高速钢轨轧制参数优化系统的研究与应用

《高速钢轨轧制参数优化系统的研究与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、·重庆大学硕士学位论文1绪论而先进的钢轨生产工艺二次除鳞可保证钢轨的表面质量。传统钢轨生产工艺加热炉加热的钢坯温度不均,造成一支钢轨断面尺寸的波动，成品断面的对称性不理想,轨高、底宽、腹高等尺寸控制精度不高；先进的钢轨生产工艺用万能轧机生产钢轨，可保证钢轨的尺寸精度，表面质量好，先进的钢轨生产工艺在冷床可实现钢轨的预弯，减少矫后钢轨的残余应力。传统钢轨生产工艺改造前钢轨矫直存在矫直盲区，端头平直度、端头扭转较难控制，端头扭转要靠轧制工序进行控制；先进的钢轨生产工艺实现了长尺矫直和长尺探伤，可减少矫直盲区和探伤盲区。

2、先进的钢轨生产工艺可以长尺交货，从而可减少铁路部门焊缝数量，增加行车安全感[20][23][30]。1.3钢轨的万能轧制特点用万能轧机轧辊和轧边机轧辊在钢轨整个断面上所施加的锻压作用要比老式的、传统工艺轧制钢轨时所得到的锻压作用好。在传统轧制工艺中，典型的单向压力不是直接施加在轨头或轨底。相反，在万能轧制中，压力是直接而且主要是压缩轨头和轨底，同时整个断面的压力处于良好的平衡状态。万能轧制包含在万能轧机和与之毗连的轧边机中交替地加工成型金属。在万能轧机中，在控制轨腰、轨底和轨头厚度的同时，在四个垂直方向上给轧件施加

3、了大的压下量。延伸系数相当大，每道次在1.25～1.4之间变化。轧边机主要是用来控制轨底的整个宽度和轨头侧面及鱼尾板腹部的形状。在一架半万能轧机上得到最后的钢轨形状，此半万能轧机在轨底一侧有一个立辊，而两个水平轧辊只在轨腰和轨头侧面上施加一轻微的直接压力。万能法轧制钢轨的轧制技术有以下几个特点：①多变量轧制过程中涉及的物理量很多，他们是随着时间进程与空间位置而变化的，如温度、压力、速度、流量、辊缝、张力等。而且很多物理量是以场的形式存在的，如温度场、应力场、应变场、速度场等。②强耦合上述变量中任何一个发生变化都将引

4、起其他多个变量发生变化，从而导致整个系统状态的变化，轧制力的变化引起塑性变形功率的变化，反过来又引起张力的变化。③非线性轧制过程中的许多相关关系是非线性的，这里既有几何非线性问题，也有物理非线性问题。例如应力应变关系，轧机刚度曲线、轧件塑性曲线等。④时变性轧制过程不可能长期稳定的维持在一个理想的最佳点，上述大量非线性、强耦合的变量时时刻刻在变化着，影响着目标控制量的变化。例如轧辊偏心引起轧件周期性变化。现代金属轧制过程的控制非常复杂，影响钢轨精度的因素很多，而且这些参···2···重庆大学硕士学位论文1绪论数相互之

5、间有一定的相关性，它涉及到压力、速度、流量、温度等大量的物理参数，以及弹性形变、塑性变形、热－力耦合等复杂过程、工件内部组织结构与性能的变化等多方面问题。这些因素与钢轨规格精度控制存在复杂的非线性关系，到目前为止，国际上还没有一个确定的数学公式来表示这些因素与钢轨精度之间的关系。面对这一堆复杂的问题，循规蹈矩的按照传统的方法，从几条基本假设出发，列出几个方程，进行简化求解，显然难以得到理想的结果。一方面，在长期的生产实践中，工程技术人员收集了大量的现场生产数据，只能靠经验来设定这些因素的值，来轧制出满足精度要求的钢

6、轨。另一方面，随着铁路的提速，对钢轨产品质量、品种、性能等方面要求的日益提高，其质量指标已经达到了相当高的程度。例如在外形尺寸精度方面，有很高的公差要求。虽然传统的轧制理论曾经在轧制技术的发展中起到了积极的作用，但是它已经远远不能满足现在轧制技术发展的需要。因此，为了寻找这些因素与钢轨精度之间的关系，首先需要研究这些影响钢轨精度的因素之间的内在规律，将这些数据分类整理后，直接给出内在的关系模型。为此，需采集大量的轧制工艺参数数据，然后采用数据挖掘技术，找出影响钢轨规格精度的可控因素隐含的内在信息，从而建立钢轨参数优

7、化模型，寻找满足钢轨规格公差范围内的可控参数的调节范围，确定这些参数的取值范围，为下一步寻找参数与钢轨精度模型确定自变量的边界条件。合理的轧制工艺，先进的设备，合理的优化模型，能生产出高质量的产品。目前我国的钢轨生产厂家相继对钢轨生产线进行了改造并生产出了质量高的长尺钢轨，使我国钢轨生产赶上了世界先进水平，为我国铁路运输事业发展做出了贡献[1][10][23]。1.3轧制参数优化技术的研究现状优化技术是一种以数学为基础，用于求解各种工程问题优化解的应用技术。优化技术的发展，首先来自于工程实际的需要。作为一个重要的学

8、科分支，它一直受到人们的广泛重视，并在诸多工程领域得到迅速推广和应用，如系统控制、人工智能、模式识别、生产调度和计算机工程等。最优化方法是用数学的结果和计算机的数值方法去寻找一个最佳的选择。优化技术在第二次世界大战前是古典的微分法和变分法。在第二次世界大战中，由于军事上的需要，提出了大量不能用上述方法解决的最优化问题。因而产生了运筹学，如线形规划、非线性规划