非稳态轧制优秀课件.ppt

非稳态轧制第1页，本讲稿共15页非稳态轧制过程研究非稳态轧制过程研究n研究方法研究方法：1.建立研究模型（动力学模型，控制系统模型）2.模型的有限元模拟n研究内容研究内容：1.非稳态轧制的控制 2.轧机振动 3.非稳态润滑与摩擦 4.影响非稳态轧制的因素第2页，本讲稿共15页非稳态轧制的控制论文：薄带钢冷连轧非稳态轧制过程厚度与张力控制研究论文：薄带钢冷连轧非稳态轧制过程厚度与张力控制研究文章以某1420 冷连轧机为背景，针对冷连轧非稳态轧制过程的厚度与张力控制展开研究，取得以下结论。（1）冷连轧非稳态轧制阶段厚度、张力控制遇到的问题主要是控制层面而非工艺层面的问题。在轧制过程中，影响厚度和机架间张力的干扰很多，概括起来可以分为以下四类：1）系统自身摄动及未建模动态；2）轧制过程的非随机性强干扰；3）随机干扰；4）非稳态阶段的不确定性干扰。影响稳态轧制阶段厚度及张力控制的干扰在非稳态阶段仍然存在而且干扰程度加剧，更主要的是在非稳态轧制阶段还有着特有的不确定性干扰。这是造成冷连轧非稳态轧制过程厚度与张力控制困难得根本原因。第3页，本讲稿共15页非稳态轧制的控制（2）针对冷连轧非稳态轧制过程的特点，在控制系统设计时，有必要考虑系统的鲁棒性，增强闭环系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能是提高非稳态轧制过程厚度与张力控制水平的关键。（3）以鲁棒 分析为工具，以鲁棒稳定性和鲁棒性能为评价指标，对某1420 冷连轧机成品机架的厚度控制系统进行了剖析。在此基础上设计了鲁棒控制器，提高了厚度精度。第4页，本讲稿共15页非稳态轧制时轧机振动n轧机在正常轧制时不存在振动现象，但是在非稳态轧制时，经常会因为振动的原因而发生严重的设备事故。这些事故多发生在轧机的传动系统，使600mm1000mm的传动轴或轧辊断裂。事故的原因是轧制过程中的轧机失稳，如轧辊与轧件之间打滑、上下轧辊的力矩分配不均匀、前后轧件之间的冲击以及轧件出口时扣头撞击机架辊或溜板等。第5页，本讲稿共15页非稳态轧制时轧机振动（论文（论文1：非稳态轧制时轧机振动的形态与评判）：非稳态轧制时轧机振动的形态与评判）通过对初轧机扭振实测示波图的分析，可以得出确定异常工况识别指标及特征，并将有关参数与轧制监控系统连接，及时调整某些参数，实现稳定轧制。（论文（论文2：非稳态轧制时轧机振动稳定性的数值分析）：非稳态轧制时轧机振动稳定性的数值分析）文章对轧机的传动系统扭转振动建立了一个力学模型，得出了系统在非稳定自激振动下轧制速度与轧制力的关系，推得轧制力和轧制速度对系统自激振动的影响，从而为轧制生产工艺过程中避免产生自激振动提供了可靠的理论依据。第6页，本讲稿共15页非稳态轧制时轧机振动（论文（论文3：金属塑性加工工作界面非稳态润滑轧机振动控制）金属塑性加工工作界面非稳态润滑轧机振动控制）轧制润滑乳化液的黏度越大，振动的临界速度越低；轧件的出口厚度越小，入口厚度越大，振动临界速度越低；轧件的变形抗力越高，振动临界速度越低；轧辊、轧件的表面粗糙度越高，轧机振动临界速度越高；轧辊半径越大，振动临界速度越高；轧机垂直系统本身的正阻尼(工作辊间阻尼以及压下油缸阻尼)越大，振动临界速度越高，振幅也越小；轧制速度越高，振幅越大。第7页，本讲稿共15页非稳态轧制时的润滑与摩擦（论文（论文1：金属轧制过程工作界面非稳态润滑模型研究）：金属轧制过程工作界面非稳态润滑模型研究）n基于非稳态流体动力润滑理论和相应的数学物理方法，建立了板带轧制时工作界面非稳态润滑基本模型。n通过入口区的分析，确定了入口油膜厚度。考虑了非稳态变量如带张力、轧削速度、入口角等因素对入口油膜厚度的影响，同时还分析了入口油膜厚度的频率响应情形。入口油膜厚度幅值与输入频率成反比。入口油膜厚度呈周期性的变化，但不是正弦波形，所以整个轧机润滑系统是非线性的。非稳态工作区的分析建立在已知的入口油膜厚度基础之上。通过数值计算，定性地分析了后张应力、表面平均速度、入口角等参数对油膜厚度分布的影响。第8页，本讲稿共15页非稳态轧制时的润滑与摩擦（论文（论文2：基于一种广义摩擦公式的金属非稳态：基于一种广义摩擦公式的金属非稳态成型过程弹塑性行为的分析）成型过程弹塑性行为的分析）n通过理论分析推导，归纳总结了一个广义摩擦公式。同时应用该公式，对典型金属成型过程非稳态轧制过程进行了三维大变形弹塑性有限元分析。对轧辊与工件之间的接触（摩擦）问题，用这种新的摩擦公式进行了较精确计算。n对数值计算结果（包括轧制力、轧制力矩以及界面间的正应力和剪应力）进行了分析讨论。证明广义摩擦公式是切实可行的。第9页，本讲稿共15页非稳态轧制时的润滑与摩擦（论文（论文 3：轧制界面非稳态润滑过程系统动力学模型：轧制界面非稳态润滑过程系统动力学模型的建立及其数值模拟）的建立及其数值模拟）(1)建立了考虑辊缝非稳态润滑过程轧机系统动力学模型，该模型以金属塑性加工界面非稳态润滑理论为基础，将轧机垂直振动的研究深入到辊缝中，综合运用工作界面上的轧制力模型、界面摩擦模型、工作辊运动模型构成的界面薄膜约束多重耦合模型。(2)通过对某一大型公司2800轧机的仿真分析，定量地分析了一些主要参数对轧机垂直自激振动临界速度的影响，并对提高产品质量，抑制轧机振动，起到了很好的现场指导作用。第10页，本讲稿共15页影响非稳态轧制的因素（论文（论文：工艺参数对非稳态轧制过程的影响规：工艺参数对非稳态轧制过程的影响规律研究）律研究）采用热力耦合刚塑性有限元法对平板精轧机组的非稳态轧制过程进行了仿真，并将仿真结果与实际生产数据进行了比较，结果表明所采用的方法对非稳态轧制过程进行仿真是可行并且可靠的。在此基础上，分析了轧制温度、前后张力等工艺参数对非稳态轧制过程的影响规律，提出了缩短板带头部厚度不考核长度的措施。通过仿真得出了非稳态轧制过程的轧制温度及轧制力随轧制时间的变化情况，分析了轧制温度、前后张力等工艺参数对轧件头部出口厚度的影响规律。分析结果表明：可以通过控制冷却液喷射量来减少轧件与冷却液之间的对流换热使板头保持较高的温度，也可以通过微调张力，来减少轧件头部厚度超差的长度，提高成材率。第11页，本讲稿共15页非稳态轧制过程的有限元模拟（论文（论文1：平板轧制咬入阶段非稳定变形：平板轧制咬入阶段非稳定变形的有限元模拟）的有限元模拟）1)用显式动力学弹塑性有限元对平板轧制过程进行r数值模拟。计算结果与实验数据相符，表明显式动力学有限元方法可以成功地模拟轧制过程；2)轧件咬入阶段的等效应力在自由边界区域存在明显的预应力区，而稳定轧制阶段只在即将进入辊缝的轧件中心区域存在预应力区；3)轧件咬人阶段轧件头部的金属流动趋势明显偏离轧制方向，而轧件头部的位移分布表明咬人阶段的非稳定变形具有形成头部凸形和边部凹形的趋势；4)轧件头部凸形和边部凹形都随压下率的增大而增大表明压下率越大，非稳定变形越严重。第12页，本讲稿共15页非稳态轧制过程的有限元模拟（论文（论文2:非稳态轧制过程的热力耦合刚塑非稳态轧制过程的热力耦合刚塑性有限元模拟）性有限元模拟）采用三维大变形热力耦合刚塑性有限元法对平板轧制咬入阶段进行仿真，仿真条件与实际轧制过程一致。将仿真结果与实际生产数据进行比较，结果表明采用该方法对非稳态轧制过程进行仿真是可行并且可靠的。研究了非稳态阶段的轧制力分布特点和轧件的变形特点，分析了轧件表面温度对头部厚跃现象的影响规律，轧件头部与本体部分温差较大是产生头部厚跃现象的一个主要因素。第13页，本讲稿共15页n轧机正常轧制时不存在振动现象，但是在非稳态轧制时，如轧钢时咬入轧件，抛出轧件，间隙冲击，打滑，机械共振和机电共振，都使得传动系统出现相当大的尖峰力矩。力矩最大尖峰值与轧制力矩稳定值的比值称为扭矩放大系数，此系数可达5、6甚至更大。过大的力矩放大系数不仅对设备运行产生危害，就现代轧制而言，对生产工艺及产品质量也会产生不利的影响。因此研究更精确的轧机扭转振动稳定性分析模型，对避免轧机产生扭转振动和提高轧机的生产率及轧制产品的质量，具有十分重要的实际意义。第14页，本讲稿共15页THE ENDTHANK YOU第15页，本讲稿共15页