1.本发明属于板带轧制技术领域，具体涉及一种夹送辊辊形的确定方法和系统。
背景技术：2.热轧带钢轧制终段送入卷取机之前需要经过夹送辊。夹送辊的作用有二：在经过精轧过程的轧制后保持板带形状平整。需要经过预弯曲处理，方便送入卷取机卷取。另一方面需要对经过精轧的板带提供一定的张力，保持带钢的压紧状态。
3.然而，在带钢通过夹送辊的过程中，为了提供一定的张力保证带钢能够以压紧的状态进入卷筒，往往需要增加夹送辊和带钢之间的压力。由于夹送辊多为平辊，且板型中间凸度居多，因此中间磨损大于边部磨损，夹送辊辊面磨损不均，再寄送滚末期轧制薄材时由于辊缝小，中间磨损大，有时对带钢已经没有压紧作用，造成尾部跑偏严重，夹送辊的磨损增大；同时在夹送辊和带钢的长时间接触下，夹送辊辊形变化，使得带钢的凸度会发生变化，影响带钢板带板型的平整度。
4.频繁地更换夹送辊降低夹送辊的使用寿命和中期的平稳工作期，限制热轧过程薄规格的产量提升，不利于发挥产线的生产能力。当前，夹送辊形模型包括上下辊设定一定的凸度，增加边部导角；设定夹送辊辊身中部位六次曲线，采用二次三项式修形曲线等方式来设定夹送辊辊形。但是为根据实际现场生产情况得到合适的辊缝模型，试验次数较多且消耗较大，缺乏理论方法进行研究。
技术实现要素：5.为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种夹送辊辊形的确定方法和系统，用于解决现有技术中存在的上述问题。
6.一种夹送辊辊形的确定方法，包括：
7.s1.获取夹送辊和带钢的接触宽度和长度；
8.s2.根据所述宽度和长度获得夹送辊和带钢的接触面积；
9.s3.根据所述接触面积获得所述夹送辊的摩擦力；
10.s4.根据所述摩擦力得到所述带钢的张力，根据所述张力确定所述夹送辊辊形。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中的接触宽度利用六次曲线，建立有限元模型得到；所述夹送辊上辊和带钢的接触长度为:l
上
＝[arccos(h1/r)-β]r；
[0012]
夹送辊下辊和带钢的接触长度为：l
下
＝[arccos(h2/r)+β]r。
[0013]
其中h1为夹送辊上辊圆心到带钢上板面的距离值，h2为夹送辊下辊圆心到带钢下板面的距离值，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，β为夹送辊下辊与卷取机相对水平方向的夹角。
[0014]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中：所述夹送辊上辊和带钢的接触面积为l
上
l1；
[0015]
所述夹送辊下辊和带钢的接触面积为l
下
l2，
[0016]
其中，l1和l2分别为夹送辊上辊和夹送辊下辊和带钢的接触宽度。
[0017]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s3中夹送辊上辊的摩擦力为：
[0018]
f1＝l
上
l1τb[0019]
夹送辊下辊的摩擦力为：f2＝l
下
l2τb[0020]
其中，τb为剪切强度。
[0021]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s4中所述张力为所述夹送辊上辊和下辊的摩擦力之和与阻力的差值。
[0022]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据步骤s1-s4获取不同的张力值，根据张力值和夹送辊辊形的关系确定相应的所述夹送辊辊形。
[0023]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述张力的最大值为(n1+n2)μ-n1/r(f+μ1d1/2)-n2/r(f+μ1d2/2)，其中，n1、n2分别为夹送辊上辊和下辊对带钢的加持力；μ为带钢与夹送辊之间的滑动摩擦系数；μ1为夹送辊上辊和下辊轴承处的摩擦系数；f为带钢与夹送辊之间的滚动摩擦系数，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，d1、d2分别为夹送辊上辊和下辊轴承处的直径。
[0024]
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述张力的最大值满足带钢在所述夹送辊中运动时不发生打滑。
[0025]
本发明还提供了一种夹送辊辊形的确定系统，包括：处理器和用于存储可执行指令的存储器，其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行本发明所述的夹送辊辊形的确定方法。
[0026]
本发明还提供了一种计算机存储介质，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现本发明所述的夹送辊辊形的确定方法。
[0027]
本发明的有益效果
[0028]
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
[0029]
本发明的夹送辊辊形的确定方法，首先获取夹送辊和带钢的接触宽度和长度；然后，根据所述宽度和长度获得夹送辊和带钢的接触面积；再然后，根据所述接触面积获得所述夹送辊的摩擦力；最后，根据所述摩擦力得到所述带钢的张力，根据所述张力获得所述夹送辊辊形。采用本发明的方法确定的夹送辊辊形能够保证带钢在通过夹送辊的过程中保持较高的传送效率，同时，根据张力确定合理的轧辊辊形有利于保持轧辊各部分的均匀受力，避免局部磨损过大。在兼顾夹送效率和均匀化磨损的前提下，能够有效提高带钢的使用寿命，减少局部磨损，并且保证一定的传输效率，给带钢的生产制造提供更高的生产效益。
附图说明
[0030]
图1为本发明的实施例中的带钢在夹送辊中运行的示意图；
[0031]
图2为本发明的实施例中的确定的夹送辊结构示意图。
具体实施方式
[0032]
为了更好的理解本发明的技术方案，本发明内容包括但不限于下文中的具体实施
方式，相似的技术和方法都应该视为本发明保护的范畴之内。为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0033]
应当明确，本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0035]
本发明的夹送辊辊形的确定方法，包括如下步骤：
[0036]
s1.获取夹送辊和带钢的接触宽度和长度；
[0037]
s2.根据所述宽度和长度获得夹送辊和带钢的接触面积；
[0038]
s3.根据所述接触面积获得所述夹送辊的摩擦力；
[0039]
s4.根据所述摩擦力得到所述带钢的张力，根据所述张力确定所述夹送辊辊形。
[0040]
优选地，本发明的实施例中所述s1中的夹送辊的接触宽度利用六次曲线，建立夹送辊的有限元模型得到。在分别建立夹送辊上辊、下辊与带钢的有限元模型后，通过有限元模型模拟带钢通过夹送辊的全过程，在此过程中可以得到带钢通过夹送辊时的接触宽度值，如图2所示的l1、l2，其中l1和l2分别为夹送辊上辊和夹送辊下辊的宽度。所述夹送辊上辊的接触长度为:l
上
＝[arccos(h1/r)-β]r；
[0041]
夹送辊下辊的接触长度为：l
下
＝[arccos(h2/r)+β]r。
[0042]
其中，h1为夹送辊上辊圆心到带钢上板面的距离值，h2为夹送辊下辊圆心到带钢下板面的距离值，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，β为夹送辊下辊与卷取机相对水平方向的夹角。
[0043]
优选地，本发明的实施例中所述s2中：所述夹送辊上辊和带钢的接触面积为l
上
l1；
[0044]
所述夹送辊下辊和带钢的接触面积为l
下
l2。
[0045]
优选地，本发明的实施例中所述s3中：夹送辊上辊的摩擦力为：f1＝l
上
l1τb；
[0046]
夹送辊下辊的摩擦力为：f2＝l
下
l2lτb，其中，τb为剪切强度。
[0047]
优选地，本发明的实施例中所述s4中所述张力为所述夹送辊上辊和下辊的摩擦力之和与阻力的差值。
[0048]
优选地，本发明的实施例中根据步骤s1-s4获取不同的张力值，根据张力值和夹送辊辊形的关系确定相应的所述夹送辊辊形。
[0049]
优选地，本发明的实施例中所述张力的最大值为(n1+n2)μ-n1/r(f+μ1d1/2)-n2/r(f+μ1d2/2)，其中，n1、n2分别为夹送辊上辊和下辊对带钢的夹持力；μ为带钢与夹送辊之间的滑动摩擦系数；μ1为夹送辊上辊和下辊轴承处的摩擦系数；f为带钢与夹送辊之间的滚动摩擦系数，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，d1、d2分别为夹送辊上辊和下辊轴承处的直径。
[0050]
优选地，本发明的实施例中所述张力的最小值满足带钢在所述夹送辊中运动时不发生打滑。
[0051]
具体步骤如下：
[0052]
首先假设夹送辊辊形为六次曲线模型，因此建立有限元模型仿真，模拟带钢通过
夹送辊的情景，通过实际分析，直接得到夹送辊和带钢接触的宽度值l
1、
l2，如图2所示。
[0053]
下面详细描述获取带钢与夹送辊接触过程中的长度值计算方式。利用夹送过程中的特点建立夹送辊辊形计算模型，主要为夹送辊接触面积的计算模型，并利用黏着摩擦理论得到摩擦力和接触面积之间的关系，得到一定接触面积情况下实际的张力大小：
[0054]
当带钢在夹送辊上进行传送时，获取夹送辊上辊圆心到带钢上板面的垂直距离h1，夹送辊下辊圆心到带钢下板面的垂直距离h2。设带钢张力为t，夹送辊对带钢的夹持力为n1、n2，带钢对夹送辊的反力为p1、p2，两者大小相等，方向相反，精轧的阻力为fh。
[0055]
如图1所示，α为带钢上表面在夹送辊中的进入点与出口点之间的夹角，β为夹送辊下辊与卷取机相对水平方向的夹角，γ为带钢下表面在夹送辊中的进入点与竖直方向的夹角。图中a、b、c三点分别为夹送辊上辊圆心、夹送辊下辊圆心和卷取机圆心；d、f、g、h分别为带钢上表面的入点、出点以及带钢下表面的入点、出点；e、i分别为a点垂线和f点水平线的交点、b点垂线和c点水平线的交点。易知cos(α+β)＝h1/r，cosγ＝h2/r，得到∠α和∠(γ+β)。分别针对df段和gh段进行计算。
[0056]
上辊和带钢的接触面积近似为l
上
l1,下辊和带钢的接触面积近似为l
下
l2。
[0057]
在黏着摩擦理论中，接触面积、张力和摩擦力的关系为
[0058]
f＝t+f
p
＝aτb+f
p
[0059]
式中，f为摩擦力，a为接触面积，t为张力，本实施例中指的是上辊或下辊与带钢的接触面积，τb为黏着节点的剪切强度，即两个非常接近的微凸体通过原子间吸引为将形成黏着节点，因为带钢在通过轧辊的过程中压力极大，摩擦过程中实现瞬时高温状态，因此本实施例中可近似认为各点均为黏着节点；aτb为黏着效应产生的阻力；f
p
为犁削力，可近似忽略。犁削是指硬材料的粗糙峰嵌入软材料后，在滑动中推挤软材料，使之产生塑性流动并犁出一条沟槽的现象，本实施例中主要为滑动摩擦，犁削几乎不产生沟槽，因此可近似忽略。
[0060]
上辊的摩擦力为：f1＝l
上
l1τb[0061]
下辊的摩擦力为：f2＝l
下
l2τb[0062]
对带钢进行受力分析，在通过夹送辊过程中其所受到力包括夹送辊给其的滑动摩擦力、精轧轧辊的滑动摩擦力与传送带的滚动摩擦力，滚动摩擦力较小可忽略不计，因此最终带钢受到的张力为:
[0063]
t＝f1+f
2-fh＝l
上
l1τb+l
下
l2τ
b-fh[0064]
式中，fh代表精轧轧辊的滑动摩擦力，通过精轧过程的参数测量得到，最终求取的张力值满足一定的范围，据此得到合理的夹送辊辊形设计。可通过重复本发明的步骤，输入不同轧辊辊型六次曲线的参数值，根据不同夹送辊辊形的有限元仿真情况，比较多次重复实验中实际张力大小是否符合一定范围，最终确定合适范围的夹送辊辊形。张力应满足大于钢厂的最低要求t0，并且带钢运动时并不发生打滑。对轧辊受力分析，轧辊在运行过程中受到带钢与轧辊的滑动摩擦力以及轴承和轧辊之间的滚动摩擦力。
[0065]
带钢与轧辊之间的滑动摩擦力为(n1+n2)μ，其起到推力的效果。
[0066]
轴承和轧辊之间的滚动摩擦力利用压力和滚动摩擦系数计算，其值为n1/r(f+μ1d1/2)+n2/r(f+μ1d2/2)，起到阻力的效果。
[0067]
综合上述张力范围进行确定，因此，张力t所满足的条件为：
[0068]
t0≤t≤(n1+n2)μ-n1/r(f+μ1d1/2)-n2/r(f+μ1d2/2)，式中n1、n2分别为夹送辊上辊和
下辊对带钢的夹持力；μ为带钢与夹送辊之间的滑动摩擦系数；μ1为夹送辊上辊和下辊轴承处的摩擦系数；f为带钢与夹送辊之间的滚动摩擦系数，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，d1、d2分别为夹送辊上辊和下辊轴承处的直径。
[0069]
确定在上述范围内的张力值大小，即可得到一系列张力值，通过本发明提供的方法，可以得到张力值和有限元得到的接触宽度的关系；再根据通过有限元仿真得到的夹送辊辊形和接触宽度的关系，最终可以得到张力值和夹送辊辊形的关系，即可得到一系列合适的夹送辊辊形，最终确定一系列合适的夹送辊辊型。
[0070]
实施例1：
[0071]
s1:利用六次曲线，建立有限元模型，得到夹送辊和带钢接触的宽度值，分别为上辊宽度值l1，下辊宽度值l2；
[0072]
s2:根据夹送过程和卷取的特点建立夹送辊辊形计算模型，包括：
[0073]
s21:获取夹送辊几何参数，包括夹送辊上下两辊的半径以及根据夹送辊下辊和卷取机位置求出的圆心水平偏移角β，上下夹送辊轴承处直径d1、d2。本实施例中上辊半径r＝450mm，下辊半径r＝250mm，圆心水平偏移角β＝13
°
,d1＝270mm,d2＝150mm。
[0074]
s22:获取夹送辊夹送过程中现场实测值，包括：
[0075]
夹送辊上辊圆心到带钢上板面的距离值h1，夹送辊下辊圆心到带钢下板面的距离值h2，以及上辊对带钢的压力n1、下辊对带钢的压力n2。本实施例中，带钢厚度计算为h＝25mm，h1＝430mm，h2＝245mm，n1＝n2＝2.544t
[0076]
可求得：
[0077]
l
上
＝[arccos(h1/r)-β]r＝10.4mm
[0078]
l
下
＝[arccos(h2/r)+β]r＝34mm
[0079]
s23：利用黏着摩擦理论得到摩擦力和接触面积的关系，首先需要获取的理论参数包括黏着节点的剪切强度τb，带钢与夹送辊之间的滑动摩擦系数μ，上下夹送辊轴承处的摩擦系数μ1，带钢与夹送辊之间的滚动摩擦系数f。本实施例中，τb＝178mpa，μ取0.2-0.3，μ1取0.004，f取0.2。
[0080]
结合有限元中求得l1、l2值得到张力t：
[0081]
t＝[arccos(h1/r)-β]rl1τb+[arccos(h2/r)+β]rl2τ
b-fh[0082]
其中fh为根据精轧过程拉力获得。
[0083]
通过以下公式比较得到合适的张力范围：
[0084]
t0≤t≤(n1+n2)μ-n1/r(f+μ1d1/2)-n2/r(f+μ1d2/2)
[0085]
其中，t0是工厂要求的最小张力值，即可比较不同辊形得到张力值。
[0086]
因此本实施例设计的夹送辊辊形通过六次曲线对辊形曲线进行拟合，如图2所示，具体参数通过有限元仿真的方式得到合理的辊形曲线参数值，即可完成夹送辊辊形设计。其中标记1表示轧辊的六次曲线辊型。
[0087]
优选地，本发明的实施例还提供了一种夹送辊辊形的确定系统，包括：处理器和用于存储可执行指令的存储器，其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行本发明所述的夹送辊辊形的确定方法。
[0088]
优选地，本发明的实施例还提供了一种计算机存储介质，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现本发明所述的夹送辊辊形的确定方法。
[0089]
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。
技术特征：1.一种夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，包括：s1.获取夹送辊和带钢的接触宽度和长度；s2.根据所述宽度和长度获得夹送辊和带钢的接触面积；s3.根据所述接触面积获得所述夹送辊的摩擦力；s4.根据所述摩擦力得到所述带钢的张力，根据所述张力确定所述夹送辊辊形。2.根据权利要求1所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，所述s1中夹送辊和带钢的接触宽度l1和l2利用六次曲线，建立夹送辊的有限元模型得到；所述夹送辊的上辊的接触长度为:l
上
＝[arccos(h1/r)-β]r；所述夹送辊的下辊的接触长度为：l
下
＝[arccos(h2/r)+β]r，其中，h1为夹送辊的上辊圆心到带钢上板面的距离值，h2为夹送辊的下辊圆心到带钢下板面的距离值，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，β为夹送辊下辊与卷取机相对水平方向的夹角。3.根据权利要求2所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，所述s2中：所述夹送辊上辊和带钢的接触面积为l
上
l1；所述夹送辊下辊和带钢的接触面积为l
下
l2，其中，l1和l2分别为夹送辊上辊和夹送辊下辊的宽度。4.根据权利要求3所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，所述s3中夹送辊上辊的摩擦力为：f1＝l
上
l1τ
b
；夹送辊下辊的摩擦力为：f2＝l
下
l2τ
b
，其中τ
b
为剪切强度。5.根据权利要求1所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，所述s4中所述张力为所述夹送辊上辊和下辊的摩擦力之和与阻力的差值。6.根据权利要求1所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，根据步骤s1-s4获取不同的张力值，根据张力值和夹送辊辊形的关系确定相应的所述夹送辊辊形。7.根据权利要求6所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，所述张力的最大值为(n1+n2)μ-n1/r(f+μ1d1/2)-n2/r(f+μ1d2/2)，其中，n1、n2分别为夹送辊上辊和下辊对带钢的加持力；μ为带钢与夹送辊之间的滑动摩擦系数；μ1为夹送辊上辊和下辊轴承处的摩擦系数；f为带钢与夹送辊之间的滚动摩擦系数，r为夹送辊上辊的半径，r为夹送辊下辊的半径，d1、d2分别为夹送辊上辊和下辊轴承处的直径。8.根据权利要求7所述的夹送辊辊形的确定方法，其特征在于，所述张力的最大值满足带钢在所述夹送辊中运动时不发生打滑。9.一种夹送辊辊形的确定系统，其特征在于，包括：处理器和用于存储可执行指令的存储器，其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令，以执行权利要求1-8任一项所述的夹送辊辊形的确定方法。10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现权利要求1-8任一项所述的夹送辊辊形的确定方法。
技术总结本发明涉及夹送辊辊形的确定方法和系统，其中方法中首先获取夹送辊和带钢的接触宽度和长度；然后，根据所述宽度和长度获得夹送辊和带钢的接触面积；再然后，根据所述接触面积获得所述夹送辊的摩擦力；最后，根据所述摩擦力得到所述带钢的张力，根据所述张力得到所述夹送辊辊形。采用本发明的方法确定的夹送辊辊形能够保证带钢在通过夹送辊的过程中保持较高的传送效率，同时，合理的轧辊辊形曲线有利于保持轧辊各部分的均匀受力，避免局部磨损过大。大。大。
技术研发人员：何海楠 戴卓浩 丁吉杰 王晓晨 徐冬 杨荃
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.06.06
技术公布日：2022/11/1
