一種冷軋軋制過程中電機功率的預(yù)測方法
【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功率的預(yù)測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在冷乳乳制過程的工藝參數(shù)中，電機功率是最重要的力能參數(shù)之一，其主要應(yīng)用 于主電機容量選取、設(shè)備校核以及乳制規(guī)程設(shè)定等。例如，對于冷連乳機組而言，通常選取 各機架按功率成比例的方式進行負荷分配，從而可以使電機能力得到充分發(fā)揮以獲得機組 最大生產(chǎn)率；同時，在乳機速度設(shè)定和工藝參數(shù)極限檢查中，都需要計算電機功率。因此，電 機功率的計算精度在板帶材過程控制中是至關(guān)重要的。
[0003] 為了計算主電機功率，首先需要確定主電機軸端的力矩。在穩(wěn)定乳制時，主電機軸 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，即克服乳制時乳輥軸承、傳動機構(gòu) 及和乳機其它部件所需要的力矩；M。為空轉(zhuǎn)力矩，為乳機空轉(zhuǎn)時所需要的力矩。
[0006] 在主電機傳動的輸出力矩中，乳制力矩Mr最大，該項可以通過理論計算獲得，進而 可求出乳制功率；而乳制過程中損失力矩隊的理論計算非常復(fù)雜、模型參數(shù)難以確定，因此 乳制過程中的機械損失功率的計算也難以通過理論模型獲得。目前，在冷乳乳制過程中一 般通過電機效率系數(shù)來修正電機功率。但是，在實際生產(chǎn)中，由于乳制力、乳制速度等因素 會發(fā)生變化，乳制過程的機械損失功率并不為固定值，因此傳統(tǒng)的電機功率模型具有一定 的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(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功率的預(yù)測方 法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0009] -種冷乳乳制過程中電機功率的預(yù)測方法，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：各機架入口厚度、各機架出口厚度、各機架入口張應(yīng)力、各機 架出口張應(yīng)力、乳制速度；
[0014] 步驟2、通過簡易有限元法計算乳制力矩和乳制功率；
[0015] 步驟3、進行冷乳電機功率損耗測試，得到冷乳電機機械功率損耗與乳制力、乳制 速度之間的關(guān)系，并計算冷乳電機機械功率損耗；
[0016] 步驟4、將計算得到的乳制功率、電機機械功率損耗求和得到冷乳乳制過程中電機 功率預(yù)測結(jié)果。
[0017] 所述步驟2通過簡易有限元法計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、對乳件的塑性變形區(qū)進行微單元劃分，建立簡易有限元模型；
[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、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、出口彈性區(qū)的接觸弧長、乳輥壓扁半徑；
[0023] 步驟2-5、對各微單元進行受力分析，根據(jù)邊界條件分別計算前滑區(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、通過對每個微單元進行累計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乳輥產(chǎn) 生的力矩之和；
[0026] 步驟2-7、計算考慮彈性變形區(qū)的總?cè)橹屏，通過總?cè)橹屏τ嬎闳檩亯罕獍霃?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)迭代計算；
[0027] 步驟2-8、計算考慮張力的乳制功率。
[0028] 所述步驟3進行冷乳電機功率損耗測試的具體步驟如下：
[0029] 步驟3-1、判斷當(dāng)前冷乳電機是否已進行冷乳電機功率損耗測試：是，則執(zhí)行步驟 3-4,否則執(zhí)行步驟3-2;
[0030] 步驟3-2、進行冷乳電機功率損耗測試，采集不同乳輥轉(zhuǎn)速、不同乳制力以及相應(yīng) 狀態(tài)下的冷乳電機輸出功率，回歸得到冷乳電機功率損耗與乳制力、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架的冷乳電機機械功率損耗回歸模型參數(shù)；
[0032] 步驟3-4、計算冷乳電機機械功率損耗。
[0033] 所述步驟3-2按如下步驟進行：
[0034] 步驟3-2-1、建立冷乳電機機械功率損耗回歸模型：
[0035] Pl= a P+Vr · (bp+Cp · F)
[0036] 式中，PJ%冷乳電機機械功率損耗，kW ;V ^為工作輥乳輥轉(zhuǎn)速，rad/s ;a P為冷乳電 機機械功率損耗回歸模型中的常數(shù)項，kW;bP為冷乳電機機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行空壓靠，對不同乳制速度下的乳制力及 冷乳乳機的電機輸出功率進行采集，并對采集的數(shù)據(jù)進行處理；
[0038] 步驟3-2-3、利用最小二乘法對采集的數(shù)據(jù)進行回歸，獲得冷乳電機機械功率損耗 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機 械功率損耗回歸模型，即當(dāng)前機架的冷乳電機機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] 針對傳統(tǒng)冷乳電機功率計算過程中未充分考慮乳制過程中的機械損失功率的缺 陷，本發(fā)明提供了一種理論計算與實驗數(shù)據(jù)回歸相結(jié)合的冷乳乳制過程中電機功率的預(yù)測 方法，將冷乳機的電機輸出功率分為乳制功率和機械功率損耗。其中，乳制功率采用簡易有 限元方法理論計算獲得，而電機機械功率損耗采用實驗數(shù)據(jù)回歸方法獲得。本發(fā)明方法在 大多乳機調(diào)試過程中均能方便的實現(xiàn)，且不需要成本上的投入，通過本發(fā)明提供的方法可 以得到電機功率損耗、乳制速度和乳制力之間的關(guān)系，提高電機功率的預(yù)測精度。本發(fā)明具 有推廣應(yīng)用價值，可推廣應(yīng)用于單機架以及多機架連乳機的電機功率計算中。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的塑性變形區(qū)的微單元劃分示意圖；
[0043] 圖2為本發(fā)明【具體實施方式】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【具體實施方式】的通過簡易有限元法計算乳制力矩和乳制功率的流 程圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明【具體實施方式】的冷乳乳制過程中電機功率的預(yù)測方法流程圖；
[0046] 圖5為本發(fā)明【具體實施方式】的具體實例中單位乳制壓力沿接觸弧的分布圖；
[0047] 圖6為本發(fā)明【具體實施方式】的電機機械功率損耗測試流程圖；
[0048] 圖7為本發(fā)明【具體實施方式】的電機機械功率損耗測量數(shù)據(jù)及擬合曲線；(a)為電 機機械功率損耗實測曲線和擬合曲線；(b)為乳輥速度實測曲線；（c)為乳制力測試曲線；
[0049] 圖8為本發(fā)明【具體實施方式】的電機機械功率損耗與乳制速度、乳制力之間的關(guān)系 曲線。
【具體實施方式】
[0050] 基于本發(fā)明的冷乳乳制過程中電機功率的預(yù)測方法可適應(yīng)于單機架或連乳機組 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)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步 詳細的說明。
[0051] 本實施方式是針對某1450mm五機架冷連乳機組的冷連乳機電機功率進行預(yù)測， 各個機架均采用了相同的方法預(yù)測冷乳電機功率。
[0052] -種冷乳乳制過程中電機功率的預(yù)測方法，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；
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