铝热连轧跑偏控制模型及应用研究

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1、铝热连轧跑偏控制模型及应用研究1绪论1.1选题背景及意义在金属材料中，招仅次于钢铁，为第二大类金属。锡及销合金材料具有质量轻、强度高、耐腐烛、易加工等优点被广泛应用于国民经济的各行各业，特别是在航空航天、建筑装饰、包装印刷、电子家电、交通运输等领域尤其普遍。目前，招的消费量在全世界已经超过了4000万吨，而银材的消费量在3000万吨以上，错板带世界平均消费量约占招材消费总量的56%。其中，36%左右的锅材用于交通运输行业，20%左右用于包装工业，20%左右用于建筑行业，而用于军需工业的锅材已经下降到3%以下。美国是世界上招板带消费量最高的国家，达到66%,日

2、本招板带消费量达到47%，而中国只有世界平均水平的30%，差距十分明显。其主要原因是国内招板带还料质量与国外存在很大差距，主要表现在热乳装备的落后和生产技术水平不完善，直接影响到招板带的生产和产品的品质。其中锅热连乳跑偏是直接影响锅板带的生产和产品的品质的关键因素[1_3]。基于上述考虑，本文结合3104宽幅热乳卷跑偏控制策略研究课题，以某招板带生产线为依托，展开销热连乳的跑偏控制模型及策略研究，提出基于现场数据的跑偏控制策略和自适应控制策略，力求解决锡热连轧跑偏控制的技术难题。1.2国内外研究现状板带材的轧制过程是一个及其复杂的金属压力加工过程，涉及礼制理

3、论的众多分支。但大部分轧制理论模型都是建立在横向对称的基础上的。如研究乳辑变形的悬臂梁模型就是以乳辊轴向中心对称面为固定端，取乳辑对称的一半作为计算对象；乳制区三维乳制理论的研究由于将乳制区看成横向对称的，模型可以进行更多的简化。而要研究横向失稳演变机理必须研究在横向非对称诱因（如来料厚度横向分布不对称、温度横向分布不对称、调整辑缝横向不对称等）扰动下，乳制参数的横向动态特性，如乳制区摩擦力横向分布动态特性、变形抗力横向分布动态特性、親系弹性压扁变形横向动态特性等，涉及较多正在发展的尚未成熟的乱制理论研究分支及学科交叉领域。从横向对称性角度来说，理想轧制时乳

4、件的宽度中心线应与轧制中心线重合。乳件跑偏，就是是在横向非对称初始因素影响下，乳制系统参数失去对称性的外在表现。其中厚差是跑偏的诱因，偏心是跑偏的初值，速度差是跑偏的扩展速度。因此，可以说跑偏是横向非对称演变过程的工程描述、是横向非对称破坏在连乳生产中的实际表现形式。研究跑偏机理就是研究不同横向非对称因素(如乳件横向楔形、横向温差)对跑偏量和跑偏趋势的影响规律、跑偏过程中乳制系统状态参量(如辑系变形、辑间接触压扁变形、有载辑缝、辑间压力分布、乳制区变形抗力三维分布、摩擦力三维分布、前滑速度、后滑速度等)的变化规律及综合关系。因此，跑偏机理的研究涉及乱制理论中

5、的辑系变形理论、乳制区变形理论等。目前，国内外在辑系变形研究领域内主要对辑间压力分布、有载親缝、礼辑轴线位移、倾斜辑等进行了深入研究，并且在不同假设条件和边界条件下建立了相关的理论解析模型和数值分析模型，形成了比较成熟的辑系变形理论。2跑偏控制模型的建立与分析2.1跑偏数学模型分析乳件在乳制过程中，由于乳件非对称性（礼件放偏，乳件楔形等）和乳机非对称性（辑缝模形，乳机两侧刚度不相等）的存在，乳制时乳机两侧乳制力不同，使得乳件出现楔形，并快速往一边跑偏。影响乳件后续乳制过程，甚至导致乳件拉断，乳辑受损等严重事故[62，63]。因此，乳件在轧制过程中跑偏的直接表

6、现形式为轧件模形[64]。乳件产生楔形主要有以下两个原因：(1)乳件初始模形；(2)乳制过程中由于乳机非对称性、乳件表面温度分布不均等诱因而使得轧件产生模形。无论轧件跑偏的初始影响因素是什么，乳件乳制前后楔形率差的正负与乳件的跑偏具有对应关系。当轧件往操作侧跑偏时，乳件楔形率差小于零；当乳件往传动侧跑偏时，乳件楔形率差大于零;当乳件不跑偏时，乳件模形率差等于零。故式(2-3)能准确地反映乳件的跑偏方向。因此，在此提出以乳制前后楔形率差作为判断乳件是否跑偏的特征量。2.2仿真结果分析与跑偏控制方案设计在乳制过程中，在F3、F4机架，由于乳制厚度变小，乳辑的变形

7、小，乳件凸度变小，对乳件跑偏比较敏感，所以容易产生跑偏，尤其以F4较为突出。故以下主要是对F4机架进行仿真分析。)通过对非对称情况下乳制时乳机的变形模型进行分析，建立了乳件在存在跑偏影响因素下乳制时的出口厚度模型，并通过化简得到了单侧厚度模型；综合非对称情况下乳件的单侧出口厚度模型和楔形率差与跑偏量的关系得出了乳件在乳制过程中乳件跑偏框图，并对1+4错热连乳中F4机架进行了仿真计算。通过仿真分析可知，无论是单因素还是综合因素情况下，都可以采取辑缝差进行调整，抑制跑偏的产生。根据乳制力差、横向辑缝差以及礼件的力系平衡，建立了乳件楔形的观测模型；选择由恒模形率计

8、算出来的目标模形与由观测模型所计算出来的乳件出口楔形