板带轧机厚度控制技术

论文字数:36576,页数:88

1  绪论
1.1  引言
 21世纪世界钢铁工业发展的一个显著特点是钢材市场竞争愈演愈烈，竞争的焦点是高质量、低成本。随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，汽车、机械制造、电器和电子行业对板、带材的质量（主要是板厚和板形的精度）提出了更高的要求。板厚控制技术已成为板带轧制过程中的关键技术之一[1]，我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机，其关键技术就是高精度的板厚控制系统和板形控制系统。HGC系统是AGC（厚度自动控制）系统的重要组成部分，其作用是与轧制速度控制系统、带钢张力控制系统一起保证板、带材纵向厚度的均匀性和较高的厚度精度。随着各行各业对板、带材厚度精度要求的提高，对HGC系统也就提出了更高的要求，而且HGC系统已成为现代化大型冷连轧机中不可缺少的组成部分，其运行状态对产品的质和量都具有重大影响[2]。
 由于大型轧机本身诸多因素的限制，轧机在线实验往往很难进行，因此有必要借助计算机仿真的手段，对影响其厚度精度的HGC系统进行仿真分析，分析系统参数变化对轧制厚度及系统品质的影响，以便了解这些因素对板厚精度影响的规律，提出消除或抑制不利影响的方案，最终为系统的优化设计及对轧制过程的参数设定提供参考。
 现代高速、高效的板、带材的加工，要求HGC系统能够在最短的时间内实现压下并达到精度要求。这就要求控制系统满足两点[3]：一是控制模型的准确性；二是HGC系统的快速性。因此，为了给研究对象选择最合理的控制模型，提高执行机构的反应能力，必须对液压辊缝监控的控制算法和执行机构作更深入的研究。
 板带材几何尺寸精度包括纵向厚差、横向厚差和板形。纵向厚差是指以板宽中点处沿轧制方向的厚度之差；横向厚差是指板、带材同一横断面上，中点与边部的厚度之差，板形直观上讲是指板带材的翘曲程度，实质上是指板、带材内部残余应力沿横向的分布[4]。本文以带钢纵向厚差为主要研究对象。

目  录
1  绪 论………………………………………………………………………………1
1.1  引 言………………………………………………………………………………1
1.2  板带轧机厚度控制技术的发展历程……………………………………………2
1.3  HGC系统国内外研究现状及文研究内容……………………………………5
1.3.1  HGC系统的研究现状及发展方向……………………………………………5
1.3.2  本文的研究内容………………………………………………………………6
1.4  本文的理论意义和实用价值…………………………………………………7
2  厚度控制基本理论及1676MM酸洗－冷连轧联合机组HGC系统简介………9
2.1  厚度控制的基本思想……………………………………………………………9
2.2  影响轧件出口厚度的因素………………………………………………………9
2.3  轧机的弹性变形和轧件的塑性变形……………………………………………11
2.4  1676mm酸洗－冷连轧联合机组HGC系统简介………………………………14
2.4.1  HGC系统软、硬件组成………………………………………………………14
2.4.2  HGC系统主要组件的参数……………………………………………………15
本 章 小 结…………………………………………………………………………15
3  虚拟样机与协同仿真技术………………………………………………………17
3.1  虚拟样机技术及其发展历程……………………………………………………17
3.2  虚拟样机技术研究与应用概况…………………………………………………18
3.2.1  虚拟样机技术研究状况………………………………………………………18
3.2.2  虚拟样机技术在产品研发中的应用…………………………………………19
3.2.3  虚拟样机技术应用概况………………………………………………………20
3.3  基于接口的多领域协同仿真……………………………………………………23
3.3.1  基于接口的多领域建模方法…………………………………………………23
3.3.2  基于接口的协同仿真运行……………………………………………………24
3.4  基于虚拟样机与协同仿真技术的商品化软件——MSC.ADAMS……………25
3.4.1  ADAMS软件简介……………………………………………………………25
3.4.2  ADAMS软件组成模块………………………………………………………25
本 章 小 结…………………………………………………………………………27
4  基于MATLAB/SIMULINK的冷轧机液压辊缝监控系统的建模与仿真……28
4.1  HGC系统建模…………………………………………………………………28
4.1.1  PI控制器………………………………………………………………………28
4.1.2  伺服放大器……………………………………………………………………28
4.1.3  电液伺服阀……………………………………………………………………29
4.1.4  阀控液压缸及辊系负载………………………………………………………30
4.1.5  轧制力传感器…………………………………………………………………37
4.1.6  系统开环传递函数……………………………………………………………37
4.2  HGC系统动态特性分析………………………………………………………37
4.2.1  系统仿真所需主要参数………………………………………………………37
4.2.2  HGC系统动态特性的频域与时域分析………………………………………38
4.3  影响HGC系统动态特性的因素………………………………………………39
4.3.1  伺服阀响应频率的影响……………………………………………………40
4.3.2  油缸固有频率的影响………………………………………………………40
4.3.3  PI控制参数的影响……………………………………………………………40
本 章 小 结…………………………………………………………………………42
5  基于ADAMS/VIBRATION的冷轧机垂直振动模型的研究……………………43
5.1  轧机垂直振动简化模型…………………………………………………………43
5.2  轧机系统各部分等效质量和等效刚度的计算…………………………………44
5.3  使用Pro/Engineer和Mechanical/Pro实现的轧机垂振模型……………………45
5.3.1  ADAMS软件接口模块——Pro/E接口模块（Mechanical/Pro）……………45
5.3.2  Pro/E和ADAMS的连接………………………………………………………46
5.3.3  输出ADAMS数据文件流程…………………………………………………46
5.4  冷轧机机架垂振对板带厚度的影响分析………………………………………46
5.4.1  基于ADAMS/Vibration的机架垂直振动分析………………………………47
5.4.2  轧机颤振对带钢厚度的影响及减振措施……………………………………51
本 章 小 结…………………………………………………………………………52
6  HGC系统的机械、液压、控制领域的虚拟样机建模与协同仿真……………53
6.1  基于ADAMS/Hydraulics的HGC系统机、液模型的集成方法研究…………53
6.1.1  液压系统虚拟样机技术与ADAMS/Hydraulics简介………………………53
6.1.2  液压辊缝监控系统的工作原理及模型简化…………………………………56
6.1.3  1676mm冷轧机液压辊缝监控系统虚拟样机………………………………57
6.1.4  样机模型的验证………………………………………………………………61
6.2  基于ADAMS/Controls的HGC系统机、液、控模型协同仿真方法研究……62
6.2.1  机、液、控模型协同仿真方法介绍………………………………………62
6.2.2  ADAMS/Controls求解基本步骤……………………………………………62
6.2.3  利用ADAMS和MATLAB/Simulink对HGC系统进行的协同仿真………63
本 章 小 结…………………………………………………………………………72
7 结 论…………………………………………………………………………73
附录A  本钢冷轧厂1676MM四机架酸洗－冷连轧联合机组（CDCM）概况 …75
附录B  轧机机座等效刚度的MATLAB计算程序…………………………………76
附录C  1676MM冷轧机第四机架驱动侧液压辊缝监控系统图…………………79
附录D  液压元件主要参数…………………………………………………………80
参 考 文 献…………………………………………………………………………81