集中差速傳動(dòng)鋼管張減機(jī)工藝參數(shù)計(jì)算及軟件開發(fā)

杜友良（天津騰飛鋼管有限公司，天津300301）

集中差速傳動(dòng)鋼管張減機(jī)工藝參數(shù)計(jì)算及軟件開發(fā)

杜友良（天津騰飛鋼管有限公司，天津300301）

[摘要]在軋管理論的基礎(chǔ)上，建立了集中差速傳動(dòng)鋼管張減機(jī)的工藝參數(shù)計(jì)算方法，開發(fā)出一種張減工藝參數(shù)計(jì)算軟件。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該軟件計(jì)算出的微張力減徑機(jī)孔型和工藝參數(shù)準(zhǔn)確性高，提高了工作效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]張力減徑機(jī)；工藝參數(shù)；計(jì)算；軟件；開發(fā)

1　引言

天津精通無縫鋼管有限公司新建180 mm連軋管機(jī)組采用了國產(chǎn)的集體傳動(dòng)24架張力減徑機(jī)，產(chǎn)品規(guī)格為直徑椎60耀180 mm、壁厚3.5耀20.0 mm，生產(chǎn)品種主要有套管、油管等。目前先進(jìn)的工藝參數(shù)計(jì)算技術(shù)是德國SMS-MEER公司開發(fā)的CAR原TA軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)品種選擇合理的孔型并自動(dòng)計(jì)算工藝參數(shù)交給過程控制程序使用。但是購買外國軟件價(jià)格昂貴，所以根據(jù)實(shí)際情況，本文從軋管理論上建立了集體傳動(dòng)張減機(jī)的工藝計(jì)算方法和工藝軟件，計(jì)算結(jié)果與用德國軟件計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比對差別很小，可以提供給生產(chǎn)車間使用。

2　張減兩個(gè)重點(diǎn)工藝參數(shù)的計(jì)算

2.1各架張力計(jì)算公式

在張減機(jī)組中，為了控制壁厚，需要在各機(jī)架之間形成軸向張力，而荒管在通過每一機(jī)架時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向、徑向和周向變形。根據(jù)文獻(xiàn)[1]介紹的圣維南塑性應(yīng)力-應(yīng)變理論，經(jīng)過逐步推導(dǎo)可得到計(jì)算平均張力系數(shù)Zm公式：

任一機(jī)架的平均張力系數(shù)Zmi為：式中，椎ei為軸向?qū)?shù)變形；椎ti為切向?qū)?shù)變形；淄mi為鋼管平均壁厚系數(shù)；Si-1、Si為鋼管軋前、后壁厚；Di-1、Di為鋼管軋前、后外徑；滋i為第i架延伸系數(shù)。2.2鋼管壁厚計(jì)算

在確定了各加減徑率以后，可計(jì)算出各架的平均孔型直徑Di。根據(jù)成品壁厚Si和選定了Zmi后，用迭代法就能求出經(jīng)過各個(gè)機(jī)架入口管子的壁厚值Si-1，計(jì)算公式如下：

先以Si代替式（7）中Si-1求出vmi，再代入式（8）中求出茁i，再以此茁i和Si代替（9）中括號內(nèi)的Si-1，經(jīng)計(jì)算得到另一個(gè)Si-1值。再以此Si-1作為已知代入（7）~（9）得到新的Si-1值。經(jīng)過反復(fù)迭代，直到前后兩次所得的Si-1值無明顯變化（兩者差小于0援01 mm）時(shí)，把最后得到的Si-1值作為計(jì)算結(jié)果，通過這種迭代算法可求出所有機(jī)架的壁厚值。

3　張減工藝參數(shù)的軟件設(shè)計(jì)及計(jì)算實(shí)例

3.1計(jì)算方案的確定

上面介紹的計(jì)算各架張力系數(shù)和各架壁厚的方法是張減機(jī)工藝參數(shù)計(jì)算中較關(guān)鍵的兩個(gè)步驟，然后再分別計(jì)算各架的出口速度、軋輥工作直徑和軋輥轉(zhuǎn)速。而對于集體差速傳動(dòng)的張減機(jī)，其特點(diǎn)是當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定以后，各軋機(jī)軋輥轉(zhuǎn)速就按照機(jī)械速比而定，然而計(jì)算出來的軋輥轉(zhuǎn)速不一定剛好完全符合機(jī)械恒定速比的條件，因此需要進(jìn)行擬合，找到最佳擬合曲線。最后確定第一架鋼管入口溫度和鋼種計(jì)算力能參數(shù)。由于公式復(fù)雜、計(jì)算數(shù)據(jù)量很大，用手工進(jìn)行計(jì)算幾乎是不可能的，然而計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)為這種方案的實(shí)現(xiàn)提供了可能。軟件設(shè)計(jì)采用VB6.0（VisualBasic）語言，通過這個(gè)軟件能夠編寫出所需的張減機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)程序。經(jīng)過計(jì)算得到的各架軋輥轉(zhuǎn)數(shù),用線性回歸的方法，建立數(shù)學(xué)模型，其回歸方程式如下：

式中，y為代表軋輥轉(zhuǎn)數(shù)；x為代表機(jī)架號；a、b為代表回歸方程參數(shù)。

根據(jù)集體差速傳動(dòng)減速機(jī)的特性，各架實(shí)際軋輥轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算公式如下：

式中，n主為主電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；n疊加為疊加電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)；i主i為第i架主減速比；i疊加i為第i架疊加減速比。

由于計(jì)算前不確定哪個(gè)主電機(jī)和疊加電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)與計(jì)算結(jié)果擬合的效果是最佳的，因此設(shè)n主從0到1 400 r/min（允許的最高轉(zhuǎn)數(shù)）、n疊加從0到1 600 r/min（允許的最高轉(zhuǎn)數(shù)），步進(jìn)采用0.01 r/ min，這樣計(jì)算出大量的參數(shù)a、b，再與理論計(jì)算的參數(shù)a、b進(jìn)行比較，找出結(jié)果最接近的那組主電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和疊加電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，就是最佳擬合曲線。為了提高計(jì)算效率，軟件設(shè)計(jì)還加入了Matrix VB計(jì)算引擎，編寫擬合程序主要語句如下：

x=linspace（1，20，20）'輸入代表機(jī)架號x的20個(gè)順序號；

y=CreateMatrix（n1，n2，…，n19，n20）'輸入對應(yīng)軋輥轉(zhuǎn)數(shù)y的20個(gè)數(shù)據(jù)；

z=polyfit（x，y，1）'用向量x、y擬合1次多項(xiàng)式；

a=z.r1（1）'讀取參數(shù)a；

b=z.r1（2）'讀取參數(shù)b；

Callplot（x，y）'調(diào)用Matri，繪制回歸曲線。

由上面的程序可以看出,語句非常簡練，因此利用VB6.0和Matrix VB混合編程,更容易開發(fā)出計(jì)算應(yīng)用方面的程序代碼,彌補(bǔ)了單一采用VB編程數(shù)據(jù)處理能力方面的不足。

3.2工藝參數(shù)計(jì)算實(shí)例

根據(jù)合同，計(jì)劃軋制規(guī)格為椎60.3伊4.78 mm鋼管，材質(zhì)為37Mn5，張減機(jī)入口溫度設(shè)定為950益，荒管外徑選椎175，工藝參數(shù)計(jì)算畫面見圖1，軋輥轉(zhuǎn)數(shù)擬合結(jié)果曲線見圖2。從圖1和圖2給出的公式所計(jì)算的軋輥轉(zhuǎn)數(shù)與電機(jī)分配的軋輥轉(zhuǎn)數(shù)誤差在1 r/min以內(nèi)，擬合情況比較理想。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，又在德國米爾設(shè)備自帶的軟件上進(jìn)行了計(jì)算，并對結(jié)果進(jìn)行了對比分析，見表1。

圖1　生產(chǎn)Φ60.3工藝參數(shù)設(shè)計(jì)軟件畫面

3.3力能參數(shù)校核

計(jì)算的最后步驟是力能參數(shù)的校核，由于篇幅有限，本文只給出計(jì)算結(jié)果，見圖3和表2。該表說明了在穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)，軋制所消耗的功率比電機(jī)額定功率小很多，張減機(jī)的能力能夠滿足生產(chǎn)要求，為微張力減徑機(jī)自動(dòng)壁厚控制系統(tǒng)的在線控制提供了技術(shù)支持。

圖2　轉(zhuǎn)數(shù)擬合圖

表1　自編軟件與德國軟件計(jì)算結(jié)果對比

圖3　力能參數(shù)計(jì)算輸出畫面

4　結(jié)論

用本軟件設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)，經(jīng)過了近一年的生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，證明利用以上各種公式所進(jìn)行的微張力減徑機(jī)孔型設(shè)計(jì)和軋制表的計(jì)算是準(zhǔn)確可靠和實(shí)用的，并與聯(lián)邦德國軟件計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，最大誤差率只有依0.85%，結(jié)果相近。該設(shè)計(jì)方法減輕了大量復(fù)雜計(jì)算工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，為微張力減徑機(jī)自動(dòng)壁厚控制系統(tǒng)的在線控制提供了技術(shù)支持。

表2　電機(jī)功率校核

參考文獻(xiàn)

[1]邱永泰.集中差速傳動(dòng)微張力減徑機(jī)的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)(上)[J].鋼管，2007，36（2）：19-22.

Developm entofProcessParam eter Calculation Softwarefor Pipe Centralized DifferentialTransm ission Stretch Reducing M ill

DU You-liang
(Tianjin TengfeiSteelPipe Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractOn basis of pipe rolling theory, a method for calculating the process parameters of pipe centralized differentialtransmission stretch reducing millwas established and a kind ofprocess parameter calculation software for stretch reducing mill developed.Production practice showed that the groove and processparameterofslightstretch reducing millcalculated by the software were ofhigh precision.W orking efficiencywasimproved and good economicbenefitachieved.

Key wordsstretch reducingmill;processparameter；calculation;software;development

作者簡介：杜友良（1961—），男，本科，工程師，主要從事無縫鋼管熱軋工藝、設(shè)備設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2014-10-16修回日期：2014-11-05