厚板生产压下规程的计算机辅助设计.doc

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厚板生产压下规程的计算机辅助设计
1.概述
本专题是以鞍钢厚板厂为参考，采用Visual basic语言对单机架厚板轧机所做的压下规程的辅助设计。程序是计算机的灵魂，正是在各种类型程序的功能实现下，计算机才能像今天这样被广泛的应用[19]。本设计采用界面形式，使压下规程的设计更加简单化，增强了操作性，对实际生产有一定的实用意义。
2.本设计压下规程的设计方法与步骤
（1）在咬入能力允许的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分各个道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率及确定个道次能耗分配比等各种方法；（2）制定速度制度，计算轧制时间并确定逐道次轧制温度；（3）计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；（4）校核轧辊等部件的强度和电机功率；（5）按前述制定轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。
3.设计内容
（1）轧制方法：在本程序中采用横-纵轧法，纵-横轧制法都可行。
（2）参数选择：坯料的厚度、宽度、长度、化学成分，轧辊长度、直径、弯曲应力系数、接触应力，轧制速度等。
（3）道次压下量的分配：四辊可逆式宽厚板轧机轧制中厚板时，由于不受咬入条件的限制，在采用连铸坯为原料时，除鳞道次之后可以采用大压下量轧制，然后随着钢坯温度降低，压下量逐渐变小，最后1～2道次为了保证板形和厚度精度要采用较小的压下量。在确定压下量分配之后，即可根据C.H.古布金公式求得各道次的宽展量和轧后钢板尺寸。公式为：
——压下率；R——工作辊平均半径，mm；——压下量，mm; ——摩擦系数

（4）轧制速度的确定
在轧制中，由于在横轧道次轧件短，可适当采用匀速稳定轧制，而对于纵轧道次，视情况采用梯形速度制度，如图。
根据经验资料，可逆式中厚板轧机的粗轧机上咬入和抛出速度分别在10~20r/min和15~25r/min的范围内， 精轧机上，咬入速度可取20~40r/min，
甚至取60r/min等速咬入，而取20~30r/min

图3.1梯形速度图
采用梯形速度计算，由图可看出+和td-是加速和减速的轧制时间，td是稳定轧制时间，计算公式如下：

为间隙时间。
（5）轧制时间分配
间隙时间的确定：根据经验资料，在四辊轧机上可逆轧制时，＜3.5m，取=2.5s，当＞3.5m时取=4s.。
（6）温降计算

式中 —上一道轧制到下一道轧制时的温降（℃）
Z—辐射时间，即上一道轧制至下一道轧制的延续时间，为上一道的纯扎时间与轧后间隙时间之和（s）
h—上一道轧后的厚度（mm）
—前一道轧制的轧件绝对温度（K）
（7）轧制力和力矩的计算

式中 BH、Bh—分别为轧制前、后轧件的宽度（mm）
R—轧辊平均半径（mm）
η—钢的粘性系数
V—轧制线速度（m/s）
f—摩擦系数
K—平面变形抗力系数
M=Mz+Mm1+Mm2+Mk+Md;
式中 Mz—轧制力矩（t·m）
Mm1+ Mm2—附加摩擦力矩（t·m）
Mk—轧机的空转力矩（t·m）
Md—作用在电机轴上的动力矩（t·m）
（8）轧辊强度强度校核
工作辊强度校核计算式

τd=Mn/Wn
支撑辊身中央处弯矩计算：
弯曲应力公式：
支承辊辊颈危险断面弯矩值为：Mdz=P/2×(a－L)/2
其弯曲应力为：
接触应力的计算 因为两辊的材质不同，接触应力的计算公式为

各与其对应的应力比较，小于许用应力值者为合格。
（9）电机校核
电机传动轧辊所需力矩的计算
一般电机轴所需的力矩有以下四个部分组成：

式中：——轧制力矩，即为使轧件发生塑性变形所需力矩；
——传至电机轴上的附加摩擦力矩；
——空转力矩，即在空转时传动轧机所需的力矩；
——动力矩，即为了克服速度变化时的惯性所需的力矩；
——电机到轧辊的传动比。

轧制力矩公式

式中：——各道次轧制压力，MN；
——工作辊半径，m；
——各道次压下量，m；
——力臂系数，中板厂一般取0.4~0.5。
摩擦力矩公式

式中：——轧辊轴承中的摩擦力矩；
——传动机构中的摩擦力矩。

式中：——支撑辊轴承的摩擦系数，其轴承为滚动摩擦轴承 取=0.003；
P——各道次轧制压力，MN；
——支撑辊辊颈直径；
——工作辊辊身直径；
——支撑辊辊身直径。

式中：——主电机到轧辊的传动效率。
空转力矩公式

Me=
式中：——主电机额定力矩；
PH ——主电机额定功率， ——主电机额定转速。
动力矩公式

式中：——总飞轮矩；
——加减速度，
（10）本次设计一些数据提示
1.程序计算中的轧辊直径值取用的是轧辊的平均直径。
2. 工作辊强度校核计算式中取0.208。
3. 根据国内4300轧机的资料以及同类轧机的资料，结合本设计的实际情况，取=2470.8 t.㎡。
4.本程序最大轧制道次为19道次。
4 界面操作
第一步：程序运行之后，屏幕上提示输入坯料尺寸，轧辊尺寸，轧制速度，总轧道次，横轧道次，纵轧道次，等，如图示，先点击刷新按钮后，进行数据输入，及确定开轧为横轧或者纵轧被输入的数据是随着具体情况而变的数据值，是根据生产状况和生产经验确定的有效值。数据的灵活性使它能方便地应用于多种生产情况和多种坯料的生产领域。

图4.1 操作界面1
第二步：输入力臂系数后，点击刷新按钮进行轧制压下量的输入，轧制道次每输入一道，按一次输入，按一次显示键，也可以输入结束后显示键,显示键最好多按几次。查看各道次钢板尺寸以及轧制时间、压下量、压下率、纯轧制时间，间隙时间分配，轧制力轧制力矩等。看完后，单击下一步，进行电机与轧辊校核

图4.2 操作界面2
第三步 输入表格上方的各个校核参数后，按确定，程序将会对每道次的轧制力及力矩进行校核，如果合格，在相应位置会显示合格，若不合格，显示不合格。程序运行结束。

图4.3 操作界面3
5、程序
模块程序：
'原料情况
Public K As Single, G As Single, c As Single, content_C As Single, content_Mn As Single, content_Gr As Single, K1 As Single, G1 As Single, C1 As Single
'延伸系数
Public total_yanshen As Single, average_yanshen As Single
'轧制道次
Public total_way As Integer, hen_way As Integer, second_way As Integer
'轧机速度
Public v_wen As Single, v_yao As Single, v_pao As Single, v_jia As Single, v_jian As Single, v_e As Single
'轧制温度
Public t_kai As Single, t_second As Single
'轧辊尺寸
Public max_z As Single, min_z As Single, ave_z As Single, max_g As Single, min_g As Single, ave_g As Single, zhijing_g As Single, zhijing_z As Single
'标记
Public flag As Single
'结果
Public out(0 To 200, 0 To 11) As Double, i As Single, A(0 To 200, 0 To 11)
'压下
Public z_yaxia As Single, ave_yaxia As Single
'校核
Public allow_w As Single, allow_z As Single, allow_g As Single, jianju_z As Single, jianju_g As Single, allow_touch As Single, tanxing As Single, tanxing_z As Single, tanxing_g As Single, bosong_g As Single, bosong_z As Single
'力臂系数
Public libi As Single
'过载系数
Public guozai As Single
'纵横轧制区别
Public q As Single
'传动效率
Public xiaolv As Single
窗体程序一：
Private Sub Check1_Click()
q = 1
End Sub
Private Sub Check2_Click()
q = 2
End Sub
Private Sub Command1_Click() '清屏
Text1.Text = ""
Text2.Text = ""
Text3.Text = ""
Text4.Text = ""
Text5.Text = ""
Text6.Text = ""
Text7.Text = ""
Text8.Text = ""
Text9.Text = "0"
Text10.Text = "00"
Text11.Text = "0"
Text12.Text = "0"
Text13.Text = "0"
Text14.Text = "0"
Text15.Text = ""
Text16.Text = "0"
Text17.Text = "0"
Text18.Text = "0"
Text19.Text = ""
Text20.Text = "0"
Text21.Text = "0"
Text22.Text = "0"

Text24.Text = "0"
Text25.Text = "1"
Text26.Text = "0"
Text27.Text = "0"
Text28.Text = "0"
Text29.Text = "0"
Text30.Text = "0"
Text32.Text = "0"
End Sub
Private Sub Text10_Click()
z_yaxia = Val(Text24.Text)
ave_yaxia = Val(Text25.Text)
total_way = z_yaxia / ave_yaxia
Text12.Text = "提示：总轧制道次最好为 " & total_way & " 或者在其附近" '如何从别的地方引用其他值
If c > K And c < K1 Then
Text12.Text = "提示：总轧制道次最好为 " & total_way & "道次 或者在 " & total_way & "道次附近且根据上述条件最好先纵轧至板长等于成品板宽之后在横轧到底 "
Else: Text12.Text = "提示：总轧制道次最好为 " & total_way & "道次 或者在" & total_way & "道次附近且根据上述条件最好先横轧至板宽等于成品板宽之后在纵轧到底"
End If
End Sub
Private Sub Text24_Click()
Text24.Text = Val(Text2.Text) - Val(Text8.Text)
End Sub
Private Sub Text9_Click()
K = Val(Text1.Text)
G = Val(Text2.Text)
c = Val(Text3.Text)
K1 = Val(Text7.Text)
G1 = Val(Text8.Text)
C1 = K * G * c / (K1 * G1)
Text9.Text = C1
End Sub
Private Sub Text21_Click()
Text21.Text = Val(Text10.Text) - Val(Text11.Text)
End Sub
Private Sub Text15_Click()
Text15.Text = (Val(Text13.Text) + Val(Text14.Text)) / 2
End Sub
Private Sub Text19_Click()
Text19.Text = (Val(Text17.Text) + Val(Text18.Text)) / 2
End Sub
Private Sub Command2_Click()
'原料情况
K = Val(Text1.Text)
G = Val(Text2.Text)
c = Val(Text3.Text)
content_C = Val(Text4.Text)
content_Mn = Val(Text5.Text)
content_Cr = Val(Text6.Text)
'轧制道次
total_way = Val(Text10.Text)
hen_way = Val(Text11.Text)
second_way = Val(Text21.Text)
'辊径尺寸
max_z = Val(Text13.Text)
min_z = Val(Text14.Text)
ave_z = Val(Text15.Text)
zhijing_z = Val(Text16.Text)
max_g = Val(Text17.Text)
min_g = Val(Text18.Text)
ave_g = Val(Text19.Text)
zhijing_g = Val(Text20.Text)
'开轧温度
t_kai = Val(Text22.Text)
'速度制度
v_wen = Val(Text30.Text)
v_yao = Val(Text29.Text)
v_pao = Val(Text28.Text)
v_jia = Val(Text27.Text)
v_jian = Val(Text26.Text)
v_e = Val(Text32.Text)
Form1.Hide
Form2.Show
End Sub
窗体二程序
Private Sub Command1_Click()
End
End Sub
Private Sub Command2_Click()
Form2.Hide
Form3.Show
End Sub
Private Sub Command4_Click()
'计算
'给道次赋值
For i = 0 To total_way
out(i, 0) = i
Next i
'算板高
out(0, 1) = G
For i = 1 To total_way
out(i, 1) = out(i - 1, 1) - out(i, 4)
Next i
'算轧制时间
Dim v0 As Single, v1 As Single, v2 As Single, tp As Single
v0 = (v_wen - v_yao) / v_jia
v1 = (v_wen - v_pao) / v_jian
For i = 1 To total_way
If out(i, 0) <= hen_way Then
v2 = (60 * out(i - 1, 2) / 3.14 / ave_g + v_yao * v_yao / 2 / v_jia + v_pao * v_pao / 2 / v_jian - (v_jia + v_jian) * v_wen * v_wen / 2 / v_jia / v_jian) / v_wen
out(i, 6) = v0 + v1 + v2
Else
v2 = (60 * out(i - 1, 3) / 3.14 / ave_g + v_yao * v_yao / 2 / v_jia + v_pao * v_pao / 2 / v_jian - (v_jia + v_jian) * v_wen * v_wen / 2 / v_jia / v_jian) / v_wen
out(i, 6) = v0 + v1 + v2
End If
Next i
'算轧制时间间隔
out(1, 7) = 0
For i = 2 To total_way
If out(i, 0) < hen_way Then
out(i, 7) = 2.5
Else
If out(i, 3) < 3500 Then
out(i, 7) = 2.5
Else
out(i, 7) = 4
End If
End If
Next i
'算温度
out(0, 8) = t_kai
For i = 1 To total_way
out(i, 8) = out(i - 1, 8) - 12.9 * (out(i, 6) + out(i, 7)) * (((out(i - 1, 8) + 273) / 1000) ^ 4) / out(i, 1) - 14
Next i
'算压下率
For i = 1 To total_way
out(i, 5) = out(i, 4) / out(i - 1, 1) * 100
Next i
'算板宽 +长
out(0, 2) = K
out(0, 3) = c
Dim f As Single
For i = 1 To total_way
f = 0.8 * (1.05 - 0.0005 * out(i - 1, 8)) '该轧制道次温度
If out(i, 0) <= hen_way Then
out(i, 3) = out(i - 1, 3) + (1 + out(i, 4) / out(i - 1, 1)) * (f * Sqr(ave_g / 2 * out(i, 4)) - out(i, 4) / 2) * out(i, 4) / out(i - 1, 1)
out(i, 2) = K * G * c / out(i, 1) / out(i, 3)
Else
out(i, 2) = out(i - 1, 2) + (1 + out(i, 4) / out(i - 1, 1)) * (f * Sqr(ave_g / 2 * out(i, 4)) - out(i, 4) / 2) * out(i, 4) / out(i - 1, 1)
out(i, 3) = K * G * c / out(i, 1) / out(i, 2)
End If
Next i
'算板长
'For i = 1 To total_way
' If out(i, 0) <= hen_way Then
' out(i, 3) = c
' Else
'out(i, 3) = c * out(hen_way, 1) / out(i, 1)
' End If
'Next i
'轧制力
Dim Y As Single, u As Single, m As Single, u1 As Single, f1 As Single
For i = 1 To total_way
f1 = 0.8 * (1.05 - 0.0005 * out(i - 1, 8)) '该轧制道次温度
Y = (140 - 0.1 * out(i - 1, 8)) * (1.4 + content_C + content_Mn + 0.3 * content_Cr) '该轧制道次温度
u = 0.1 * (14 - 0.01 * out(i - 1, 8)) '该轧制道次温度
u1 = 2 * Sqr(out(i, 4) / ave_g * 2) * 40 * ave_g * 3.14 / 60 / (out(i, 1) + out(i - 1, 1))
m = (1.6 * f1 * Sqr(ave_g / 2 * out(i, 4)) - 1.2 * out(i, 4)) / (out(i - 1, 1) + out(i, 1))
If out(i, 0) <= hen_way Then
out(i, 9) = (0.5 * (out(i, 3) + out(i - 1, 3)) * Sqr(ave_g / 2 * out(i, 4)) * (1 + m) * (Y + u * u1)) / 10 ^ 6
Else
out(i, 9) = (0.5 * (out(i, 2) + out(i - 1, 2)) * Sqr(ave_g / 2 * out(i, 4)) * (1 + m) * (Y + u * u1)) / 10 ^ 6
End If
Next i
'轧制力矩
libi = Val(Text2.Text)
For i = 1 To total_way
out(i, 10) = 2 * out(i, 9) * libi * Sqr(ave_g / 2 / 1000 * out(i, 4) / 1000)
Next i
For i = 0 To total_way
Label1(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 0), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label2(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 1), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label3(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 2), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label4(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 3), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label5(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 4), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label6(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 5), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label7(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 6), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label8(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 7), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label9(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 8), ".00"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label10(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 9), ".000"))
Next i
For i = 0 To total_way
Label11(i + 1).Caption = Str(Format(out(i, 10), ".000"))
Next i
End Sub
Private Sub Command3_Click()
flag = 1
Label12.Caption = "请输入第" & Str(flag) & "道次压下量"
Text1.Text = ""
For j = 1 To 10
For i = 1 To total_way
out(i, j) = 0
Next i
Next j
End Sub
Private Sub Command5_Click()
out(flag, 4) = Val(Text1.Text)
flag = flag + 1
Text1.Text = ""
Label12.Caption = "请输入第" & Str(flag) & "道次压下量"
End Sub
Private Sub Command6_Click()
Form1.Show
Form2.Hide
End Sub
窗体三程序
Private Sub Command2_Click()
allow_w = Val(Text1.Text)
allow_z = Val(Text2.Text)
allow_g = Val(Text3.Text)
guozai = Val(Text4.Text)
moca = Val(Text5.Text)
jianju_z = Val(Text6.Text)
jianju_g = Val(Text7.Text)
allow_touch = Val(Text8.Text)
tanxing = Val(Text9.Text) * 10 ^ 9
tanxing_z = Val(Text10.Text) * 10 ^ 9
tanxing_g = Val(Text11.Text) * 10 ^ 9
bosong_g = Val(Text12.Text)
bosong_z = Val(Text13.Text)
xiaolv = Val(Text14.Text)

Dim s(100, 50) As String, w(100, 100) As String, j As Single
'检查支承辊弯曲应力

For i = 1 To hen_way

w(i, 0) = out(i, 9) * (jianju_z / 4 - out(i, 3) / 8) / 0.1 / ave_z / ave_z / ave_z * 10 ^ 6
If w(i, 0) < allow_z Then
s(i, 0) = "合格"
Else
s(i, 0) = "不合格"
End If

Next i

For i = hen_way To total_way
w(i, 0) = out(i, 9) * (jianju_z / 4 - out(i, 2) / 8) / 0.1 / ave_z / ave_z / ave_z * 10 ^ 6

If w(i, 0) < allow_z Then
s(i, 0) = "合格"
Else
s(i, 0) = "不合格"
End If
Next i
'支承辊辊径弯曲校核
For i = 1 To total_way
w(i, 5) = out(i, 9) * (jianju_z - 4300) / 4 / 1000 / 0.1 / (zhijing_z / 1000) ^ 3
If w(i, 5) < allow_z Then
s(i, 5) = "合格"
Else
s(i, 5) = "不合格"
End If
Next i
'检查工作辊滚头扭转强度
'摩擦力矩
For i = 1 To total_way
A(i, 0) = out(i, 9) * moca * zhijing_z / 1000 * ave_g / ave_z + (1 / xiaolv - 1) * (out(i, 10) + out(i, 9) * moca * zhijing_z / 1000 * ave_g / ave_z)
' 空转力矩
A(i, 1) = (0.03 * 2 * 0.955 * allow_w / v_e + 0.06 * 2 * 0.955 * allow_w / v_e) / 2 / 100
'动力矩
A(i, 2) = 2470.5 / 375 * v_jia / 100
A(i, 3) = A(i, 0) + A(i, 1) + A(i, 2) + out(i, 10)
'辊头设计
w(i, 1) = A(i, 3) / 2 / 0.208 / (ave_g - 10) / (ave_g - 10) / (ave_g - 10) * 10 ^ 9
If w(i, 1) < allow_g Then
s(i, 1) = "合格"
Else
s(i, 1) = "不合格"
End If
Next i
'检查接触应力
For i = 1 To total_way
w(i, 2) = Sqr((out(i, 9) / 4.3 * 10 ^ 6) * (ave_z + ave_g) * 10 ^ 3 / 3.14 / 3.14 / ave_z / ave_g / ((1 - bosong_z * bosong_z) / 3.14 / tanxing_z + (1 - bosong_g * bosong_g) / 3.14 / tanxing_g)) / 10 ^ 6

If w(i, 2) < allow_touch Then
s(i, 2) = "合格"
Else

s(i, 2) = "不合格"
End If
'接触应力中许用剪应力校核
w(i, 6) = 0.304 * w(i, 2)
If w(i, 6) < 0.5 * allow_touch Then
s(i, 6) = "合格"
Else
s(i, 6) = "不合格"
End If
'电机过载校核
If A(i, 3) < 0.955 * 2 * allow_w / 100 / v_e * guozai Then
s(i, 3) = "合格"
Else
s(i, 3) = "不合格"
End If
Next i
'电机发热校核
A(1, 10) = 0
A(1, 11) = 0
A(1, 9) = 0
For i = 1 To total_w