本发明提供一种基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，具体实施步骤为：S1、根据轧件厚度和变形区长度，将轧制变形区按照轧制接触界面摩擦力特征划分为不同变形区微元体；S2、根据轧制变形区的微元体，建立轧制接触界面内轧件金属流动的体积表达式；S3、根据轧制接触界面上接触弧长度l和轧件的平均厚度的比值大小，对轧制接触界面进行分段划分并计算各段内的单位轧制压力；S4、根据S3计算的单位轧制力，分别求得对应的总轧制力Pi；S5、将S4计算的总轧制力Pi的值与设定的允许偏差范围e值进行比较，进行动态调整。本发明可以对轧制中的轧制力进行准确计算，并及时发现现场生产中实际轧制力与设定轧制力的偏差，并做出调整。
1.一种基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
S1、根据轧件厚度和变形区长度，将轧制变形区按照轧制接触界面摩擦力特征划分为不同变形区微元体；
S2、根据轧制变形区的微元体，建立轧制接触界面内轧件金属流动的体积表达式，得到轧件在轧制接触界面上沿轧辊接触弧各点的水平速度；
S21、求得轧件沿轧制接触界面的中性角，具体表达式如下：其中，μ为轧制界面摩擦系数，Δh为轧件的压下量，R为轧辊的半径；
S22、根据轧制接触界面的几何分布状态特征，获得轧件的接触弧函数，具体表达式如下：
其中，zx表示接触弧函数，dhx表示任意位置出的厚度变化率，hB为轧件出口的厚度，R为轧辊半径，x为轧件和轧辊的接触界面上任意位置的横坐标；
S23、根据轧件的几何参数特征，求得轧制接触界面中性点处轧件的厚度，具体表达式如下：
其中，hB为轧后轧件的厚度，R为轧辊的半径，γ为轧制接触界面的动态中性角；
S3、根据轧制接触界面上接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大小，对轧制接触界面进行分段划分并计算各段内的单位轧制压力；
S31、根据轧制理论，将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大于5的设为第一类型；
将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在2至5之间的设为第二类型；将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值小于2的设为第三类型；
S32、计算第一种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力；
S33、计算第二种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力；
S34、计算第三种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力；
S4、根据步骤S32至S34计算的单位轧制力，分别求得第一种类型、第二种类型和第三种类型对应的总轧制力Pi(i＝1,2,3)；
S41、根据步骤S32求得的单位轧制力，得到第一种类型的总轧制力P1；
S411、计算各分段区域点A‑F对应的坐标，具体表达式如下：xB＝0
其中，xA～xF表示第一种类型中各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数；
S412、将步骤S32求得的各段轧制力进行求和，得到第一种轧制接触界面类型下的总轧制力P1，具体表达式如下：
其中，px表示任意分段内的单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCE，PDF是制动区单位轧制力，PEF是停滞区的单位轧制力；
S42、根据步骤S33求得的单位轧制力，得到第二种轧制接触界面类型的总轧制力P2；
S421、计算各分段区域点A‑F对应坐标，具体表达式如下：xB＝0
其中，xA～xD表示第一种类型中A～D各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数；
S422、将步骤S33求得的各段轧制力进行求和，得到第二种轧制接触界面类型下的总轧制力P2，具体表达式如下：
其中，px表示任意分段单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCD是停滞区单位轧制力，PEF是停滞区的单位轧制力；
S43、根据步骤S34求得的单位轧制力，由此得到第三种轧制接触界面类型的总轧制力P3；
S431、计算各分段区域点AB对应坐标，具体表达式如下：xA＝l
S432、将步骤S34求得的各段轧制力进行求和，得到第三种轧制接触界面类型下的总轧制力P3，具体表达式如下：
其中，hx表示任意位置处板带厚度，dhx表示任意位置出的厚度变化率，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，μ表示轧制界面摩擦系数，hnd为板带中性面厚度，k表示摩擦力达到最大值时的常值；
S5、将步骤S4计算的总轧制力Pi(i＝1,2,3)的值与设定的允许偏差范围e值进行比较，进行动态调整；
S51、若|P设‑P|＜e时，则不需要进行轧辊的控制；
S52、若|P设‑P|＞e且P设＞P时，则调整轧制接触界面的辊缝值，如果设定的总的轧制力更大，则将轧件新的出口厚度值为h'B＝95％hB，即控制轧辊压下，将h′B替换hB代入到上述步骤S3至S4中，重新计算,直至|P设‑P|＜e为止；如果计算的总轧制力更大，则将轧件新的出口厚度值增加5％，即控制轧辊抬升，将h′B替换hB代入到上述步骤S3至S4中，重新计算,直至|P设‑P|＜e为止，此时的hB值为最终轧辊应调整到的最终值。
2.根据权利要求1所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括以下步骤：S321、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大于5时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区、制动区和停滞区；
S322、根据步骤S321中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力：前滑区BD区间单位轧制力的具体表达式如下：其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hB对应入口处轧件厚度，hx表示任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角；
后滑区AC区间单位轧制力的具体表达式如下：其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hA对应轧制界面出口轧件厚度，hx表示任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角；
制动区CE和DF区间单位轧制力的具体表达式分别如下：CE段：
其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hC,hD对应制动区分界点C、D位置处的轧件厚度，hx表示制动区任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数， μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度；
停滞区EF区间单位轧制力的具体表达式如下：其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx为对应停滞区任意位置轧件厚度，pE表示E点对应轧制应力值，hE表示E点对应板带厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
3.根据权利要求1所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，所述步骤S33具体包括以下步骤：S331、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在2至5之间时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区和停滞区；
S332、根据步骤S331中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力；
前滑区BD区间单位轧制压力具体表达式如下：其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx为对应前滑区任意位置轧件厚度，hB表示B点对应入口处的板带厚度；
后滑区AC区间单位轧制压力具体表达式如下：其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx为对应后滑区任意位置轧件厚度，hA表示A点对应的出口板带厚度；
停滞区CD区间单位轧制压力具体表达式如下：其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停滞区任意位置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hC表示C点对应的板带厚度。
4.根据权利要求1或者2所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，所述第一种类型中停滞区EF区间接触弧长度lEF的具体表达式为：其中，hE为x等于l/2时轧件的厚度，θEN为停滞区任意位置接触弧与水平面的夹角。
5.根据权利要求1或者3所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，所述第二种类型中停滞区CD区间接触弧长度lCD的具体表达式为：其中，hC为坐标x等于 时板带在轧制接触界面的厚度，θCN表示停滞区任意位置接触弧与水平面的夹角；hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
6.根据权利要求1所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，在步骤S34中，根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值小于2时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，计算第三种类型中停滞区AB的单位轧制力，具体表达式如下：
其中，l表示变形区长度， k表示摩擦力达到最大值时的常值；δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数；θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停滞区任意位置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hA表示A点对应板带厚度。
7.根据权利要求1所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，所述步骤S412中各段轧制力的具体表达式为：x∈(xF,xE)
其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停滞区任意位置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，pE表示E点应力值，hA～hE表示A～E点对应的板带厚度，l表示变形区长度，
8.根据权利要求1所述的基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，其特征在于，所述步骤S422中各段轧制力的具体表达式为：其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，hA，hB，hD表示A，B，D点对应的板带厚度，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应相应分段任意位置轧件厚度。
基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法。
背景技术
[0002] 随着我国经济的飞速发展，传统产业向新型产业转型的进程加速，汽车制造、航空航天、精密仪器等行业的技术水平日益提高，各行各业对于高品质热轧板带材的需求也明
显增加。在实际生产中，还存在着许多问题。比如因轧机振动而引起的板带材产品表面质量
问题。连续、高速、重载和稳定轧制是轧钢生产追求的终极目标，但几乎所有的轧机设备在
轧制生产的过程中都不能避免轧机稳定性和轧机振动问题。
[0003] 在生产中，影响板带材表面质量的几种振动可以主要分为三类：轧机系统垂直振动、水平振动和扭转振动。其中轧制界面受到全部三种振动的影响，是实现稳定轧制的关键
所在。
[0004] 轧制界面是轧辊和轧件的工作界面，轧制界面的动态行为对于轧制过程的振动有着至关重要的影响。轧制界面的动态行为与轧制界面的摩擦状态和轧制力密切相关。根据
摩擦状态的不同，找到轧制力与轧机振动之间的关系，对于及时调整轧制参数并更好地生
产高品质的板带材具有重要意义。
[0005] 根据变形区长度与轧件的平均高度的比值，将轧制界面分为三类：第一类包含两段滑动区，两段制动区和一段停滞区；第二类包含两段滑动区和一段停滞区；第三类包含一
段停滞区。
[0006] 在轧制力、停滞区长度、动态速度模型中，存在互相关联耦合的参数，这使实现稳定轧制变得更加复杂。轧制变形区与轧制界面汇集了轧制过程动态力学参数信息。在轧制
过程非稳态时，轧机振动会引起轧制变形区力学参数变化，力学参数的变化又将引起轧机
运动状态发生动态变化。轧机动态运动和轧制变形区动态力学参数的相互耦合作用，决定
了轧机系统的动态特性行为特性，直接影响产品品质。因此，建立一种方法来准确计算相关
力学参数并针对轧辊控制参数进行调整，对于轧制稳定性的提升有着重要意义和实用价
值。
发明内容
[0007] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，主要根据轧制界面的力学参数将其划分不同类型，并针对不同类型计算，从
而可以进行更准确的计算，并针对计算结果提出轧辊压下量的控制变化量，从而提升轧制
稳定性和产品质量。
[0008] 本发明提供了一种基于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，具体实施步骤如下：
[0009] S1、根据轧件厚度和变形区长度，将轧制变形区按照轧制接触界面摩擦力特征划分为不同变形区微元体；
[0010] S2、根据轧制变形区的微元体，建立轧制接触界面内轧件金属流动的体积表达式，得到轧件在轧制接触界面上沿轧辊接触弧各点的水平速度；
[0011] S21、根据轧制理论，求得轧件沿轧制接触界面的中性角，具体表达式如下：
[0012]
[0013] 其中，μ为摩擦系数，Δh为轧件的压下量，R为轧辊的半径；
[0014] S22、根据轧制接触界面的几何分布状态特征，求得轧件的接触弧函数，具体表达式如下：
[0015]
[0016] hx＝2zx
[0017]
[0018] 其中，hB为轧件出口的厚度，R为轧辊半径，x为轧件和轧辊的接触界面上任意位置的横坐标；
[0019] S23、根据轧件的几何参数特征，求得轧制接触界面中性点处轧件的厚度，具体表达式如下：
[0020]
[0021] 其中，hB为轧后轧件的厚度，R为轧辊的半径，γ为轧制接触界面的动态中性角；
[0022] S3、根据轧制接触界面上接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大小，对轧制接触界面进行分段划分并计算各段内的单位轧制压力；
[0023] S31、根据轧制理论，将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大于5 的设为第一类型；将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在2至5之间的设为第二类型；将接触弧
长度l和轧件的平均厚度 的比值小于2的设为第三类型；
[0024] S32、计算第一种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力；
[0025] S33、计算第二种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力；
[0026] S34、计算第三种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力；
[0027] S4、根据步骤S32至S34计算的单位轧制力，分别求得第一种类型、第二种类型和第三种类型对应的总轧制力Pi(i＝1,2,3)；
[0028] S41、根据步骤S32求得的单位轧制力，得到第一种类型的总轧制力P1；
[0029] S411、计算各分段区域点A‑F对应的坐标，具体表达式如下：
[0030] xB＝0
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035] xA＝l
[0036] 其中，xA～xF表示第一种类型中各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数；
[0037] S412、将步骤S32求得的各段轧制力进行求和，得到第一种轧制接触界面类型下的总轧制力P1，具体表达式如下：
[0038]
[0039] 其中，px表示任意段处的单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCE，PDF是制动区单位轧制力，PEF是停滞区的单位轧制力；
[0040] S42、根据步骤S33求得的单位轧制力，得到第二种轧制接触界面类型的总轧制力P2；
[0041] S421、计算各分段区域点A‑F对应坐标，具体表达式如下：
[0042] xB＝0
[0043]
[0044]
[0045] xA＝l
[0046] 其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数；
[0047] S422、将步骤S33求得的各段轧制力进行求和，得到第二种轧制接触界面类型下的总轧制力P2，具体表达式如下：
[0048]
[0049] 其中，px表示任意段处的单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCD是停滞区单位轧制力；
[0050] S43、根据步骤S34求得的单位轧制力，由此得到第三种轧制接触界面类型的总轧制力P3；
[0051] S431、计算各分段区域点AB对应坐标，具体表达式如下：
[0052] xA＝l
[0053] xB＝0；
[0054] S432、将步骤S34求得的各段轧制力进行求和，得到第三种轧制接触界面类型下的总轧制力P3，具体表达式如下：
[0055]
[0056] 其中，hx表示任意位置处板带厚度，dhx表示任意位置出的厚度变化率，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，μ表示轧制界面摩擦系数，hnd为板带中性面厚度，k表示摩擦力达到
最大值时的常值；
[0057] S5、将步骤S4计算的总轧制力Pi(i＝1,2,3)的值与设定的允许偏差范围e 值进行比较，进行动态调整；
[0058] S51、若|P设‑P|＜e时，则不需要进行轧辊的控制；
[0059] S52、若|P设‑P|＞e且P设＞P时，则调整轧制接触界面的辊缝值，如果设定的总的轧制力更大，则将轧件新的出口厚度值为h'B＝95％hB，即控制轧辊压下，将h′B替换hB代入到
上述步骤S3至S4中，重新计算,直至|P设‑P|＜e为止；如果计算的总轧制力更大，则将轧件新
的出口厚度值增加5％，即控制轧辊抬升，将h′B替换hB代入到上述步骤S3至S4中，重新计算,
直至|P设‑P|＜e为止。此时的hB值为最终轧辊应调整到的最终值。
[0060] 可优选的是，所述步骤S32具体包括以下步骤：
[0061] S321、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大于5时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区、制动区和停滞区；
[0062] S322、根据步骤S321中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力：
[0063] 前滑区BD区间单位轧制力的具体表达式如下：
[0064]
[0065] 其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hB对应轧制界面入口处B处的轧件厚度，hx表示任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对
应弦与轧件中心线的夹角；
[0066] 后滑区AC区间单位轧制力的具体表达式如下：
[0067]
[0068] 其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hA对应后滑区出口位置A处轧件的厚度，hx表示后滑区任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，
θ表示对应弦与轧件中心线的夹角；
[0069] 制动区CE和DF区间单位轧制力的具体表达式分别如下：
[0070] CE段：
[0071] DF段：
[0072] 其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hC,hD对应制动区分段C、D位置处的轧件厚度，hx表示对应分段区间内d任意位置处的板带厚度，δ表示相对应段的相关系数，
μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角；
[0073] 停滞区EF区间单位轧制力的具体表达式如下：
[0074]
[0075] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hnd为板带中性面厚度，hx为对应停滞区任意位置轧件厚度，pE表示E点应力值，
hE表示E点对应板带厚度。
[0076] 可优选的是，所述步骤S33具体包括以下步骤：
[0077] S331、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在 2至5之间时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区和停滞区；
[0078] S332、根据步骤S331中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力：
[0079] 前滑区BD区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0080]
[0081] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx为对应前滑区任意位
置轧件厚度，hB表示B点对应板带厚度；
[0082] 后滑区AC区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0083]
[0084] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx为对应后滑区任意位
置轧件厚度，hA表示A点对应轧制界面出口处的板带厚度；
[0085] 停滞区CD区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0086]
[0087] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx对应停滞区任意位
置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hC表示C点对应板带厚度，pC表示C点应
力值。
[0088] 可优选的是，所述第一种类型中停滞区EF区间接触弧长度lEF的具体表达式为：
[0089]
[0090] 其中，hE为x等于l/2时轧件的厚度，θEN为停滞区EF区间内任意位置接触弧与水平面的夹角。
[0091] 可优选的是，所述第二种类型中停滞区CD区间接触弧长度lCD的具体表达式为：
[0092]
[0093] 其中，hC为坐标x等于 时板带在轧制接触界面的厚度，θCN表示停滞区 CD区间内任意位置接触弧与水平面的夹角；hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
[0094] 可优选的是，在步骤S34中，根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度的比值小于2时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，计算第三种类型中停滞区AB的单位轧制
力，具体表达式如下：
[0095]
[0096] 其中，l表示变形区长度， k表示摩擦力达到最大值时的常值；δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数；θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停滞
区任意位置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hA表示A点对应板带厚度，Δh
表示轧件压下量。
[0097] 可优选的是，所述步骤S412中各段轧制力的具体表达式为：
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] x∈(xF,xE)
[0104] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx对应停滞区任意位
置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hA～hE表示A～E点对应的板带厚度，l
表示变形区长度，
[0105] 可优选的是，所述步骤S422中各段轧制力的具体表达式为：
[0106]
[0107]
[0108]
[0109] 其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，hA，hB，hD表示A，B， D点对应的板带厚度，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数
μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停滞区任意位置轧件
厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
[0110] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0111] 1.本发明可以对轧制中的轧制力进行准确计算，并及时发现现场生产中实际轧制力与设定轧制力发生偏差情况，做出轧辊控制调整。
[0112] 2.本发明通过轧制力稳定控制，改善因轧制力不当而产生的轧制过程板带振动问题，从而提高板带材质量，延长轧机设备寿命，节约成本并相应地减少不必要的产能浪费。
[0113] 3.本发明将理论研究和实际生产相结合，是产学研体系的一种代表形式，使生产更高效，研究更具针对性和实用性。
附图说明
[0114] 图1为本发明基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法中第一种类型下单位摩擦力沿接触弧的分布图；
[0115] 图2为本发明基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法中第二种类型下单位摩擦力沿接触弧的分布图；
[0116] 图3为本发明基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法中第三种类型下单位摩擦力沿接触弧的分布图；
[0117] 图4为本发明基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法的流程图。
具体实施方式
[0118] 为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
[0119] 如图4所示，本发明主要是基于轧制接触界面分段模型上的力学参数进行计算，求解动态轧制接触界面动态接触参数和单位轧制压力，并针对计算结果提出轧辊压下量的控
制变化量，从而提升轧制稳定性和产品质量。在本发明的一个优选实施方式中，本发明的基
于轧制接触界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法，包括以下步骤：
[0120] S1、根据轧件厚度和变形区长度，将轧制变形区按照轧制接触界面摩擦力特征划分为不同变形区微元体。
[0121] S2、根据轧制变形区的微元体，建立轧制接触界面内轧件金属流动的体积表达式，得到轧件在轧制接触界面上沿轧辊接触弧各点的水平速度。
[0122] S3、根据轧制接触界面上接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大小，对轧制接触界面进行分段划分并计算各段内的单位轧制压力。
[0123] S4、根据步骤S32至S34计算的单位轧制力，分别求得第一种类型、第二种类型和第三种类型对应的总轧制力Pi(i＝1,2,3)。
[0124] S5、将步骤S4计算的总轧制力Pi(i＝1,2,3)的值与设定的允许偏差范围 e值进行比较，进行动态调整，e根据使用环境与不同用途确定。
[0125] 进一步的，步骤S2中的获得轧件在轧制接触界面上沿轧辊接触弧各点的水平速度的方法包括：
[0126] S21、根据轧制理论，求得轧件沿轧制接触界面的中性角，具体表达式如下：
[0127]
[0128] 其中，μ为摩擦系数，Δh为轧件的压下量，R为轧辊的半径。
[0129] S22、根据轧制接触界面的几何分布状态特征，求得轧件的接触弧函数，具体表达式如下：
[0130]
[0131] hx＝2zx
[0132] 其中，hB为轧件出口的厚度，R为轧辊半径，x为轧件和轧辊的接触界面上任意位置的横坐标。
[0133] S23、根据轧件的几何参数特征，求得轧制接触界面中性点处轧件的厚度，具体表达式如下：
[0134]
[0135] 其中，hB为轧后轧件的厚度，R为轧辊的半径，γ为轧制接触界面的动态中性角。
[0136] 进一步的，步骤S3中的获得轧制接触界面各段内的单位轧制压力的方法包括，
[0137] S31、根据轧制理论，将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大于5 的设为第一类型；将接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在2至5之间的设为第二类型；将接触弧
长度l和轧件的平均厚度 的比值小于2的设为第三类型。
[0138] 进一步的，为了更好的描述第一种类型，如图1所示，设A点和B点处的厚度分别为轧件的入口厚度和轧件的出口厚度；AC段和BD段为滑动区， CE段和DF段为制动区，EF段为
停滞区。
[0139] 如图2所示，设A点和B点处的厚度分别为轧件的入口厚度和轧件的出口厚度；AC段和BD段为滑动区，CD段为停滞区。
[0140] 如图3所示，设A点和B点处的厚度分别为轧件的入口厚度和轧件的出口厚度；AB段为停滞区。
[0141] S32、计算第一种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力：
[0142] ˉ
[0143] S321、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度h的比值大于5时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区、制动区和停滞区。
[0144] S322、根据步骤S321中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力：
[0145] 前滑区BD区间单位轧制力的具体表达式如下：
[0146]
[0147] 其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hB对应轧制界面入口处的轧件厚度，hx表示前滑区任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表
示对应弦与轧件中心线的夹角；
[0148] 后滑区AC区间单位轧制力的具体表达式如下：
[0149]
[0150] 其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hA对应后滑区轧制界面出口处的轧件厚度，hx表示任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表
示对应弦与轧件中心线的夹角。
[0151] 制动区CE和DF区间单位轧制力的具体表达式分别如下：
[0152] CE段：
[0153] DF段：
[0154] 其中，k表示摩擦力达到最大值时的常值，hC,hD对应制动区C、D点位置处的轧件厚度，hx表示制动区内任意位置处板带厚度，δ表示相对应段的相关系数， μ表示摩
擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角。
[0155] 停滞区EF区间单位轧制力的具体表达式如下：
[0156]
[0157] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx为对应停滞区任意
位置轧件厚度，pE表示轧制界面E点应力值，hE表示E点对应板带厚度，hnd表示轧制接触界面
中性点处的轧件厚度。
[0158] S33、计算第二种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力：
[0159] S331、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在 2至5之间时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区和停滞区；
[0160] S332、根据步骤S331中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力：
[0161] 前滑区BD区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0162]
[0163] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx为对应前滑区任意位
置轧件厚度，hB表示轧制界面入口位置B点处对应板带厚度；
[0164] 后滑区AC区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0165]
[0166] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx为对应后滑区任意位
置轧件厚度，hA表示轧制界面出口位置处A点对应板带厚度；
[0167] 停滞区CD区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0168]
[0169] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx对应停滞区任意位
置轧件厚度，pC表示C点应力值，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hC表示C点对应板带
厚度，pC表示轧制界面C点应力值。
[0170] S34、计算第三种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力：
[0171] 在步骤S34中，根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值小于2时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，计算第三种类型中停滞区AB 的单位轧制力，具体表
达式如下：
[0172]
[0173] 其中，l表示变形区长度， k表示摩擦力达到最大值时的常值；δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数；θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停
滞区任意位置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hA表示轧制界面出口位置
处A点对应板带厚度。
[0174] 具体而言，第一种类型中停滞区EF区间接触弧长度lEF的具体表达式为：
[0175]
[0176] 其中，hE为x等于l/2时轧件的厚度，θEN为停滞区任意位置接触弧与水平面的夹角。
[0177] 具体而言，第二种类型中停滞区CD区间接触弧长度lCD的具体表达式为：
[0178]
[0179] 其中，hC为坐标x等于 时板带在轧制接触界面的厚度，θCN表示停滞区任意位置接触弧与水平面的夹角；hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
[0180] 进一步的，步骤S4中的求得每种类型对应的总轧制力Pi(i＝1,2,3)的具体实施过程如下：
[0181] S41、根据步骤S32求得的单位轧制力，得到第一种类型的总轧制力P1；
[0182] S411、计算各分段区域点A‑F对应的坐标，具体表达式如下：
[0183] xB＝0
[0184]
[0185]
[0186]
[0187]
[0188] xA＝l
[0189] 其中，xA～xF表示第一种类型中各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数。
[0190] S412、将步骤S32求得的各段轧制力进行求和，得到第一种轧制接触界面类型下的总轧制力P1，具体表达式如下：
[0191]
[0192] 其中，px表示任意分段单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCE，PDF是制动区单位轧制力，PEF是停滞区的单位轧制力。
[0193] 进一步的，各段轧制力的具体表达式为：
[0194]
[0195]
[0196]
[0197]
[0198]
[0199] x∈(xF,xE)
[0200] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx对应停滞区任意位
置轧件厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hA～ hE表示A～E点对应的板带厚度，l
表示变形区长度，
[0201] S42、根据步骤S33求得的单位轧制力，得到第二种轧制接触界面类型的总轧制力P2：
[0202] S421、计算各分段区域点A‑D对应坐标，具体表达式如下：
[0203] xB＝0
[0204]
[0205]
[0206] xA＝l
[0207] 其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数。
[0208] S422、将步骤S33求得的各段轧制力进行求和，得到第二种轧制接触界面类型下的总轧制力P2，具体表达式如下：
[0209]
[0210] 其中，px表示任意分段单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCD是停滞区单位轧制力，PEF是停滞区的单位轧制力。
[0211] 进一步的，S422中各段轧制力的具体表达式为：
[0212]
[0213]
[0214]
[0215] 其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，hA，hB，hD表示A， B，D点对应板带厚度，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数
μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角；hx对应停滞区任意位置轧件
厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
[0216] S43、根据步骤S34求得的单位轧制力，由此得到第三种轧制接触界面类型的总轧制力P3：
[0217] S431、计算各分段区域点AB对应坐标，具体表达式如下：
[0218] xA＝l
[0219] xB＝0
[0220] S432、将步骤S34求得的各段轧制力进行求和，得到第三种轧制接触界面类型下的总轧制力P3，具体表达式如下：
[0221]
[0222] 其中，hx表示任意位置处板带厚度，dhx表示任意位置出的厚度变化率，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，μ表示轧制界面摩擦系数，hnd为板带中性面厚度，k表示摩擦力达到
最大值时的常值。
[0223] 进一步的，步骤S5中的动态调整，具体过程如下：
[0224] S51、若|P设‑P|＜e时，则不需要进行轧辊的控制；
[0225] S52、若|P设‑P|＞e且P设＞P时，则调整轧制接触界面的辊缝值，如果设定的总的轧制力更大，则将轧件新的出口厚度值为h'B＝95％hB，即控制轧辊压下，将h′B替换hB代入到
上述步骤S3至S4中，重新计算,直至|P设‑P|＜e为止；如果计算的总轧制力更大，则将轧件新
的出口厚度值增加5％，即控制轧辊抬升，将h′B替换hB代入到上述步骤S3至S4中，重新计算,
直至|P设‑P|＜e为止。此时的hB值为最终轧辊应调整到的最终值。
[0226] 以下结合实施例对本发明一种基于轧制界面分段模型上力学参数的辊缝控制方法做进一步描述：
[0227] 确定输入的轧制参数，如表1所示。
[0228] 表1轧制参数值
[0229]
[0230] 具体实施过程如下：
[0231] S1、根据本实施例中轧件的厚度和变形区的长度，将轧制变形区按照轧制接触界面摩擦力特征划分为不同变形区微元体。
[0232] S2、根据轧制变形区的微元体，建立轧制接触界面内轧件金属流动的体积表达式，得到轧件在轧制接触界面上沿轧辊接触弧各点的水平速度。
[0233] S3、根据出口厚度和入口厚度的值，取两者的平均值得到轧件的平均厚度，即(hA+hB)/2＝11.5mm；轧件的变形区长度为： 根据求得的轧制接
触界面上接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值大小，对轧制接触界面进行分段划分并
计算各段内的单位轧制压力。
[0234] S31、根据轧制理论，得到接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值为4.66，判断为第二类型。如图2所示，设A点和B点处的厚度分别为轧件的入口厚度和轧件的出口厚度；AC
段和BD段为滑动区，CD段为停滞区。
[0235] S33、计算第二种类型中轧件变形区各段的单位轧制压力：
[0236] S331、根据轧制接触界面上，接触弧长度l和轧件的平均厚度 的比值在 2至5之间时轧件与轧辊接触摩擦力的状态，将轧件变形区分为前滑区、后滑区和停滞区；
[0237] S332、根据步骤S331中变形区的长度，求得轧件变形区各段的单位轧制力：
[0238] 前滑区BD区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0239]
[0240] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx为对应前滑区任意位
置轧件厚度，hB表示B点对应板带厚度。
[0241] 后滑区AC区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0242]
[0243] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx为对应后滑区任意位
置轧件厚度，hA表示A点对应板带厚度。
[0244] 停滞区CD区间单位轧制压力具体表达式如下：
[0245]
[0246] 其中，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数 μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角， hx对应停滞区任意位置
轧件厚度，pC表示C点应力值，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度，hC表示C点对应板带厚
度。
[0247] S4、根据步骤S32至S34计算的单位轧制力，分别求得第一种类型、第二种类型和第三种类型对应的总轧制力Pi(i＝1,2,3)。
[0248] S42、根据步骤S33求得的单位轧制力，得到第二种轧制接触界面类型的总轧制力P2；
[0249] S421、计算各分段区域点A‑D对应坐标，具体表达式如下：
[0250] xB＝0
[0251]
[0252]
[0253] xA＝l
[0254] 其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，l为接触弧长，R为工作辊半径，Δh表示板带压下量，μ表示轧制界面摩擦系数。
[0255] S422、将步骤S33求得的各段轧制力进行求和，得到第二种轧制接触界面类型下的总轧制力P2，具体表达式如下：
[0256]
[0257] 其中，px表示任意分段单位轧制力，PAC是前滑区的单位轧制力，PBD是后滑区的单位轧制力，PCD是停滞区单位轧制力，PEF是停滞区的单位轧制力。
[0258]
[0259]
[0260]
[0261] 其中，xA～xD表示第一种类型中各点的坐标计算值，hA，hB，hD表示A， B，D点对应板带厚度，k表示轧制接触界面中摩擦力达到最大值时的常值，δ表示相对应段的相关系数
μ表示摩擦系数，θ表示对应弦与轧件中心线的夹角，hx对应停滞区任意位置轧件
厚度，hnd表示轧制接触界面板带中性面厚度。
[0262] S5、进行判断，总轧制力的设定值与计算值差值是否在允许范围e(本实施例子中e取5％P)内。判断|P设‑P|＜5％P设是否成立，若成立，则流程结束，轧辊无需调整；若不成立，
判断P设＞P是否成立，若成立，将hB2＝95％hB作为新的hB代入步骤一并重新进行计算直至结
束；若P设＞P不成立，将hB2＝105％hB 作为新的hB代入步骤一并重新进行计算直至结束。结
束时hB2的值为轧件出口厚度值，(hB2‑hB1)为轧辊的调整量。
[0263] 通过上述实施例，本发明通过对轧制力求解模型进行优化求解，得到了精度更高的轧制力；基于轧制力反馈控制理论，对轧制力进行修正，保证轧制过程轧制界面受载稳定
性。本发明可以保证轧制过程工艺参数的稳定性，进而提高板带生产精度和生产效率。
[0264] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案
做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
