帶鋼系統張力輥組打滑現象分析及處理

尹欣 中國二十冶集團有限公司 上海 201900

帶鋼系統張力輥組打滑現象分析及處理

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本文簡介了張力輥的控制原理，并對打滑原因進行了詳細分析，并結合張力輥打滑的具體實例重點分析了張力輥輥徑對打滑的影響，同時也對生產實際操作提出了相關建議。

張力輥；控制方式；打滑

1.概述

張力輥組一般由入口和出口呈S形分布的張力輥組成，作用是使帶材產生一定的張力，后張力輥組的線速度高于前張力輥組，帶鋼的張力是由線速度差產生的。入口張力輥的作用是提高入口段張力，使帶鋼達到拉伸所需的拉伸力；出口張力輥的作用是使帶鋼張力降低到輸出值。 張力輥的數目及布置形式決定于帶材拉彎所需的最大拉伸力和工藝現場條件。張力輥的布置形式有多種，工藝要求使得工藝設備選型不一，則工藝設備布置位置也不一致，工藝設備結構及張力輥的布置形式也會不一樣。一般有兩輥式和四輥式。

張力輥組因其對張力良好的調控性能被廣泛應用于冷軋廠各生產機組，在實際使用過程中由于設備自身及操作等方面原因往往出現帶鋼打滑現象，不僅會引起諸如帶鋼跑偏等生產故障，同時對生產設備的安全也構成威脅。

2.張力輥的控制方式

如圖一中a圖所示：張力輥電機的轉矩T和張力輥輥徑D（不考慮磨損，輥徑D不變）及帶鋼張力F之間的關系如下：

T=K×D×F （K為系數）

故 F=T/(K ×D)

由此可見，要控制張力輥張力F就要控制張力輥電機的轉矩。

張力輥的張力控制是通過控制張力輥電機的電流來實現的，張力設定換算成張力轉矩電流It，同時加上加減速轉矩補償電流Iacc和機械損耗電流Im，三者之和作為張力輥電機的電流設定值IREF，即IREF=It+Iacc+Im

a.張力轉矩電流It的計算：

電機產生的轉矩：Tq =ξФ × Ia×(1/9.8) (Ia 即是It) （1）

張力輥電機的轉矩：Tm =(D/2)×T （2）

（1）和（2）相等得出：ξФ×Ia×(1/9.8)=(D/2)×T

∴It=(D/2)×T×(9.8/ξФ)

T：帶鋼張力，D：張力輥輥徑，ξФ：電機的轉矩常數

b.加減速轉矩電流Iacc的計算：

加減速轉矩電流的補償實際上是慣性補償，由于張力輥上的帶鋼在加減速時會產生很大的慣性，因此，這個補償是必不可少的。

J：轉動慣量，n：電機轉速，tacc：加減速時間，E：電樞電動勢

GD2：旋轉部分的飛輪矩（包含張力輥慣量，電機慣量，和帶鋼慣量）

c.機械損耗補償轉矩電流Im的計算由函數發生器模擬一條曲線給出。

3.張力輥的打滑分析

3.1 張力輥組的張力遞增原理

張力輥組的張力遞增是通過每根張力輥的包繞效應獲得的。包繞在一根輥子上的帶鋼在受到一定初始張力作用時，帶鋼與輥子之間的摩擦力有一最大值。當輥子的傳遞動力超過最大摩擦力時，在輥面與帶鋼之間將會發生打滑。此時帶鋼兩端的張力比滿足如下公式：

F1、F2: 帶鋼的初始張力與增加后的張力

f :輥面與帶鋼之間的摩擦系數

θ′:帶鋼在輥面上的實際包角

如圖一中圖a所示，當張力輥處于電動狀態時，F1＞F2 ；

如圖一中圖b所示，當張力輥處于發電狀態時，即帶鋼的張力帶動張力輥作旋轉運動，F2＞F1。

3.2 參數（θ、f）分析

3.2.1 包角θ

由于帶鋼具有一定的剛性，不是完全的柔軟體，因此不能緊密地貼在輥子的表面上，因此實際包角θ′應小于理論包角θ。這類接觸與非接觸現象雖然不能直接測量，但可以通過實際運行中的現象加以說明：

d.同樣薄的帶材厚度，同樣的設計包角，張力輥組輥徑越大，打滑幾率越高。

e.張力輥輥面硬度越小打滑幾率越小。

以上說明當帶鋼張力非常小時，由于帶鋼對輥面的壓扁變形太小，而不能使實際接觸角達到設計包角。實際包角θ′不能由理論計算得到，可用實驗求得，可取θ′＝（0.8～0.9）×θ。一般來說，帶鋼厚度越厚，θ′值越小。

3.2.2 摩擦系數f

摩擦系數f在實際運行中也存在很多不確定因素。首先，受到張力輥輥面材料選擇的影響。其次，帶鋼的運行速度對帶鋼與輥面的總摩擦力產生影響。在高速機組中由于與速度平方成正比的離心力以及帶鋼與輥面間夾入空氣層等因素影響，使摩擦系數顯著下降而引起張力波動。張力輥輥面的機械磨損、磨光，啟動、制動時的慣性效應都會引起張力的波動。因此，在調控時一定要確保各工段的張力基本恒定，以消除由于張力波動而引起的打滑。

3.3 打滑分析

張力輥組投入使用一段時間后，雙輥之間出現異常響音，輥間帶鋼明顯波動。

在張力驅動下，輥出口側單位張力比入口側單位張力高，輥入口側的板速與輥圓周速一致，而輥出口側板速比輥圓周速度快。因此速度差與摩擦因數之間存在必然關系。

由圖二可知：V1=VR1，V2=VR2

V1=2πR1N

V2=2πR2N

V1/R1=V2/R2

推出：R1/R2=V1/V2

V1、 V2 ：1#、2#輥入口側板速，m/min

VR1、VR2：1#、2#輥圓周速度，r/min

R1、R2：1#、2# 輥半徑，m

N：1#、2#輥轉速，r/min

因此，保證張力輥的輥徑比率是保證帶鋼入出口處速度比的必要條件。當超過允許范圍，必將導致打滑現象。以下就張力輥輥徑變化對張力輥打滑進行分析如下：

（1） 如果R1=R2,即VR1=VR2,在2# 輥入口處，由于單位張力增加使帶鋼彈性伸長，使2#輥入口側板速變快，輥子入口處V2與VR2接近時會產生微小的打滑，在酸洗設備上，這種微小的打滑并不會產生較大影響。此時速度差是由1#輥上張力增加部分帶來，所以需要摩擦因數處于設計范圍之內。

（2）如果R1＜R2,V2=VR2,1# 、2#輥外表摩擦因數相同，在輥子入口處就不會產生微小的打滑。因此保證輥子入出口速度一致，是最理想狀態。但如果R1＜＜R2,會增加1# 輥單位張力，一旦超出外表摩擦因數上限值，1#輥帶鋼與輥面會連續產生相對打滑。

（3） 如果R1＞R2,在2# 輥入口處板的速度比2#輥圓周快，2#輥由于產生相對打滑，增加了磨損，此應避免這種情況的發生。

根據理論分析，張力輥組的1#、2#輥輥徑差必須嚴格保證在標準管理值之內，當輥徑差達到一定值時，所需摩擦因數及張力大大超過相應設計值，則必然出現輥面與帶鋼相對打滑現象，導致輥間異音的出現及輥面的嚴重磨損。

4.生產操作的建議

以下是對實際生產操作中出現張力輥打滑現象時應采取的一些措施的總結。

對于生產操作人員：

（1）控制機組運行的速度，使其平穩運行，盡量避免緊急停車的現象發生，以至于造成張力輥的拉伸應力的增加。

（2）建立定期磨輥的生產制度。

對于設備維護人員：

（1）檢查張力輥傳動側齒接手、齒面有無過度磨損及壓痕，油脂潤滑是否正常。

（2）單獨傳動張力輥，判斷軸承有無異音。

（3）優化張力輥組前后相關設備的控制方案，避免帶鋼的張力波動。

5.結束語

張力輥組在工業大型帶鋼機組應用比較廣泛，在實際生產中，張力輥的輥子大多采用耐磨性能很好地材料，輥子不易發生磨損，為適應帶材精度越來越高的需要，在張力機組后應用矯直機，且其應用也越來越廣泛。拉矯機投入使用之后，通過設定合理的延伸率和彎曲輥的壓下量及出入口張力，帶材的邊浪和中間浪得到了明顯矯直平整。通過以上對張力輥打滑的理論和應用分析，能夠更好地合理布置機組設備，從而實現更好的張力控制，達到機組張力的合理匹配，獲得更高的產品質量。

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2006

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.072