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变辊距矫直机辊距配置的优化设计 1 变辊距技术在中厚板矫直机中的应用 传统的过载机具有相同的过载距离，通过调整压底机构，改变压板的反弯曲率，将其对准。变宽距离适应性辊是根据冲孔工艺的需要调整冲孔，以实现最小压力、最佳抗弯质量和最大抗弯效率。它通常用于冲孔高、抗弯厚的钢板或冲孔小钢。 本文以某钢厂中板矫直机为研究对象,用优化理论探讨了变辊距技术在中厚板矫直机上的应用。采用约束非线性离散变量试探组合型优化方法(MDHP)进行不同辊距配置下的参数优化,从而确定出一套最佳辊距配置方案。 2 两种辊距配置方式的优化 该矫直机为九辊矫直机,上排四辊,下排五辊,工作辊外型尺寸为?260×2350 mm,辊距300mm,用于板材热状态下的矫直。根据理论分析和实际矫直经验,选择了两种情况进行研究,即在压下方案相同的前提下分别对两种不同辊距配置进行参数优化,配置方式为:a)保持第一辊和最后一辊不动,优化中间七个辊子的配置;b)保持中间辊不动,仅优化第一个上辊和最后一个上辊。当然,对于其它任意辊距配置方式,同样可用下述优化方法进行研究。 1 矫直辊与第i辊间距的选择 选择矫直辊间距为设计变量,如图1所示,设相邻两矫直辊第i辊与第i+1辊的间距为xi,则: 第一方式下的设计变量为[x1,x2,…,x8]T; 第二方式下的设计变量为[x1,x2,x7,x8]T。 2 约束转化条件 优化设计的约束函数分为两种,一种是等式约束,另一种是不等式约束。由于采用的是MDHP优化方法,因此需要将等式约束转化为不等式约束予以处理。 约束条件考虑以下几个方面的因素:①总辊距的要求;②相邻辊距与辊径的关系;③压下辊的压下距离;④板材最大相对残余曲率。经过分析推导,最终确定的两种辊距配置方式下的约束函数见表1。 3 设计目标函数 依据等辊距配置下矫直力计算理论和弹塑性理论,推导出变辊距下各辊矫直力及总矫直力的数学模型,以平均总矫直力数学模型作为优化设计的目标函数: PΣ=2Σ28(1xi?1+1xi)MiΡΣ=2Σ28(1xi-1+1xi)Μi 式中P∑——平均总矫直力(N); xi——相邻两矫直辊间距(mm); Mi——第i个矫直辊上所受的弯矩(N·mm)。 3 变辊距方式优化 使用MDHP优化程序,对数学模型进行计算,最终产生了两种变辊距配置方式下的最优方案,见表2所示。 由表2可以看出,两种方式的目标函数值均比等辊距配置的目标函数有所下降,降幅分别为7.51%和4.29% 。显然第一种方式是最优化方案。 将优化的参数代入各辊矫直力的计算式,算出对应不同相对原始曲率的不同辊距配置下各辊所受的矫直力,并采用统计方法分别计算出相应的平均值P和标准差S,如表3和表4所示。 由表中数据可以看出,两种变辊距方式在不同相对原始曲率下的矫直力平均值和标准差都有所降低.平均值的降低说明了变辊距方式对于降低总矫直力是有利的,而标准差的降低说明了变辊距方式下各辊矫直力分布的均匀性相对较好。并且第一种方式的两项指标比其它两种要好,在不同相对原始曲率下平均值降低6%～9.2%;标准差降低10%～30%。因此第一种方式是最优解。 4 变辊距矫直机 研究表明,矫直机的变辊距技术较目前常用的定辊距方式有较多的优越性,总矫直力和各辊矫直力的分布都有较大幅度改善,变辊距矫直机有着诱人的发展前景。这种研究方法对一般矫直机的设计和改造也有一定的指导意义。