金屬帶材壓力加工中張力控制系統的分析與研究

陳思遠

摘 要：在金屬帶材壓力加工過程中，技術人員可以在不同生產階段，采取不同的張力控制系統，從整體提升金屬帶材壓力加工的質量?；诖?，本文從金屬帶材壓力加工中張力控制系統的要求入手，闡述了間接與直接張力控制系統的原理，并以某軋機作為研究對象，對張力控制系統進行了實踐分析。

關鍵詞：金屬帶材；壓力加工；張力控制系統

前言：作為軋機的重要組成部分，張力控制系統的運行效果會對軋機軋制帶材的質量產生直接的影響。軋機的張力控制系統主要包括直接張力控制系統和間接張力控制系統這兩種類型。技術人員需要根據軋機的實際狀況和生產環節，選擇相應類型的軋機張力控制系統，保障金屬帶材壓力加工的厚度、平整度以及卷緊度等參數，提升金屬帶材壓力加工的質量。

一、金屬帶材壓力加工中張力控制系統的要求

為了明確金屬帶材壓力加工中張力控制系統的具體設計與應用，本文將某單機架四輥可逆精軋機作為試驗設備，對張力控制系統的應用進行分析。該設備有軋輥、測厚儀、張力儀、測速計以及夾送輥等部件組成。其中，左右卷筒分別作為開卷機以及卷取機，如果將右卷筒作為開卷機，則左卷筒作為卷取機，則右側的測厚儀及張力儀進行工作，將帶材按照從右向左的方向緩慢軋制。在上述設備進行金屬帶材壓力加工時，張力系統需要確保軋制過程的張力穩定性。因此，技術人員在進行張力控制系統的設計與應用時，需要注重以下幾點要求：

第一，在進行張力數值控制的過程中，技術人員需要認識到速度變化產生的動態力矩對張力大小造成的影響。因此，技術人員需要將卷取機和軋機的運行速度控制在相同的數值，避免張力對金屬帶材壓力加工產生不利影響。

第二，如果軋機速度保持不變，技術人員需要認識到卷徑變化對張力數值造成的影響，避免系統振蕩問題的出現。

第三，在實際的金屬帶材壓力加工中，卷徑和負載質量會有所增加，再加上外界因素的影響，系統模型的參數會出現一定的變化，對金屬帶材壓力加工的質量產生負面影響。因此，技術人員需要合理設置張力控制系統，通過間接張力控制法或者直接張力控制法，確保張力數值始終保持在規范范圍內，保障金屬帶材壓力加工的質量與效率[1]。

二、金屬帶材壓力加工中張力控制系統的原理

基于上述要求，金屬帶材壓力加工可以通過間接張力控制法或者直接張力控制法實現張力控制系統的設計，不同張力控制方法的工作原理有所差異。

（一）間接張力控制法

間接張力控制法主要應用于生產系統的建張和消張過程。在實際的間接張力控制系統應用中，常用的間接張力控制法有很多種，應用最為廣泛的是最大力矩法。在金屬帶材壓力加工過程中，該方法主要具有如下優勢：

第一，在最大力矩控制系統中，卷徑變化不會對電動機磁場的變化產生影響，可以根據實際需求選擇電動機磁場的范圍，這種控制方式可以實現電動機制造的標準化發展；第二，如果金屬帶材壓力加工設備的運行速度較慢，而且卷徑沒有達到最大值，系統中的樞電流也不會達到最大值，能夠在很大程度上降低機械應力及相應的損耗，實現綠色生產；第三，最大力矩控制系統會升壓后再進行弱磁控制，確保電動機始終處于滿磁啟動狀態，在很大程度上降低了無功功率對電動機產生的不利影響；第四，金屬帶材壓力加工設備的電動機時常在全電壓的狀態下運行，該控制系統的應用可以提升其功率因數。

需要注意的是，在軋制過程中，技術人員需要全面考慮卷取機的卷徑變化、帶材寬度變化以及部件間摩擦力的變化，通過張力調節器準確控制上述因素引發的力矩變化，以此提升張力控制系統的控制精度。

（二）直接張力控制法

一般來說，直接張力控制法主要應用于加工設備的穩態軋制環節。直接張力控制法主要通過電流、速度及張力這三項參數對應的調節器實現直流電動機以及卷筒等部件的控制。其具體工作原理涉及到以下三點內容：

第一，在卷取機進行點動、啟動或者停車等操作時，直接張力控制系統中的速度調節器會自動運行，使整個生產系統轉變為轉速電流雙閉環調速系統。

第二，在卷取機開展工作的過程中，生產系統中產生張力，張力控制系統的速度調節器停止運行，其轉速環可以看做是開環，此時僅電流單環進行工作，使得生產系統轉變為張力閉環系統，張力環隨之投入運行，生產系統的運行狀態為間接張力控制狀態，需要通過最大力矩控制方法完成生產系統中的恒張力控制。也就是說，在生產系統的運行速度超過基速后，卷取機的勵磁系統將會進行閉環工作狀態的調整，確保反電勢E始終處于恒值。

第三，在金屬帶材壓力加工過程中，如果技術人員發現張力不足，需要利用張力控制系統進行調節，確保張力的的大小符合金屬帶材壓力加工的需求。因此，技術人員在應用直接張力控制系統時，需要配合雙向調節的自適應系統，保障張力的實時追蹤與控制。

三、金屬帶材壓力加工中張力控制系統的實現

在明確金屬帶材壓力加工中張力控制系統的要求及工作原理后，技術人員可以根據金屬帶材壓力加工設備的實際狀況，有針對性地進行張力控制系統的設計，保障金屬帶材壓力加工的質量及穩定性。以上述單機架四輥可逆精軋機為例，在開卷機進行帶材運輸時，需要確保夾送輥能夠正常運行[2]。結合張力控制系統的設計與應用要求，技術人員可以按照如下工藝參數設置加工設備，保障張力控制系統的穩定可靠運行。

（1）開卷機的卷筒直徑設置為0.5m，最大開卷直徑設置為1.3m；（2）將卷取機的卷取速度設置為1.5m/s，軋制速度設置為0.5m/s；（3）將卷取機的卷取張力設置在A：8000-80000N之間，通過恒張力完成金屬帶材的卷??；（4）卷筒的寬度設計為450mm，外徑設計為500mm，其飛輪轉矩設置為40kg·m2；（5）采用直流電動機作為加工設備的電動機，轉速控制在0-1560r/min的范圍內，輸出功率設定為145kW。經過實踐運行，上述參數設計的加工設備及張力控制系統，可以保障穩定高效地金屬帶材壓力加工，加工的產品質量較高。

結論：綜上所述，張力控制系統在金屬帶材壓力加工中發揮著至關重要的作用，需要受到技術人員的重視。通過本文的分析可知，技術人員需要根據軋機的構成及生產要求，進行張力控制系統的設計，實現加工設備張力的有效控制與調節，保障加工設備的穩定運行，提高金屬帶材壓力加工的質量。

參考文獻：

[1]張其，王時龍，楊文翰.基于模糊神經網絡的多股簧鋼絲張力控制系統[J].機械設計與制造，2018（12）：105-108.

[2]李巧麗.金屬帶材壓力加工中復雜張力控制系統的應用淺析[J].科技與創新，2015（01）：150.