 2 3

1 31 4 4 .5 1 12 8 5 .1

20 1 3. 9 2 32 8 0. 4 3

16 8 9 .0 1 1 19 9 5 .9 6 6

1 0 .7 0 45
9 48 7 7 .5 9 84 9.

1 3
1 4 1 5 1 6 1 7

2 15 4 8 .8

6 56 2 2 .1
2 94 2 8 .4 3 70 1 0 .1

2 00 6 6. 0
2 46 6 .81

119 2 .5 9 8
95 8 .8

1 .1 64 6
4. 78

17 2 4 .1 1

9. 8 5 1 98 一 77 55 .
9 81 5 5 .2

6 05 2 4 .3

8 01 4 4 .4

13 1 3 .1 6 5

3 .3 80 4

1 57 . 67 2

(8 D  2 实测数据
机架号 咬入、 抛出冲稳态平均压力 压力比值 咬入、抛出冲 稳态平均力 力矩比值

轧制温度

击压力值   
(N)      k
1 6 1 7

值(    I N)
3 39 1 8 .8 13 5 2 .2 5 1

击力矩值    ( .)      k m N
1 .8 84 1
2 .0 21 8

矩 k .) 值( m N
2 .2 66 7 14 0 7 .4 7 7

(    ℃)

2 96 3 8 .8

9 一 4 0
93 22

5 53 1 9 .3

7 34 2 6 .0

12 2 1 .8 3 5

2 .2 87 4

12 9 5 .9 2 8

第 4 0页

武汉科技大学 硕士 位 文 学 论
5 轧制压力和轧制力矩模型的建立

5 轧制过程数学模型 [ 44 . 1 概述[ 0 1 3 .  9 ] . 
轧制过程数学模型有多种,且各有利弊。分别叙述如下:      1      根据轧制实际过程的 .理论型 机理,即根据其内 在规律通过理论解析方法建立的模 型叫理论模型。这类模型在过程的机理比 较清楚的条件下,容易考虑多种因素的影响,且 其结构严谨,物理概念清晰。 但它的结构通常比较繁杂, 计算工作量大,尤其在过程的 机
理尚不十分清楚时,往往要作多种假设,从而影响其精度,故在工程上较少使用。

2      这种模型完全是根据对生产过程数据的统计规律建立的。通常,为了使模 .统计型 型的结构简单, 只是考虑主要过程参数间的 相关关系。因此, 这类模型一般结构都比 较简 单,且能保证控制精度。尤其在过程比较复杂,机理又不十分清楚的条件下,建立这类模 型最为适宜。但是,它具有较强的条件性,不便推广使用, 特别是当生产条件经常变更时
更为不便 。

3      .理论一统计型 利用理论模型的结构形式,并根据生产数据估计其中的参数建立的 模型叫理论一统计模型。 它兼有以上两类模型的优点,并可以有效的克服它们的 缺点,故
在工程上得到广泛使用。
5 轧制过程建模基本方法 . 2

1      .确定最佳的试验方案和方法 由于工程技术问题均具有很强的工艺性,因此,除少 数试验不得不在试验室进行外,应特别重视生产性试验。 为了节省人力、物力,缩短试验周期,便于数据加工,用尽可能少的试验取得足够多      的数据,并尽可能扩大模型的使用范围和增加模型的稳定性,必须全面考虑影响目标量的 各种因素,在变量较多的情况下,有必要采取回归设计的方法制订最优的试验方案。 在进行试验时,必需配制性能稳定,具有一定精度的      检测装置, 而且,严格保证试验 条件稳定,精心操作,详细记录。对所获得的试验数据应正确地判断、筛选和分析, 最终
整理出图表。

2      .确定合理的模型结构 模型的结构反应着实际过程的内在规律, 对试验数据的拟合
精度有着本质的影响。 正确地确定模型结构,有赖于对实际过程规律的      深刻掌握。为此应作出 试验数据的 散
点图口

3 确定模型中的最佳参数 目      . 前广泛采用基于最小二乘识别的回归分析方法来确定模
型中的最佳参数。 4      ,试验验证 模型建立以后,能否与实际过程吻合,还需要进行重复试验,确认后才

能交付使用。 同时, 在使用过程中仍需要根据实际的控制效果不断对模型进行校核和修正,

武汉科技大学 硕士 位论 学 文
使之逐步完善。

第 4 1页

5 数学模型的基本形式 . 3 力能参数数学模型的建立对于工艺过程负荷分析、孔型系统优化、轧件性能控制、设      备能力设计、新产品开发与试制、 计算机在线实时控制等方面都具有重要的作用。 轧制过 程数学模型根据其建立方法一般可分为理论型、统计型和理论一统计型,由 于金属塑性变 形的非线性特征,影响轧制过程力能参数变化的因素复杂,理论模型的建立往往要作多种 假设,从而影响 其精度,工程上较少应用。4 1 2 1 轧制压力和轧制力矩是各类轧机最重要的设备参数与工艺参数,      广泛用于机械设备的 强度设计与校核,同时又是制订工艺制度、调整轧机以 及强化轧制以 扩大产品范围 和充分 合理的挖掘设备潜力的重要原始参数。 压力理论是非常复杂的。各种因素的定量影响规律还不能通过塑性变形理论确切的加      以 解析,而且,摩擦的机理也为掌握,还处于种种假设阶段。 因此,采用多种数学模型进行回归,然后与实测值进行比较,选取精度最高的模型作      为最后的结果1.  1 44 4 34 5 .  本文采用理论一统计型建模方法,      这样既可以考虑到塑性变形的 基本原理,又可充分
利用现场测量数据,因此,其模型的精度较高。

531轧制压力的数学模型回归〔 4446 .. 4 7886 6 .  1 .  ,  .  回归所需原始数据如表 5 -5 所示: . . 1 3
表5 ( 6 m 回归原始数据计算值                          .1 m 1  > 1
T be5 T e  ne v l o rge i oc1mm a l . h cu t a e  erso f   .  1  o r u f  s n  6 D

模型参数( 1 D6 (  )
机架号

入 口断面面积 出口断面面积
2 5 42 3 1 .5 1 7 55 3 3 .6

变形程度
05 7 2 .3 6

平均速度
04 1 4 4 .2 4 0

入口宽度
12 7

2 孔型箱一 h 孔型箱 3 孔型箱一 v 椭圆
4 椭圆一 ( h 圆 椭圆) 5 圆一 ( v 圆 圆)

1 7 55 33. 6 8 17 30
6 5 .6 1 76 3 2 .5 5 56

8 1. 3 07
6 5 .6 1 76 3 2 .5 5 56
2 0 .9 3 88

05 2 4 .0 4
02 9 5 .9 8

06 6 3 2 .9 5 8
09 0 8 4 .4 0 4

14 1
6 9 14 0 8 1 5 .8 65

05 7 3 .5 6
04 3 .2 3
04 4 8 .4 2

16 1 8 3 .4 8 7
25 7 4 1 .0 1 4
39 9 5 8 .0 5 3

7 圆一 v 椭圆 ( 圆) 8 椭圆 圆 ( h 一 椭圆)
1h圆一 ( ) 2 方 方

2 0 .9 3 88

1 8 .6 4 06
1 7 .2 0 55

53 2 5 3 .8 2 2 01 2 5 .4 6 02 5 2 .4 3
014 .6 2

1h 方一 ( 3/ 菱 菱) v 1h 切分 ( 4 菱一 双圆) 1h 切分一 51 v 切分 ( 双圆)

1 7 .2 0 55 9 25 3 .4

9 25 3 .4

62 7 7 4 .0 4 6 79 3 3 7 .3 3 9 93 9 1 .4 0

4. 61 4 .5 22

7 96 2 .7
6 91 1 .8

7 96 2 .7

3 .4 98

第 4 2页 1h 6 切分, 椭圆 ( 椭圆)
1h 椭圆一 ( 7/ v 圆 圆) 机架号
6 91 1 .8 5 89 0. 4
5 89 0 .4 41 .8 34

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
01 6 7 .9 0

1 .7 0 2 1 47 3
1 4

4 .8 48 2 2

02 7 2 .0 7

出口宽度
1 41 9 2

平均入口高度 平均出口高度
167 0 5 8 3 .1 7 5 104 7 6 4 2 .8 3 8
1 04 4 2 5 2 .4 9 7

平均压下量
3 .9 4 7 92 5 3
3 .5 6 3 013 7

最大外径
60 0
60 0 60 0 60 0 40 4 40 0 30 5

2 孔型格 孔型箱 h 3 孔型箱一 v 椭圆
4 椭圆一 ( h 圆 椭圆)
s 圆一 ( v 圆 圆) 7 椭圆 ( v圆一 圆)

9 .13 74 5 9 .3 7 03 3 9 .1 1 93 7

6 2 8 1 5 .8 65
6 8 4 . 61 4 .5 52 3 .4 98 4 .8 48 5 8 3 2

2 .2 8 1 11 7 3

5 .0 2 9 3 9 862 2 4 .2 5 3 1 35 6 4 2
4 .0 5 9 6 08 7 2 1

4. 6 35 5 2
4 .0 5 08 7

1 .8 7 6 56 1 2 27 9 1 .1 0 4
1 .3 1 7 90 3 1

8 椭圆一 ( h 圆 椭圆) 1 2 方 ( h圆一 方) 1h 方一 ( 3/ 菱 菱) v

2 .7 4 17 4

2 .3 2 33 0 2 .3 1 1 4 33 0 5 8
2 .7 9 2 6 20 1 5 6
1 . 1 01 0 83 5 0 4

2 .0 6 06 8 1 .1 83 5
1 .9 3 37 6

27 1 3 1 .2 5 3 37 6 4 6 .5 9 2

30 5
30 4 30 4 30 4 30 2

1h 切分 ( 4 菱一 双圆)
1h 切分一 5/ v 切分 ( 双圆) 1h 6 切分一 椭圆 〔 椭圆)
1h 7/ v椭圆一 ( 圆 圆)

45 8 6 2 .1 6 4
50 1 1 2 .2 5 8

1 .9 3 5 1 37 6 4 8
2 .3 6 6 6 31 3 3 3

87 4 3 .7 8
1 .2 3 29 1


1 .13 6 02 2 8

机架号

辊缝
2 0 2 0 1 7 1 5 8 6 8 3 3 15 . 3 2

平均工作半径
2 5 5 2 55 6. 2 25 7.

变形速率
00 2 6 4 .0 2 3

轧制温度

2 孔型箱一 h 孔型箱
3 孔型箱一 v 椭圆 4 椭圆一 ( h 圆 椭圆)
5 v圆一 ( 圆 圆)

1 01 2 0 .0 8 .7 1 94 5
7 .7 1 58 7 6 .4 6 47 5
2 .61 30 4

00 3 1 4 .0 9 1
00 3 1 .0 7 5 9 42 7. 9 42 5.

2 73 6 8 7 6 .1 7 5 1 55 6 3 4 9 .9 2 5 1712 9 1 8 .1 7 4
1 17 8 7 9 6 .2 2 5

0 44 刀1 1 1
00 6 1 2 .4 0 9

7 椭圆 ( v圆一 圆) 8 椭圆一 ( h 圆 椭圆) 1h圆一 ( 2 方 方)

90 9
98 7 9 .5 912

5 .7 96 7


00 9 0 6 .2 1 5

1 / 方一 ( 3 v 菱 菱) h
1h 切分 ( 4 菱一 双圆)

1 31 5 9 6 6 .9 6 0 1 93 2 9 5 .4 4 5 123 1 2 1 6 .5 8 7 1412 8 2 6 .15 6 127 8 4 1 5 .3 9 6

2 .7 7 1 4 0
2 .6 1 44 7

00 2 1 3 .4 0 6

9 75 7 .3 10 . 0 07 91 9. 9
9 81 5 5 .2 92 5

00 9 4 6 .7 5 3 00 6 7 5 .5 6 5
00 0 2 3 .4 1 9 00 3 3 6 .7 6 2

1 /切分一 5、 h 切分 ( 双圆)
1h 6 切分一 椭圆 ( 椭圆) 1h 椭圆一 ( 7/ v 圆 圆)
机架号

2 .8 3 70 5 5 .7 55 2 3 .9 7 94 4

变形抗力

实测压力

面积
16 59 56 . 9 1. 2 59 4

应力状态系数
16 7 2 .1 9
17 4 8 .1 3

2 孔型箱一 h 孔型箱
3 孔型箱一 v 椭圆

4 椭圆 圆 ( h 一 椭圆)
5 v圆一 ( 圆 圆) 7 v圆一 椭圆 ( 圆) 8 椭圆一 ( h 圆 椭圆)

2 .0 4 2 83 1 3 9 5 .9 2 1 6 60 0 5 9

1 8 .6 0 02 4 41 .2 43 4 3 65 7 .41 4 10 7 9 .3

4 6 .5 9 99

00 7 8 1 .0 6 0
00 1 3 4 .0 2 3 00 2 1 8 .0 9 9

16 6 2 .5 4

58 . 9 89 7
1 8 .9 5 63
3 1 .8 7 72

24 8 .7 2
219 2 .8 3 29 4 .31 2

8. 246 1 9 7 53 2
6 .3 6 3 9 96 1 3 6

00 19 1 .0 8 7

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
1h圆一 ( 2 方 方)
0 7 .5 4 5 6 21 8 6 8 9 .5 4 1 8 36 9 0 8
6 30 6 .6

第 4 3页
26 2 .3 9

1h 方一 ( 3/ 菱 菱) v
1h 切分 〔 4 菱一 双圆) 1h 5h切分一 切分 ( 双圆)

3 99 7 3 3 5 .5 3 3 1 54 8 7. 4 1 08 7 6 .0 1 29 8 2 .0 3 59 6 6 7 1. 6 6 0

9 25 6 6 .8

00 5 8 3 .0 1 2 00 1 6 3 .0 8 5
00 7 6 .01 5 6

28 4 4 .1 0 29 9 9 .4 5
34 0 .3 41

1 0 .5 0 42
1 4 .3 1 73

7 .9 2 2 6 97 0 2 9 7 .0 4 1 9 72 8 6 9 1 1 4 24 0 . 2 13 8

1h 6 切分一 椭圆 ( 椭圆) 1h 椭圆一 ( 7/ v 圆 圆)

2 5 .2 8 86 1 6 .6 0 63

00 0 5 9 .0 5 6
00 2 0 9 .0 9 8

43 4 6 .2 6 34 8 3 .3 1

表5  ( 0 m回归原始数据计算值        . D m 2  2
T b . T e  ne vle  ers o o(2mm a l 5 h cu t a o rge i f 0 e. 2  o r u f  s n D

模型参数 。 ( 加)
机架号

入口断面面积
2 5 42 3 1 .5 1 7 55 3 3 .6 8 1. 3 07 6 5 .6 1 76 3 2 .5 5 56

出口断面面积
1 7 55 3 3 .6

变形程度
05 7 2 .3 6 05 2 4 .0 4 02 9 5 .9 8 05 7 3 .5 6 04 3 .2 3

平均速度
06 9 3 .2 6
10 0 3 .4 6
14 4 9 .0 4

入 口宽度
12 7 14 1
6 9

2 孔型箱一 h 孔型箱 3 孔型箱一 v 椭圆
4 椭圆一 h 圆 s v圆一 圆

81. 3 07 6 5 .6 1 76 3 2 .5 5 56

24 2 9 .5 9 37 5 8 .4 6 4.4 8 72 1

14 0
9 1

7 圆一 v 椭圆 1h圆一 2 方 1h 方一 3/ 菱 v 1h菱一 4 切分 1h 切分一 5/ v 切分 1h切分一 6 椭圆 1h 椭圆一 7/ v 圆 机架号

2 0 .9 3 88
1 2 .7 8 34

1 2 .7 8 34
12 45

12 45 1 5 .6 2 41

02 6 7 .4 5
01 7 1 .2 7 03 0 8 .0 3 10 0 7 .3 9
00 3 8 .3 5

60 9 3 . 0 6
68 5 5 .9 7

4 7 5 .5 13 5 .2 09 5 .8 58
3 2

1 5 .6 2 41 9 87 1 2 .5 3 12 3 .5

9 87 1 2 .5
3 .5 31 2 30 2 31

93 1 3 .1 8 1 .5 1 30 4
1. 35

出口宽度
1 41

平均入口高度
1 67 0 5 8 3 .1 7 5 1 04 7 6 4 2 .8 3 8
1 04 4 2 5 2 .4 9 7

平均出口高度
9 .1 3 74 5 9 .3 7 03 3
9 31 1 9 7

平均压下量
3 .9 4 92 5
3 .5 7 01 3

最大外径
60 0
60 0

2 孔型箱一 h 孔型箱 3 孔型 椭圆 v 箱一
4 椭圆一 h 圆 s 圆一 v 圆

9 2 6 2
81

2. 7 11 8 2
1 .8 7 56 1 271 0 . 91

60 0 60 0 40 4
30 5

5 .0 2 9 3 92 8 6 2
4 .2 5 3 35 6 4 21

4 .2 5 35 6
4 .0 5 08 7 2 .0 1 38 5

7 圆一 v 椭圆 1h圆一 2 方 1h 方一 3/ 菱 v

5 .8 65 7. 66
513 .5 5 .2 09 5 .8 58 6 8 4 0

3 .9 2 4 4 87 7 3 0 2 .5 7 0 8 77 0 3 2
2 .3 0 7 6 46 0 0 8

2 .5 7 77 0
2 6 4.3

1 .4 5 10 6 310 2 .2 7

30 5 30 4 30 4 30 4
30 2

1h 切分 4 菱一 11 切分一 5, / 切分 侣 切分一 6 h 椭圆 1h 椭圆一 7( v 圆
机架号

1 .2 5 66 0 48 1 2 .7 3 8 75 刀0 7


80 9 5 .0 5
1 .4 1 17 9 23 3 1 .4 8

1 .2 4 4 5 66 0 5 5
1 .5 5 2 03 1 6 5

辊缝
2 0 2 0 1 7 1 5

平均工作半径
25 5 2 55 6.

变形速率
00 3 8 .0 3 00 5 4 .0 8

车制温度 L
9 94 4. 12 . 0 02

2 孔型箱一 h 孔型箱 3 孔型箱一 v 椭圆
4 椭圆一 h 圆
s v圆一 圆

1 01 2 0 .0 8 .7 1 94 5 7 .7 1 58 7 6 .4 6 47 5

2 25 7. 27 687 6 31 7 5

0 55 刀0 5
00 1 3 .2 1 00 8 5 .6 7 932 7
1 0 _7 0 45

7 圆一 v 椭圆
1h圆? 2 方




1 55 6 3 4 9 .9 2 5
1 .9 4 4 610 7 5 3

2 .6 4 30 1

第 4 4页
1 /方一 3v 菱 h


武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
102 17 8 6 .12 9 巧51 4 9 1 .8 9 6 1 09 9 7 7 6 .3 7 2
141 8 7 5 6 .2 6 6

4 .6 7 20 8 2 .0 6 20 6 3 .0 4 59 3 4 .1 2 39 3
1 .1 6 88 4

00 5 7 .3 5

9 48 7 7 .5 9 84 9. 9 51 8. 9 58 5 7 .7 9 81 5 5 .2

1 菱一 4 切分 h
1h 切分, 5/ v 切分

5 1 . 5
2 2

00 0 2 . 0 4
00 7 .7 91

1 切分一 6 h 椭圆 1h 椭圆一 7/ v 圆
机架号 2 孔型箱一 h 孔型箱

03 6 8 .0 4
00 41 .2

11 309 5. 2 86 0

变形抗力
3 .1 5 9 09 1 8 8

实测压力
10 . 4 78 4 2

面积
巧 6 59 6.

应力状态系数
00 3 3 .0 5

Q P

3 孔型箱一 v 椭圆

3 .8 3 0 1 403 9

25 . 6 2 91 7

9 1 .4 2 59 4 6 .5 9 99 5 8 .7 9 89

00 7 6 .0 6

4 椭圆 圆 h 一
5 v圆一 圆

7 椭圆 v圆一

1 06 5 1 0 .5 0 5
4 77 2 5 .4 7 名0 4 7 1 837

巧 8 .9 63

1h 方 2 圆一 1h 方一 3/ 菱 v

3 04 8 0 .0 2 00 6 6. 0 2 46 1 6 .8

2 6 .3 0 87 1 2 .1 1 53 1 1 .4 9 72 2 1 .8 7 99

00 2 2 .0 0 00 3 .0 5 00 2 7 .0 9

1 菱, 分 4 切 h
1h 切分一 5/ v 切分 1h 6 切分? 椭圆 1h 椭圆一 7/ v 圆

6 .3 9 0 59 9 4 2
9 .0 5 2 90 0 0 8 2 35 8 0 0 .8 3 4 5 .4 4 5 18 8 8 2

00 1 9 .0 3
0 00 91 .0 2 00 9 2 .0 1

6 05 2 4 .3

1 5 .5 3 46

表5 W 8 m回归        原始数据计算值 . 2m 3 
Tb . T e  nevl org so o(2m al 5 h cut a e  er s n D  m e. 3  o r  f e i f 8 u

模型 参数( 2) 08
机架号
2 h
3 v

入口断面面积
2 5 42 3 1 .5 1 7 55 3 3 .6
8 1. 3 07

出口断面面积
1 7 55 3 3 .6 8 1. 3 07 61 76 5 .6

变形程度
05 7 1 5 .3 6 8 05 2 4 2 .0 4 4

平均速度
04 4 8 6 .5 4 4 07 1 5 1 .5 1 2 10 3 9 2 .1 7 4 17 0 2 9 .7 6 3 27 3 2 4 .0 7 3
421 0 2 . 69 8

入 口宽度
12 7 1 41

4 h
5 v 7 v

0 9 87 之 94
05 7 3 .5 6 2
04 3 9 9 .2 2 7

12 2 14 0 8 2 5 .8 65

6 5 .6 1 76
3 2 .5 5 56

3 2 .5 5 56 2 0 .9 3 88
1 8 .6 4 06 1 3 .2 0 05

8 h 1 hv 3/ 1h 6 1h 7八

2 0 .9 3 88

04 4 7 .4 2 9

60 7 1 4 .5 7 8
0 17 9 3 .5 5 1

1 3 .2 0 05

8 02 9 8 .6
6 42 2 .6

70 1 9 8 .9 6 5
1 0

3. 38
2 2

8 02 9 8 .6

03 3 6 6 . 60 4

机架号
2 h

出口宽度
1 41
12 2

平均入口高度
1 671 7 5 3. 058

平均出口高度
9 41 3 9 7. 5 1 6 .2 4 2 81 0 9

平均压下量
3 .9 4 7 92 5 3 2 .9 8 7 92 4 2

最大外径
60 0

3 v 4 h
5 v

9 .1 3 9 5 74 5 1 1 6 . 09 8 81 4 1 2 5 .0 2 9 3 92 8 6 2 4 .9 7 1 1 29 5 3 7
4 .0 5 91 08 7 2 6

60 0 60 0 60 0 40 4
40 0 30 5

14 0 8 1 5 .8 65 6 8
3. 38 5 1 28

5 .0 2 9 92 8 6 4 . 64 35 5 3 2
4 .0 5 9 08 7 2

89 2 2 6 .1 2 2
1 .8 7 6 56 1 2

7 v 8 h
l hv 3/

21 8 0 5 .8 2 2
1 .3 1 7 90 3 1

2 .7 4 2 1 41 7

1h 6
1hv 7/

3 48 7 7 0 8 54
4 .1 2 7 7 00 2 2 2

1 .6 1 6 72 0 7
2 .9 22 5 L

1 .2 5 1 32 8 8
1 .1 2 7 77 7 2

30 4 30 2

机架号

辊缝

平均工作半径

变形速率

轧制温度

武汉科技大学 硕士 学位论 文
2 h 3 v 4 h
5 v 7 v 2 0 51 0

第 4 5页
1 .6 0 415 5 8

00 1 2 .0 7 6 00 3 2 .0 0 6 00 4 6 7 .0 3 1
00 0 8 2 .1 7 3 00 9 1 3 .3 1 7

2 0
1 7 1 5 8 4

51 3 55 4

1 47 1 2 .2 9 6 .9 3 8 96 3 3 9 .6 0 1 1 46 5
2 .5 6 92 7 21

5 46 3 7 4 3. 5 1 3
3 11 2 7 8 9 .9 4 0 3 42 5 8 2 7 . 58 2 3 65 14 6 1 .12 2 3 92 9 2 5 1. 83 3 2 47 4 4 6 9 .8 3 1

8 h 1 hv 3/ 1h 6 1 hv 7/

8 .9 9 9 43 5 6

00 2 9 4 .2 14


35 .

6 .8 3 5 49 5 0
7 .6 6 4 22 8 7

00 7 9 6 .1 1 7
00 7 5 2 .4 5 3

90 4 93 2卫



机架号
2 h 3 v 4 h 5 v
7 v

变形抗力

实测压力

面积
2 5 .3 21 49 5 1 4 09 6 0 .3 7 7 .4 1 8 53 7 8 6 .7 6 4 96 5

应力状态系数

Q P

2 2 .6 5 0 72 0
5 5 .2 9 2 70 4

8 h 1 hv 3/ 1h 6 1 hv 7/ 5 .5 1 7 2 55 7 8 7 2 96 3 8 .8

2 5 .7 9 7 53 6

00 1 9 4 .0 8 2 00 3 0 8 .0 4 9

9 .3 0 3 9 66 6 7 7

5 53 1 9 .3

1 0 .1 8 8 67 6

00 3 9 6 .0 3 9

一‘      基本模型形式采用 Bad o -i理论,该式结构合理简单,物理概念清晰且适 l - rH l nFd l 于计算机在线控制。模型结构形式如下:

PB Q                       = KL , 公式 (1 5) .
该模型需要建立相应的子模型,其子模型结构形式分述如下:     

()      1 金属塑性变形抗力的大小 , 决定于金属的化学成分、 金属的组织、 变形温度、 变 形速率、变形程度以及与这些有关的各个过程 , 如加工硬化、再结晶、动态回复、静态回

复等。 变形抗力与 其影响因 之间的 系 , 述为[. 素 关 可表 1 5 2 1

。 U,二 x     ,  =+E, ) ,T
式中 t      变形温度; —

E 变形速率;            —
‘              — 变形程度;

: 相邻加工道次间时间间隙 ,            — 或称变形历史的影响;
x            — 金属的化学成分和组织状态。

在综合考虑各影响因素的      基础上 , 选用合理的 变形抗力模型结构如公式 (. 该变形 5) 2
抗力模型考虑了变形温度与变形速度之间的相互影响关系,同时还结合变形程度的影响。

。 。(+ ’?(,(‘l 一ea a )“〔.一一. x, 2 口 6 ”a, p )o x(  ‘_ T  3 [ 4 (了 a 希T 六 + ‘ 0 a 4  ‘ 0 4
式中

公式 ( . 5) 2

第 4 6页

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文

T 2 -+7 t 3

10        00

即t 00  =. 1 ,  4 0  - ‘ M a  。— 基准变形 。 抗力, =00 C y 0 和二1s 时的变形阻力 ( p)
1 变形温度 —
u — 变形速度

y 变形程度          —
a-a‘ 回归系数,其值取决于钢种, 0 ni          l 6 一 2M S的回归系数如下:
a =6 ,                      , 3 1
a = 24 4                          l - .9 , a = .7 ,                          2 31 4

a= .6 3                        3 00 5 , a = .2 8                          4 00 3 ,
a = .2 7                          5 04 4 , a =1 9                          6 . 2 4

() 力 态 数Q      系 p 2应 状
应力状态对轧制压力的影响主要包括外摩擦和外区等因素的影响,经过全面分析,选     

定 结 式 式. 模 要 了 区 影 素R 形 对 模 构 如 ‘,型 考 变 形 响 F 变 度 “ 形 公6该 主 虑 形 状 因 及 程 3 )
应力状态的影响。

。a2  +*+ 6二 公( ,+S? a摆a ? : 式. =a+摆 4 , 会 一务 5 1 , # 一 * a 3 )
式中 £      一变形程度;

R一平均工作半径:          .
H一平均出口高度.         

其 Q的 值 过 测 制 力 算 得 所 三 规 1 2 D 的     察 通 实 轧 压 反 获 , 测 种 格。6 00 (8 回 中 ,观 ,  ,  2
归原始数据计算值如表一 表所示。 应用 Ma b.      a6 的数理统计工具箱中的非线性拟合和预测交互图形工具 nn o, t 5 L lt l对以 io 上模型进行非线性回归,非线性拟合和预测交互图形工具 nn o lt l的使用形式为: io

nn oX Y M d , a, h , lt l ,  o lBt Ap ) 返回 (,  数 非 io ( ,  e eO la X Y 据的 线性曲 ) 面拟合的 」 预V图。
[ 回归所需参数如下表所示: 5 1 】

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
表5      . 4椭圆一圆回归所需参数表
T b . T e  a e r  i u ryei e al 5 h p rm t o c cl i- l s e. 4  a e f  a t lp r
椭圆一圆


第 4 7页

R 2 25 7. 171 8 .1 1 27 5 .4 1 .3 510 2



Q P
00 7 8 .0 6
00 1 9 .0 8 7

xl 04 6 2 .9 9 7

x 2
03 . 04 4 .4

0 16 6 2 .5 4 4 29 4 .31 股

03 04 4 .4

9 .1 93 7 2 .7 4 17 4
1 .2 29 80 7 .0 8 2 .9 22 5

1 053 . 14 3 07 4 3 .1 1 7 01 5 2 .4 9 1

02 7 .0 7 00 3 .3 6
03 4 .4

00 2 1 .0 9
00 9 2 .0 1

02 7 .0 7 00 3 . 6 3
03 4 .4

34 8 1 .3 3 1
43 2 8 .4 8 36 6 7 .3 1 9

2 47 9 .8

00 3 .0 4

1 586 . 04 2

表中,X二 ,‘
X 2

一 V  H R

工 3

一& H R

回归结果如下:
椭圆一 圆孔型系统的均方根误差和回归系数值如下:
均方 差 (ms ) 0 2 3 l-0 i r e :  + . 0 e0 8 4

回归系数值: l .62 a 0 161 =0
a= .5 2 4                200 6 5
a二 00 4 7                3一.4 1 7

a= . 5 2                400 5 4 4

a 013                ¥ . 2 = 0 a 0 032                6 . 96 8 =0
a=04 4 1                7-.1 7

得到椭圆一圆的应力状态系数模型如下:

.32 03 1 4x Q一.1+ 6 。 4R 4aH 00x+.9 兰一.4 一H _。 6 0 5 一0, +. 5 二+ 2 006 。1' 0 6  二 . V月 0 5 0 . 0 0 41 0 一1 1 H
表5        . 5菱一切分回归所需参数表
T be5 T e rmee o da n -u b l a l . h p a tr  imo dd mb e .  5  a f  l
e r



h 1. 5 831 2 .3 46

Q P
00 1 6 .0 8 5
00 3 .0 5

x1

x 2 02 5 .4 3



计算Q P
00 0 8 .0 9 7 00 2 6 .0 9 6

02 5 .4 3
017 .2 7

1 93 5 .4
1 51 5 5 .8

07 3 2 9 .2 5 9 2 03 0 4 9 .2 5 0 8

29 9 7 .4 5 2
25 0 0 .1 1 9

01 7 .2 7

菱一切分孔型系统的均方根误差和回归系数如下:

第 4 8页

武汉科技大学 硕 位 士学 论文

均方差 ( s) r e04 8e 1i r e:  s =+ . 9- 0 m    m 4 0

回归系数值: l . 07 a 0 51 =2
a= . 6 7                201 4 6 a= .8 5                301 8 1 a= . 5 6                401 7 5 a= 018 1                5-.15 a= . 7                601 3 9 a= . 6 5                702 5 7

得到菱一切分的应力状态系数模型如下:

、。05.摆06 一8 0R 6 一+  1 ?5 。5 .H  2  .. -8 .6 .x1      21 05 1 得 12 +6R 5  8 5 1+7 05 6 6 6  7 9 .5 3  H 2 7
表5      . 6哑铃一哑铃分回归所需参数表
T be5 T e  a tr  u bld mb e a l . h p rme o d mb e-u bl .  6  a e f  l l
QP
03 0 8 .0 3 1 0 1 41 6 .6 9 1 09 9 6 .3 8 1 23 8 6 .51

计算Q P
31 1 9 .1 7
0.6 14

1 .2 4 66 0 5
1 .9 3 37 6 5

00 3 4 .01 9 00 1 5 .0 7 7

09 3 3 .3 5 7 05 2 8 .6 5 8

00 5 .01 3 00 1 8 .0 8 4

34 0 4 .3 41

哑铃一哑铃孔型系统的均方根误差和回归系数如下:
均方差 ( s) r s 0 8 18-0i r e :  e + . 4 e 9 m   m = 3 0

回归系数值:a 0 78 , . 21 =1
a= . 4                200 7 9
a= 00 8                3 -.3 5 a= 00 1                4 -.0 8

a= . 7                50 54 2
a=00 2                6 -.0 8 a=00 4                7-.8 7

得到哑铃一 哑铃的应力状态系数模型如下:

。。?405一1W.'0一4 ,107. 。8 +7 08 E 一39 0 .F0E.R.2  . .E  0 w2 -2 。 R 70-  0 5 0 0 3 8 E 4 摆 8 7
将以上各种情况综合考虑,还是采用原来的模型形式,回归所要参数数据如表 5 : . 7

武汉科技大学 硕 学 论文 士 位
表5        . ,回归所需参数表
T be5 T e  a tr  ersi a l . h p rme o rges n .  7  a e f  o
xl 07 3 3 .2 5 x 2

第 4 9页



Q P
00 1 6 .0 8 5
00 3 .0 5 00 7 8 .0 6

02 5 .4 3 01 7 . 7 2
03 . 04 4 .4

29 9 7 . 52 4
25 0 0 .1 1 9
1 544 . 62 6

03 0 4 .2 5 1

04 6 2 .9 9 7
13 5 3 .01 4

29 1 0 .3 4 2 34 8 1 .3 3 1 4 48 3 28 36 6 7 .3 1 9
09 9 1 .1 5 6

00 19 .0 8 7
00 2 1 .0 9
00 91 .0 2

07 4 3 .1 1 7 01 5 2 .4 9 1 1 5 86 . 04 2
04 .2 03 . 014 .6 0 16 .9

02 7 .0 7 00 3 .3 6
03 4 .4
21 9 2 .8 3 4

00 3 .0 4

00 2 2 .0 9 00 1 9 .0 3 4
00 1 5 .0 7 7
00 0 5 .0 5 7

31 1 9 .1 7 34 0 1 .3 4 4

09 3 3 .3 5 7
05 2 8 .6 5 8

43 4 5 .2 6 7
43 0 6 .0 6 8

08 7 3 . 63 4 06 7 4 .7 7 7

01 7 9 .5 5 1

00 1 9 .0 8 2

进行非线性拟合和预测,最后得到模型结果为:
均方差 ( e :  s 0 02 9 r ) r e . 18 1 ms   m = 0

回归系数值: , . 6 a 02 =0
a=0 0 7 7                  2-. 0 6 0
a=00 7 3                  3 .0 4 a= 00 4                  4 -.1 3 a= .0 3 5                  5 00 2 7 a= . 0 9                  6 00 8 0

a= . 0 3                  700 7 4 0

综合模型如下:

。。一0-7 一4 0308+02  ,0。7 04 。3 .50R 4 一60-0 .摆0 x0       . .7.3 0 0 2 9 3H 20 0授 1 2 . H x 6 - 7 0 07R . 0 0
二.基本模型形式采用:B? 斯米尔诺夫统计获得的近似公式: K?
1 8

m +3

一)一一8. 31。X+  ... 00) 017 . 1 7,, 8  6 y /

公式 (A) 5

式中 m— 由孔型垂直轴计算出来的变形区形状因素,

生十    1
7      1
口 — 。

轧前轧件轴 比,

W  摩擦指数; -

第 5 0页
A  -

武汉科技 大学 硕士学 位论文
、. ,        . B ‘一 , z -' 秧且 仕 , A=- ; 于 月I                         


上— 压 系 , 下 数
叮 1

H,

由于轧制时温度在 90-00 0 10 左右,因此,根据表 5 选取摩擦指数为:y=  . 8 / 9 0 .
表5      . 8在平辊上轧制碳素钢、 低合金钢和中合金钢时 各轧制方案的摩擦指数值
T be 58  e  le  f it n                                  a l.  Th v u o rc o . a f  i

轧制方案 矩形一箱形孔, 矩形一平
辊,圆一平辊       

轧件温度,℃
10 20以上
05 .

10 - 2 0 10 10 06 .
05 -

10 00

10 10

9 0 10 0 - 00
08 .

9 0以下 0
10 .

07 .

方一菱,菱一方, 菱一菱 方一椭圆, 方一平椭,方
一六角         

05 .

06 .

07 08 .^ .
09 .

10 .

06 .

07 .

08 .

10 .

圆一椭圆,立椭一椭圆,
椭 圆一方         

06 .

07 .

08 .

09 .

10 .

椭圆一圆,平椭一圆,六 角一方,椭圆一椭圆,椭
圆一立椭         
0 石 07 . 0吕 . 09 . 10 .

再将上式进行简化可得模型结构形式如下:
9P , 2  +a x +  x a +a x =a +  x    a a 功x o , 一 a m  3 .  d 
。 a}

公式 (.) 5 5

刀2                                             

应用 Ma b.      a6 的数理统计工具箱中的非线性拟合和预测交互图形工具nn o, t 5 L 1t l对以 io 上模型进行非线性回归,回归所需参数如表 5 所示: . 9
T be5 T e  a e r  erso oc cl i - i                       lpe a l . h p rm t o r e i f  u rye s .  9  a e f  s n  i a t g r
椭圆一圆
M(I X)
06 .9 19 .1 21 .9 20 .4 16 .4

表5                                 . ,椭圃一圆回归所需参数

轧前轧件轴比x) ( 2
17 .5 07 .2 10 .5 03 .2 1 名2

0 12 7 .0 5

x 4

摩擦指数
09 . 09 . 09 . 09 . 09 .

Q p
00 7 8 .0 6
00 1 9 .0 8 7
00 2 1 .0 9

25 6 3 .3 2 2
03 6 6 .7 9 3

1 72 .5 3
22 9 .9 5 06 2 .5 8

04 9 5 .7 4 2 01 6 6 .5 8 3 11 9 5 .0 7 6

00 9 2 .0 1 00 3 .0 4

29 4 .8 8

表中 x- m,由孔型垂直轴计算出来的变形区形状因素; l

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
x一一轧前轧件轴比;          2
x- 3 m  ; x. a
a             

第 5 1页

x - 4


m               

回归结果如下: 椭圆一 圆孔型系统的均方根误差和回归系数值如下:
均方根误差为:r e0 2 1e 0i ms + . 6- 8 = 5 0

a =- . 2 , 01 4 0 a = 53 2 . 6 0 0 a= .7 3 09 0 a =- 刀 9 4  0 4 a“ 0 5 s - 刃17 得到椭圆一圆的应力状态系数模型如下:

. 0 0 0 7  4 0 一 一0 5 G -14  6 m 9 a 0 9m a . 7 ` =  2 05 x . x  . x x。。1 丘 , 0 +. 3 +  。 0
532轧制力矩的数学模型的回归 .. 由于孔型形状复杂,受力条件,金属流动规律也各不相同,想准确地轧制力矩是困难

的。回归的基本模型形式采用按轧制力确定轧制力矩的公式:

M =pV K h . aR dp 2 p
式中 a — 轧制力臂系数

公式 (.) 5 6

R— 按 均 度 计 轧 平 工 半 K P 平 高 法 算的 辊 均 作 径;

A— 平 压 量        ? h p 均 下
在美国,      力臂系数的取值范围为:热轧方坯时a  . =0 ;热轧圆棒材时a  . 5 =0 ;热轧封 6

闭 时0因对 力 数 回 一荞,接 弧 即 型 一7“ 轧 ” 进 归 成,“ 区 。 材 . ,制 系 行 , ) ” 长 轧 , ‘
制力臂系数与接触区弧长和平均出口高度有关,经过全面分析,选定模型结构形式如下:

a a+ 2 l axp ax = , ax+ 3h + , h p

公式 ( .) 5 7

应用Ma b.      a6 的数理统计工具箱中的非线性拟合和预测交互图形工具 nn o, t 5 L lt l对以 io 上模型进行非线性回归,回归所需参数如表 5 0 . 所示: 1

第 5 2页

武汉科技大学 硕士 学位论文
表5 0轧制力矩回归所需参数值          . 1
Tb .  T e a e r o n t q e r s n al 5 0  prm t orl g  u r e i e. h a 1 e f  i l o e so r g

机架号
4 8 1 3 1 5 1 6 1 7 1 7 1 6 1 7

Mz 9. 35 3 6 72 . 60 .7 17 0 1石 6 99 . 1 .5 40 1 .6 58



Lx ) (l
7 .7 1 58 7 5 .7 9 96 6 6
2 .7 6 10 4 9



H (2 px)
9 .1 1 93 7 2 .7 41 17 4

1 px ) / (3 h
07 3 8 .6 9 8 27 0 9 .4 6 2
10 2 1 .2 6 5

1 8 .6 0 02 4 413 9. 7 0 3 99 7 5 .5 3 1 08 7 6 .0 129 8 2 .0
31 .0 7 59 6

05 0 4 .7 3 9

06 4 5 .1 2 9
04 4 5 .7 5 9 06 6 1 .9 8 9 07 3 81 .8 2

2 . 82 06 6 0
1 .9 3 37 6 5
87 4 2 .7 8 8
1 .21 5 29 2

2 .8 3 70 5
5 .7 01 55 2 3 .9 6 94 4 7 1 .1 6 88 4 5 6 .8 3 49 5 7 .6 6 22 8 7

1 62 3 . 32 9
63 3 1 .3 1 7

06 5 4 .6 2 4
04 0 41 .1 7 03 31 .7 71 01 4 1 .8 3 7

30 6 6 .5 5 7
23 9 5 .4 5 5

6 05 2 4 .3

80 7 5 .0 7
1 .6 8 72 01 2 .9 22 5

2 96 3 8 .8
5 53 1 9 .3

37 5 4 .6 0 3
32 4 4 .41 7

轧制力矩回归的均方差和回归系数如下:

均方差为:r s=0 79 n i e .9 1
a =0 4 , .2 4 a =一 08 2 06 a =0 0 ; .7 0 a =016 4 . 5 1 得到轧制力臂系数的模型如下:

a 0 4一 .8x  .7  +  6 = . 2 0 06  0 0x  0 1二 4 0 1  +  h . 5 0 o 1 h      ,
5 轧制压力和轧制力矩计算结果比较分析 . 4 541车制压力计算结果比较分析 .. L
椭圆一圆回归计算值与实测压力值的比较 :                表5 1椭圆                  较 . 1 一圆实测与回归计算压力值的比

公式 ( . 5) 8

T be51 T e  pr o o r l  sr  d  r s n  ne rln pe v le  a l . h cm ai n  am au a rge i cu t oig  s a o .  1  o s f  e e n e s o o r  e l r s u f
c uai -l s                                  i l t ei e c r ry l p 规格
中1 6

机架号
4 h

实测压力值 (n k)
1 8 .6 0 02 4

计算压力值( ) k n
1 8 .4 4 7 0 02 3 7
4 07 0 9 5 9 .6 8 9 3 60 91 4 1 .2 3

误差 %
00 1 9 8 4 .0 8 9 3

8 h
1h 7

413 9. 7 0 3 59 6 7 1 .0 6 6 05 2 4. 3
5 53 1 9 .3

00 6 2 0 8 .5 2 8 4 -. 8 6 9 8 00 7 6 3 3 -. 6 8 6 5 00 4 8 1 0
02 9 9 9 6 .9 7 4 9

中2 0 中2 8

1h 7 1h 7

6 05 3 6 7 4 .7 5 1
5 35 6 2 5 9 .4 2 7

由表 5 1      看出, 模型对椭圆 . 可以 1 该 一圆 孔型的计算值与实测值非常接近, 作为该 可以
孔型的预报模型。 菱一切分回归计算值与实测压力值的比较:

武汉科技大学 硕士学位 论文

第 5 3页

表5 2菱一切分实测与回归计算压力值的比较 . 1 Tb .  T e  pro or l  sr ad r s n  ne rl g svl o al 5 2  cm ai n  e m aue  r e i cu t oi pe a e  e. h o 1 s f  e a n e so o r  n r s  f g l u
da n - u b l                                        imo d d mb e

规格
巾1 6 中2 0

机架号
1h 4 1h 4

实测压力( ) k n
15 4 7. 8 4 2 00 6 6 .0

计算压力( ) k n
9 _9 4 27 5 9

误差 %
4 .0 4 71 9 1

2 014 2 .1 9

13 2 7 5 43

由 52 表 . 可知,该模型对菱一切分孔型的计算值与实测值误差较大。 1 哑铃一哑铃分回归计算值与实测压力值的比较:
表 5 3哑铃一哑铃实测与回归计算压力值的比 . 1 较 Tb .  T e  pro or l  srad rso cut rl g svl o al 5 3  cm ai n  e m a e  r e s n  ne oi pe a e  e. h o 1 s f  e u n e i o r  n r s  f a g l u
d mb e - u b l                                      u b ld mb el

规格
由2 0 小1 6

机架号
1h 5

实测压力( ) k n
2 46 1 6 .8

计算压力( ) k n
2 03 2 9 .8 5
1 24 6 7 -3 2

误差%
- .1 3 97 0 6

1h 5

1 08 7 6. 0

-.3 7 72 1 6

1 该模型对哑铃一哑铃孔型的计算值与实测值的误差较小, 而且压 由表 5 3      分析可知, .
力值均偏大

综合模型的计算值与实测值的比较:
表5 4综合模型计算值与实测值的比较                        . 1

Tb .  T e  pro or l srad r s n ner lg svl oier i al 5 4  c ai n e m a e  r e i cut oi pe a e n gav e. h o 1 m s f  e u n e so o r  n r s  f  te a g l u t
规格
小1 6 1 6 1 6 1 6 巾2 0 山2 0 2 8

mo l                                        de

机架号
4 h 7 v 8 h 1h 7 1h 4 1h 7 1 6 lh 7

实测压力( ) k n
1 8 .6 0 02 4

计算压力值( ) k n
9 15 2 2 1 .0 2
3 37 3 2 4 .14

误差%
1 .2 2 56 2 7

3 65 1 7 .4 413 9. 7 0 3 59 6 1 .0 7
2 00 6 6 .0 6 05 2 4 .3

87 8 9 .1 17
1 .2 6 51 0 4
一 10 7 1 .5 9 -3 1 1 1 .4 7

4 67 9 7 1 .8 0

3 08 9 1 5. 4 3
2 41 5 3 9 .7 1
5 61 5 7 8 .7 6

8 8 12 . 62 4
46 7 8 .8 9 5 78 8 5 . 63 5

2 96 3 8 .8
5 53 1 9 .3

2 61 2 7 .0 7 58 4 45 6

由2 8

由表 5 4可知,综合模型误差一般不超过 1} . 1 5, 采用 B? 斯米尔诺夫统计获得的近似公式简化后得到的模型进行回归后,计算压 K?
力值与实测压力值的比较:

第 5 4页

武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文
表 5 5由B" 斯米尔诺夫近似式回归后的压力比较表 . 1 K?

T be5 5 e  p r o o ram au   d  rso cu t rl g  svle  K? a l . T cm ai n  el  sr a rge i o ne oi pe a o B. .  h o 1 s f  e e n e s n  r  n r s u f  l 规格
1 6 1 6 1 6 2 0
2 8

机架号
4 h 8 h 1 hv 7/ 1 hv 7/ 1 hv 7/

k n 实测压力值( )计算压力值( ) k n
1 8 .6 0 02 4 413 9. 7 0 3 59 6 7 1 .0 6 6 05 2 4 .3
5 53 1 9 .3

误差 %
45 0 5 4 .4 7 3 4
47 6 3 1 .2 8 9 6

1 3 .1 01 2 2 4 78 6 6 .2 5 3 1 63 0. 2 2
6 96 9 3 .6 9

46 5 5 2 .3 6 4 9 01 4 8 9 .3 5 8 9
93 7 3 5 .1 0 6 9

5 98 3 3 .6 8

通过以上分析可知, B- 嘶米尔诺夫统计获得的近似公式比      采用 K 采用Bad o -i l - r Hl nF d l

理 公 为 础 , 型的 差 论 式 基 的Q模 误 大。
542轧制力矩计算结果比较分析 .. 轧制力矩计算结果和实测值的比较分析见表 510 . 6
表 5 6轧制力矩实测值与计算值表                        . 1
T b .  T e  ai n ram aue  rg so cu t vl o rl g q e a l 5 6  cmp r o o el  sr ad  r s n  ne a e  oi tru e. h o 1 s f  e n e e i o r u f  n o l
机架号
4 8 1 3 1 5 1 6 1 7 1 7 1 6
1 7

实测 M (n? z  m) k
9. 35

实测 Pk) ( n
1 8 .6 0 02 4

计算M 值峨〕 m z 知.)
9 .1 5 48 2

误差 %
-.0 7 1 34 4
3 .2 2 43 9 9 -1 5 6 1. 5 0

3 6
72 . 60 .7 1. 07

41 3 9. 7 0 3 99 7 5 .5 3 108 7 6 .0 129 8 2 .0
31 .0 7 59 6 6 05 2 4 .3 2 96 3 8 .8

2 .4 4 36 1 6
79 6 0 .9 0 5 46 8 4 .7 4 2

2 .2 1 29 5 7
22 7 4 .1 2 9

1 .6 7 04 2 5 1 .6 7 37 3 3
1 .6 2 47 4 6

1. 66
99 . 1 .5 40 巧 名6

1 .8 9 70 5 4
-9 1 4 4 .3

1 .6 3 67 8 2 3 .2 3 07 7

-93 7 1 .4 5
-37 0 9 .4 9

5 53 1 9 .3

由表 5 6     可知,轧制力矩的实测值与回归计算值除了第 8 1, 误差偏大外, . 1 ,  1 5 7 其余
误差较小。

武汉科技大学 硕士学 位论文
6 结论

第 5 5页

()根据现场轧机机组特点,设计了用于短应力轧机、紧奏式轧机和有牌坊轧机等      1 三种形式的压力传感器。 应用结果表明, 传感器的结构合理,使用效果良 好,较好地解决 了短应力轧机和紧奏式轧机轧制压力测试的难题。 ()根据现场实际情况,      2 编写了 实时数据采集系统软件。该软件具有实时曲线动态 显示、 数据存储、数据查询, 数据分析及建模。 数据存储在A es数据库中; ce s 数据查询功 能可以根据序号和时间查询; 数据分析具有趋势线和等高线 ( 结合Maa)及负荷对比功 tb l 能;同时还具有建模功能。

<) l - r Hl      d o -i理论为基础, 3 以B n F d l a 通过M t b.的数理统计工具箱中的非线性拟 aa 5 L6 合和预测交互图形工具nn o 建立了椭圆 lt l io , 一圆、 菱一切分、 哑铃一哑铃以及综合孔型系
统 的轧制 压 力数 学模 型 ;其均方根误 差分别 为 02 31 08. 4 8e 1i + . 0e 0i + . 9- 0, 4 - 0 4 0

01 75- 7 0 029。以B? 斯米尔诺夫公式为基础,同样采用 nn o工具, +. 9e 0i . 181 8 0 .  0 K, lt l io 建立了 一圆孔型系统的 椭圆 轧制压力数学模型。 均方根误差02 1e 0i计算结果表明, +. 6- 8 5 0 。 椭圆 一圆模型精度最高,综合模型以Bad o -i模型较好。可以 l - rHl nFd l 应用于生产现场的压
力预报 。

()采用按轧制力确定轧制力矩的公式,建立了用于计算轧制力矩的力臂系数统计        4

型 学 型 模 形 为 一. 一06 . x . 5 其 方 误 位 数 模 。 型 式 。0 2。 8 1 0 h 01二。 均 根 差 4 . x 0 _ 1 4 0 十 7  6 0 十
0 79 经计算力矩值与实测力矩值的比 . 9, 1 较,除个别机架外,其余精度较高。

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第 5 6页

武汉科技大学 硕士 论 学位 文

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武汉科技大学 硕 学 文 士 位论
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武汉科技大学 硕 学 论 士 位 文

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武汉科技大学 硕 位 文 士学 论
致 谢

第 5 9页

在论文完成之际, 衷心感谢在硕士学习过程中给与我无私帮助的各位老师和同学及家
人。

首先感谢我的导师任勇副教授,以      及程晓茹老师和胡衍生老师,他们在学业上严格要 求,精心指导,使我能够顺利完成了学习及试验工作。论文在选题和研究方法方面都得到

了 导师的精心指导。 在他们的帮助下, 我学习积累了 论文所需的理论基础, 在收集整理资
料及论文的写作过程中,导师们都提供了极大的帮助和支持。同时,论文的每一部分都得 到了导师的细心修改。与此同时,耳濡目 染导师平易近人朴实的生活作风、认真严谨的治

学态度,这使我从中感悟许多。非常有益于我今后的学习、生活、工作。 在此, 谨向我的 导师任勇副教授,以 及程晓茹老师和胡衍生老师,致以最衷心的感谢和最崇高的敬意。 几年的学习、工作,不仅极大丰富了我的知识,开阔了视野,      锻炼提高了我的学习工 作能力,更重要的是从周围老师和同学身上潜移默化的学到了许多做人做事的道理,在这
里,还要向给我授过课的赵刚老师,杭乃勤老师表示最衷心的感谢。 在此,在做课题和试验的过程中,得到了我的导师任勇副教授、胡衍生老师、程晓茹      老师的大力支持,得到了王生朝、张毅、陈利、黄灿同学的无私帮助,在论文完成之际, 向他们表示深深的谢意及美好的祝愿。


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