[发明专利]一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法及系统，该方法包括：获取轧机的轧辊参数和轧制工艺参数；基于影响函数法，建立轧机辊系弹性变形模型，通过轧机辊系弹性变形模型，计算轧辊的辊间接触压力分布；根据辊间接触压力分布，计算轧辊接触区的赫兹应力和接触半宽；根据轧辊接触区的赫兹应力和接触半宽，计算轧辊内部的三向应力；根据轧辊内部的三向应力得到最大切应力分布，结合非线性疲劳积累模型，建立轧辊疲劳预测模型，通过该轧辊疲劳预测模型对轧辊疲劳状态进行预测。本发明能够对冷轧轧辊的疲劳状态进行预测，减少疲劳事故的发生，进而有效保证生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及冶金机械技术领域，特别涉及一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法及系统。

背景技术

轧辊在轧制钢材过程中，表面承受较大的轧制力和较强的磨损。对于六辊轧机的支撑辊和中间辊，其主要失效形式为疲劳破坏，本质是接触循环应力引发的裂纹萌生和扩展。轧辊特别是支撑辊的制造费用较高，它的失效意味着钢厂生产成本的提高。因此建立适合现场应用的轧辊疲劳预测模型，定量表示轧辊的疲劳程度，对于监测轧辊的安全性能，适时安排轧辊的下机有重要意义。

关于轧辊的疲劳预测也有过很多相关方案，例如，申请号为201710958753.7的专利申请公开了一种基于BP网络轧辊合金接触疲劳性能预测方法，通过采集数据构造人工神经网络模型的训练样本集，经过测试后，利用训练好的人工神经网络模型对轧辊进行接触疲劳性能的预测。申请号为201610349243.5的专利申请公开了一种基于响应面模型的轧辊冷却系统工艺参数优化方法，通过利用有限元分析软件对试验样本点进行耦合分析，提取关键位置节点的应力状态，之后利用有限元疲劳分析软件对轧辊进行疲劳寿命分析。

文献1(路文影.冷轧工作辊表面应力及磨损失效的力学分析[D].燕山大学，2009.)基于有限元软件MARC，建立了HCW轧机弹性模型，研究了板宽、压下率、弯辊力、工作辊横移及弯辊力和工作辊横移的综合作用对工作辊应力场和轧辊失效的影响规律。文献2(牟艳秋.薄带钢冷轧辊疲劳裂纹的研究[D].新疆大学，2010.)提出了一种基于裂纹扩展的轧辊寿命预估公式，将轧辊的疲劳寿命视为由疲劳裂纹起始寿命和疲劳裂纹扩展寿命两部分构成。

从上述现有的技术方案可以看出，在轧辊疲劳预测模型的研究中，一般使用有限元法计算辊间接触压力，但有限元法计算速度缓慢，无法对众多的工况进行模拟，使得其在实际生产中的应用性有所下降。解析法可快速计算辊间接触压力，但解析法在轧辊疲劳方面的应用较少。

发明内容

本发明提供了一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法及系统，以解决现有技术方案一般使用有限元法计算辊间接触压力，但有限元法计算速度缓慢，无法对众多的工况进行模拟，使得其在实际生产中的应用性有所下降的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法，包括：

获取轧机的轧辊参数和轧制工艺参数；

基于影响函数法，建立轧机辊系弹性变形模型，根据所述轧辊参数和轧制工艺参数，通过所述轧机辊系弹性变形模型，计算轧辊的辊间接触压力分布；

根据所述辊间接触压力分布，计算轧辊接触区的赫兹应力和接触半宽；

根据所述赫兹应力和接触半宽，计算轧辊内部的三向应力；

根据轧辊内部的三向应力得到最大切应力分布，结合非线性疲劳积累模型，建立轧辊疲劳预测模型，通过所述轧辊疲劳预测模型对轧辊疲劳状态进行预测。

进一步地，所述轧辊参数包括但不限于：轧机的工作辊、中间辊和支撑辊分别对应的轧辊倒角长度、倒角深度、直径、长度以及凸度；所述轧制工艺参数包括但不限于：目标厚度、来料厚度、带钢宽度、轧制力、中间辊弯辊力、工作辊弯辊力以及中间辊窜辊量。