基于MATLAB锥形辊穿孔机开度值的计算与分析.pdf

技术交游
53
基于 MATLAB锥形辊穿孔机开度值的计算与分析
万本振1,韩建元,汤智涛2
(1.太原重工股份有限公司技术中心,山西太原030024;
2.黑龙江建龙钢铁有限公司,黑龙江双鸭山155100)
摘要:为实现高精度钢管的轧制,必须计算变形区中轧辊的开度值。介绍一种基于 MATLAB软件计算锥
形辊穿孔机开度值的数学模型,对锥形辊穿孔机的开度进行了定量分析。此方法可应用于锥形辊穿孔机的顶头设
计,也可作为锥形辊穿孔机工艺调整的依据
关键词:锥形辊穿孔机;轧辊;开度值; MATLAB软件;顶头设计;工艺调整
中图分类号:TG3338;TG332文献标志码:B文章编号:1001-2311(2012)02-0053-03
Calculation and Analysis of Cone Type Piercer
Roll Gap Based on Software MATLAB
Wan Benzhen, Han Jianyuan Tang Zhitao"
(l. Technical Center, Taiyuan Heavy Industry Co, Ltd, Taiyuan 030024, China
2. lleilongjiang Jianlong I &S Co, Ltd, Shuangyashan 155100, China
Abstract: For the purpose of rolling high precision steel pipes, it is a must to calculate the roll gap in the
deformation zone. Elaborated in the paper is a Matlab-based mathematic model as used for computing the roll
gap of the cone type piercer(CTP). Quantitative analysis on the said roll gap is conducted, and this analytical
method can be used for design of the CTP plug, and also as the basis for process adjustment of the mill.
Key words: CTP; Roll; Roll gap Matlab-based; Design of the plug; Process adjustment
斜轧时,由2个或3个轧辊形成的变形区空间的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科
即构成孔型,它是以轧辊与钢管的接触线为母线,学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等
绕钆制线旋转形成的截圆锥体组合而成。孔型开度诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,
值是指轧制线与轧辊表面之间的最短距离。在调整为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算
轧辊的径向位置时,一般均将孔喉处的开度值作为的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在
量依据。
很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如
为了实现高精度钢管轧制,生产较高几何尺寸C语言、 Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科
精度的钢管,必须计算变形区中轧辊的开度值。关学计算软件的先进水平。
于开度值的计算,已经有很多同行进行研究。笔者
本文主要利用 MATLAB软件对轧辊出口锥的
是在吸收他人成果的基础上,利用计算功能强大的开度值进行分析计算。
MATLAB软件进行仿真
MATL.AB软件是由美国 Math Works公司发布1计算开度值的假设条件
的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计
根据生产实际情况进行必要的数学概念上的抽
象,特做如下假设
万本振(1985-),男,助理工程师,从事轧钢机械
(1)轧辊和轧件的接触为刚性体的线接触
轧制工具设计与开发工作。
(2)轧辊和轧件之间的关系遵循共轭关系;
STEEL PIPE Apr. 2012, Vol 41, No. 2
钢管2012年4月第41卷第2期
54
术交
3)轧件是以轧制线为旋转轴的回转圆柱和有
定锥度的正圆锥体的组合件
(4)以垂直于轧制线的界面截得的轧辊截面为
椭圆,以轧件截面为圆,孔型开度值为截面与轧制
线的交点至截面椭圆曲线的最短距离
2出口锥开度数学模型的建立
2.1数模建立过程
实际工作状态中的轧辊是由两个圆台组成,本
ns+sno
m(k,0,0)
文只研究出口锥形成的圆台即可。工作中的出口锥
圆台是由水平放置的圆台经过两次旋转和一次平移
得到的,旋转和平移的基准点是轧辊中心。在轧辊
1ー过渡带2-出口锥圆台3一轧辊中心
未做旋转与平移时,轧辊中心与固定坐标系Oxyz
4一轧辊轴
轧制线
的原点O重合,对固定坐标系(Oxyz作如下规定:
其中Ox轴正向为轧制线方向(管坯轴向前进方向),
图1实际工作中的轧辊示意
0y轴正向竖直向上,根据右手螺旋定则确定Oz轴
方向,且yOz面为穿孔机等分面。旋转、平移后
的新坐标系O'X"Y'与轧辊在固定坐标系Oxyz中
的位置如图1所示。具体过程如下:第一步,将水
平放置的轧辊中心设置在原点O上,绕Oz轴逆时
针旋转轧辊形成辗轧角;绕Oy轴逆时针旋转轧辊
形成送进角;将旋转两个角度后所得到的直角坐标
系沿Oy轴平移一定距离形成所需要的轧制带辊
缝。第二步,建立旋转两个角度和平移一定距离之
后圆台在固定坐标系Oxyx中的参数方程,用=k
k值在轧辊出口锥侧且在x轴投影的作用区域内)
的平面与圆台相交所截图形为一个倾斜的椭圆,
得到倾斜椭圆的参数方程。再将椭囻的参数方程
进行适当的变换求解椭圆与点m(ん,0,0)之间最
1ー轧制线2一轧辊中心线
的距离,该距离就是点m(k,0,0)处的实际开一锥面角(出口维母线与辊轴夹角)a一報轧角B一送进角
度值.
D一轧辊中心点至出口锥顶点距离d一轧辊中部直径
在坐标转换以及数模建立过程中使用的相关术
图2轧辊参数定义
语的定义如图2所示。
2.2两个坐标系中的对应关系
X=Rcos S-D
新坐标系O'X"Y"Z与固定坐标系Oxyz中的对
Y=Rsin ocos 0
应关系如下
(z'=Rsin osin e
x=Xcos acos B-y'sin asin 8+2sin B
式中R--参变量
ly=Xsin a-ycos a*(0.Sh+0.5d/cos a)(1)
0ー一参变量,其中0≤日≤2π
t=x'(cos asin )+y'sin asin 8 +Cos B
Dーー轧辊中心点至出口锥顶点距离,D=
式中ho-一给定的喉径值,mm。
0.5deos(a-g),-p为辊面角,mm。
2.3圆台在新坐标系中的参数方程
2.4圆台在固定坐标系中的参数方程
旋转、平移后的圆台在新坐标系O'X"Y'中
旋转、平移后的圆台在固定坐标系Oxyx中的
的参数方程如下
参数方程,由将式(2)代入式(1)中得到:
STEEL PIPE Apr 20