一種冷軋軋制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于板帶乳制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在冷乳乳制過程的工藝參數(shù)中，電機(jī)功率是最重要的力能參數(shù)之一，其主要應(yīng)用 于主電機(jī)容量選取、設(shè)備校核以及乳制規(guī)程設(shè)定等。例如，對(duì)于冷連乳機(jī)組而言，通常選取 各機(jī)架按功率成比例的方式進(jìn)行負(fù)荷分配，從而可以使電機(jī)能力得到充分發(fā)揮以獲得機(jī)組 最大生產(chǎn)率；同時(shí)，在乳機(jī)速度設(shè)定和工藝參數(shù)極限檢查中，都需要計(jì)算電機(jī)功率。因此，電 機(jī)功率的計(jì)算精度在板帶材過程控制中是至關(guān)重要的。
[0003] 為了計(jì)算主電機(jī)功率，首先需要確定主電機(jī)軸端的力矩。在穩(wěn)定乳制時(shí)，主電機(jī)軸 端所需的力矩除乳制力矩外，還包括摩擦力矩、空轉(zhuǎn)力矩等，即：
[0004] M = Mr+Ml= M R+Mf+M〇 (I)
[0005] 式中，Mr為乳制力矩，為使乳件發(fā)生塑性變形所需的力矩為損失力矩，穩(wěn)定乳 制時(shí)主要包括摩擦力矩和空轉(zhuǎn)力矩；Mf為附加摩擦力矩，即克服乳制時(shí)乳輥軸承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 及和乳機(jī)其它部件所需要的力矩；M。為空轉(zhuǎn)力矩，為乳機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)所需要的力矩。
[0006] 在主電機(jī)傳動(dòng)的輸出力矩中，乳制力矩Mr最大，該項(xiàng)可以通過理論計(jì)算獲得，進(jìn)而 可求出乳制功率；而乳制過程中損失力矩隊(duì)的理論計(jì)算非常復(fù)雜、模型參數(shù)難以確定，因此 乳制過程中的機(jī)械損失功率的計(jì)算也難以通過理論模型獲得。目前，在冷乳乳制過程中一 般通過電機(jī)效率系數(shù)來修正電機(jī)功率。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于乳制力、乳制速度等因素 會(huì)發(fā)生變化，乳制過程的機(jī)械損失功率并不為固定值，因此傳統(tǒng)的電機(jī)功率模型具有一定 的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方 法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0009] -種冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1、獲取帶鋼參數(shù)、乳輯參數(shù)和乳制狀態(tài)參數(shù)；
[0011] 帶鋼參數(shù)包括：帶鋼鋼種、帶鋼來料厚度、帶鋼成品厚度、帶鋼寬度；
[0012] 乳輥參數(shù)包括：乳輥輥徑、乳輥粗糙度；
[0013] 乳制狀態(tài)參數(shù)包括：各機(jī)架入口厚度、各機(jī)架出口厚度、各機(jī)架入口張應(yīng)力、各機(jī) 架出口張應(yīng)力、乳制速度；
[0014] 步驟2、通過簡(jiǎn)易有限元法計(jì)算乳制力矩和乳制功率；
[0015] 步驟3、進(jìn)行冷乳電機(jī)功率損耗測(cè)試，得到冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗與乳制力、乳制 速度之間的關(guān)系，并計(jì)算冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗；
[0016] 步驟4、將計(jì)算得到的乳制功率、電機(jī)機(jī)械功率損耗求和得到冷乳乳制過程中電機(jī) 功率預(yù)測(cè)結(jié)果。
[0017] 所述步驟2通過簡(jiǎn)易有限元法計(jì)算乳制力矩和乳制功率的具體步驟如下：
[0018] 步驟2-1、設(shè)置帶鋼參數(shù)、乳輯參數(shù)和乳制狀態(tài)參數(shù)；
[0019] 步驟2-2、對(duì)乳件的塑性變形區(qū)進(jìn)行微單元?jiǎng)澐郑⒑?jiǎn)易有限元模型；
[0020] 步驟2-3、設(shè)置乳制力的初始值F。和乳輥壓扁半徑的初始值V 。，開始執(zhí)行乳制 力和乳輥壓扁半徑的迭代解耦；
[0021] 步驟2-4、通過給定的乳制力F。、乳輥壓扁半徑R'。，計(jì)算乳制變形區(qū)的幾何參數(shù) 和各微單元的幾何參數(shù)；
[0022] 所述幾何參數(shù)包括塑性變形區(qū)咬入角、塑性變形區(qū)內(nèi)各微單元的厚度、塑性變形 區(qū)內(nèi)各微單元的接觸弧長(zhǎng)、入口彈性變形區(qū)的變形量、出口彈性變形區(qū)的變形量、入口彈性 區(qū)的接觸弧長(zhǎng)、出口彈性區(qū)的接觸弧長(zhǎng)、乳輥壓扁半徑；
[0023] 步驟2-5、對(duì)各微單元進(jìn)行受力分析，根據(jù)邊界條件分別計(jì)算前滑區(qū)各微單元的垂 直壓應(yīng)力和后滑區(qū)各微單元的垂直壓應(yīng)力；
[0024] 步驟2-6、通過對(duì)每個(gè)微單元進(jìn)行累計(jì)求和得到塑性變形區(qū)的乳制力矩和乳制 力；
[0025] 所述乳制力矩為乳件在水平方向上前后張力產(chǎn)生的力矩與所有微單元對(duì)乳輥產(chǎn) 生的力矩之和；
[0026] 步驟2-7、計(jì)算考慮彈性變形區(qū)的總?cè)橹屏，通過總?cè)橹屏τ?jì)算乳輥壓扁半徑 V ;判斷迭代前后乳制力偏差是否滿足精度：若滿足精度要求，則執(zhí)行步驟2-8 ;否則，重 新賦值F。= F，W 。= W，返回步驟2-4繼續(xù)迭代計(jì)算；
[0027] 步驟2-8、計(jì)算考慮張力的乳制功率。
[0028] 所述步驟3進(jìn)行冷乳電機(jī)功率損耗測(cè)試的具體步驟如下：
[0029] 步驟3-1、判斷當(dāng)前冷乳電機(jī)是否已進(jìn)行冷乳電機(jī)功率損耗測(cè)試：是，則執(zhí)行步驟 3-4,否則執(zhí)行步驟3-2;
[0030] 步驟3-2、進(jìn)行冷乳電機(jī)功率損耗測(cè)試，采集不同乳輥轉(zhuǎn)速、不同乳制力以及相應(yīng) 狀態(tài)下的冷乳電機(jī)輸出功率，回歸得到冷乳電機(jī)功率損耗與乳制力、乳制速度之間的函數(shù) 關(guān)系；
[0031] 步驟3-3、從配置文件中讀取各機(jī)架的冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗回歸模型參數(shù)；
[0032] 步驟3-4、計(jì)算冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗。
[0033] 所述步驟3-2按如下步驟進(jìn)行：
[0034] 步驟3-2-1、建立冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗回歸模型：
[0035] Pl= a P+Vr · (bp+Cp · F)
[0036] 式中，PJ%冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗，kW ;V ^為工作輥乳輥轉(zhuǎn)速，rad/s ;a P為冷乳電 機(jī)機(jī)械功率損耗回歸模型中的常數(shù)項(xiàng)，kW;bP為冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗回歸模型參數(shù)，kW/ rad/s ;cP為與乳制力相關(guān)的機(jī)械功率損耗系數(shù)，kW/(rad/s/kN) ;F為乳制力，kN ;
[0037] 步驟3-2-2、分別按照不同的乳制速度進(jìn)行空壓靠，對(duì)不同乳制速度下的乳制力及 冷乳乳機(jī)的電機(jī)輸出功率進(jìn)行采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0038] 步驟3-2-3、利用最小二乘法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，獲得冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗 回歸模型中的aP、bP和cP;
[0039] 步驟3-2-4、將回歸得到的aP、b#P c P保存到配置文件中，確定最終的冷乳電機(jī)機(jī) 械功率損耗回歸模型，即當(dāng)前機(jī)架的冷乳電機(jī)機(jī)械功率損耗與工作輥乳輥轉(zhuǎn)速、乳制力之 間的函數(shù)關(guān)系。
[0040] 有益效果：
[0041] 針對(duì)傳統(tǒng)冷乳電機(jī)功率計(jì)算過程中未充分考慮乳制過程中的機(jī)械損失功率的缺 陷，本發(fā)明提供了一種理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸相結(jié)合的冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè) 方法，將冷乳機(jī)的電機(jī)輸出功率分為乳制功率和機(jī)械功率損耗。其中，乳制功率采用簡(jiǎn)易有 限元方法理論計(jì)算獲得，而電機(jī)機(jī)械功率損耗采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸方法獲得。本發(fā)明方法在 大多乳機(jī)調(diào)試過程中均能方便的實(shí)現(xiàn)，且不需要成本上的投入，通過本發(fā)明提供的方法可 以得到電機(jī)功率損耗、乳制速度和乳制力之間的關(guān)系，提高電機(jī)功率的預(yù)測(cè)精度。本發(fā)明具 有推廣應(yīng)用價(jià)值，可推廣應(yīng)用于單機(jī)架以及多機(jī)架連乳機(jī)的電機(jī)功率計(jì)算中。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的塑性變形區(qū)的微單元?jiǎng)澐质疽鈭D；
[0043] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的乳件塑性變形區(qū)微單元受力分析示意圖；
[0044] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的通過簡(jiǎn)易有限元法計(jì)算乳制力矩和乳制功率的流 程圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方法流程圖；
[0046] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的具體實(shí)例中單位乳制壓力沿接觸弧的分布圖；
[0047] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電機(jī)機(jī)械功率損耗測(cè)試流程圖；
[0048] 圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電機(jī)機(jī)械功率損耗測(cè)量數(shù)據(jù)及擬合曲線；(a)為電 機(jī)機(jī)械功率損耗實(shí)測(cè)曲線和擬合曲線；(b)為乳輥速度實(shí)測(cè)曲線；（c)為乳制力測(cè)試曲線；
[0049] 圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電機(jī)機(jī)械功率損耗與乳制速度、乳制力之間的關(guān)系 曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 基于本發(fā)明的冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方法可適應(yīng)于單機(jī)架或連乳機(jī)組 中，為了能更好地理解本發(fā)明的上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 詳細(xì)的說明。
[0051] 本實(shí)施方式是針對(duì)某1450mm五機(jī)架冷連乳機(jī)組的冷連乳機(jī)電機(jī)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)， 各個(gè)機(jī)架均采用了相同的方法預(yù)測(cè)冷乳電機(jī)功率。
[0052] -種冷乳乳制過程中電機(jī)功率的預(yù)測(cè)方法，如圖4所示，包括以下步驟：
[0053] 步驟1、獲取帶鋼參數(shù)、乳輯參數(shù)和乳制狀態(tài)參數(shù)；
[0054] 帶鋼參數(shù)包括：帶鋼鋼種、帶鋼來料厚度、帶鋼成品厚度、帶鋼寬度；
[0055] 乳輥參數(shù)包括：乳輥輥徑、乳輥粗糙度；
[005