[发明专利]连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法

说明书

本发明提供一种连轧机能量流模型建模方法，本发明的建模方法针对某冷轧厂酸洗‑连轧产线中由变频电机控制的五机架连轧机机组，利用了能量流的理论方法，依据输出功率的特性和运行机理，将五机架连轧机的能量输出分为用于轧制工艺的功率P_z、轧辊变速能耗的功率P_g、轴颈与轴承摩擦损失的功率P_f1与传动机构摩擦损失的功率P_f2，轧机的输入功率等于四个输出功率之和。根据各输出功率与工艺参数之间的物理和力学关系，建立输出功率与对应工艺参数之间的平衡方程。所建立的模型用于评估轧机能量消耗的情况，为后续冷轧能耗优化研究提供基础。本发明方法建立的功率模型物理意义明确、结构简单、合理，也可应用于单机架轧机功率计算。

技术领域

本发明涉及冷轧机组轧机的能耗优化技术领域，尤其涉及一种连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法。

背景技术

冷轧生产是我国制造业中重要产业，冷轧的薄板产品用于制造业的很多领域。由于冷轧设备大型化，冷轧产品产量巨大，消耗的能源也惊人，冷轧工艺的能耗问题十分突出。随着我国越来越注重节能减排，降低能源消耗，冷轧工序的节能减排任务面临着严重挑战。冷轧工艺作为钢铁生产的终端工序，长期以来关注的一直是产品的质量和交货期等指标，能耗很少被关注。五机架连轧机是冷轧生产中消耗电能最大的设备，也是节能潜力最大的装备。五机架连轧机的节能降耗研究具有十分重要的意义。传统的能量流模型是一种为描述和评估数控机床加工系统能量消耗的建模方法。申请号为201410524619.2的专利利用能量流的理论，系统的建立了数控机床切削过程的功率模型，平均误差只有1.3％。酸轧产线的五机架连轧机与数控机床同为变频电机驱动控制机器，加工过程的参数与能耗有着密切的关系。五机架连轧机的额定功率更大，根据某冷轧厂提供的数据，一台轧机的电机容量可以达到5250kW，而一台数控机床的额定功率通常为7～12千瓦。能量流的理论方法也可以用于五机架连轧机。申请号为201410487219.9的专利，依据能量流模型，对数控机床加工过程的切削参数进行了优化，提高了能量效率。根据现有的文献以及专利情况，目前还没有采用能量流建立冷轧机组功率模型，来对能耗进行描述和评估，并开展节能优化研究。

申请号为201610487049.3的专利针对整条酸洗连轧生产线的大部分设备进行了功率建模，并且针对酸轧产线酸洗槽需要消耗热功率，建立了电功率与热功率耦合的酸轧产线功率模型。在五机架连轧机功率模型中，轧制过程中的张力也是影响轧制工艺功率的一个重要参数。但是该专利所述的冷轧机组功率模型的五机架连轧机模型，没有体现出张力与轧制功率的影响关系。在冷轧加工过程中，由于相邻两卷带钢之间的焊缝通过轧机的时候，轧辊需要减速，同时钢卷的品种规格非常的多，轧辊需要频繁的进行变速，而轧辊本身具有较大的质量和转动惯量，因此轧辊变速消耗的动能不可忽略，而该专利中的五机架连轧机功率模型没有考虑这个因素。因此，上述专利记载的五机架连轧机模型存在一定的不足之处。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法，用于弥补现有技术的不足。

本发明的实施例提供一种连轧机轧辊变速能量流模型建模方法，包括如下步骤：

A1：对连轧机中的每一个轧辊构建轧辊电功率模型，该轧辊电功率模型包括单个轧辊变速消耗的轧辊动能P_gi,P_gi的计算公式为

其中,轧辊的端部为轴颈，轧辊通过轴颈可转动的固定于轴承中，i整数，P_gi为第i个轧辊的密度，L_gi为第i个轧辊的长度，R_gi为第i个轧辊的半径，L_ji为第i个轧辊的轴颈的长度，R_ji为第i个轧辊的轴颈半径，α_i为第i个轧辊变速时的角加速度，n_i为第i个轧辊的转速；