熱軋卷取機(jī)張力控制系統(tǒng)

叢振華

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，熱軋工藝的應(yīng)用逐漸成熟。就熱軋工藝應(yīng)用過程而言，卷取機(jī)是其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要支撐設(shè)備。與傳統(tǒng)鋼材加工工藝相比，其不僅具有較高的軋制效率；而在在軋制鋼材塑性和經(jīng)濟(jì)效益把控方面具有較為突出的應(yīng)用優(yōu)勢。當(dāng)前環(huán)境下，其已廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械制造、電機(jī)、化工等領(lǐng)域，對于工業(yè)生產(chǎn)效益的提升具有重大影響。實(shí)踐過程中，張力系統(tǒng)控制是卷取機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵所在，然而受諸多因素影響，熱軋卷取機(jī)的張力控制尚不完善。基于此，本文就其張力控制的過程進(jìn)行優(yōu)化分析。

1 熱軋卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

卷取機(jī)是熱軋工藝應(yīng)用的基本支撐設(shè)備。從應(yīng)用過程來看，其結(jié)構(gòu)組成包含了現(xiàn)場熱軋?jiān)O(shè)備、后續(xù)工藝設(shè)備和輔助設(shè)備三個(gè)層級[1]。在現(xiàn)場熱軋?jiān)O(shè)備中，輸出輥道、側(cè)導(dǎo)板、張力輥、切換版、傾斜板、地下卷取機(jī)、成型輥、卸卷及升降小車是其主要的組成結(jié)構(gòu)。而在后續(xù)工藝應(yīng)用過程中，其不僅包含了樣品翻轉(zhuǎn)輥道、取樣飛剪、開卷機(jī)等鋼卷檢查站設(shè)備；而且包含了較多的運(yùn)輸設(shè)備和標(biāo)記包裝設(shè)備，譬如運(yùn)輸輥道鏈、旋轉(zhuǎn)臺、升降臺、噴號機(jī)、稱重機(jī)和打捆機(jī)等。此外，就輔助設(shè)備應(yīng)用過程中，鋼卷托盤 、潤滑油供給設(shè)備、噴水冷卻設(shè)備、傳感器、檢測器、廢料小車等都是其主要的設(shè)備支撐。

2 卷取機(jī)的張力控制流程

卷取機(jī)張力控制是一個(gè)專業(yè)要求較高的系統(tǒng)實(shí)踐過程。從鋼材熱軋過程來看，其張力控制流程包含以下五個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）前期張力控制。卷取機(jī)熱軋工藝應(yīng)用過程中，當(dāng)卷取機(jī)帶鋼頭部穿出軋機(jī)末機(jī)架時(shí)，熱輸出輥道與軋機(jī)末機(jī)架之間的控制是其張力控制的重點(diǎn)所在[2]。在控制過程中，熱軋操作人員必須確保熱輸出輥道的運(yùn)行速度不低于軋機(jī)末機(jī)架的運(yùn)行速度，唯有如此，才能確保兩者之間速度差的形成，在保證向前張力產(chǎn)生的同時(shí)，避免帶鋼頭部跳動現(xiàn)象的發(fā)生。需要注意的是，該環(huán)節(jié)中，張力輥、成形輥、芯軸都需要以設(shè)定的超前速度運(yùn)行。

（2）張力輥窗口控制。當(dāng)張力輥速度保持在超前狀態(tài)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)芯軸對帶鋼的有效卷曲，則其芯軸速度應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)加快，并確保其也保持在超前狀態(tài)。此時(shí)，其張力控制的的部位轉(zhuǎn)移到張力輥、熱輸出輥道、軋機(jī)末機(jī)架。張力輥窗口控制過程中，其張力的控制具有階段性，即張力輥尚未進(jìn)行咬鋼加載時(shí)，其設(shè)置的超前速度應(yīng)稍微大于張力輥速度；而一旦張力輥咬鋼加載完成，則應(yīng)在力矩控制下，實(shí)現(xiàn)速度控制的轉(zhuǎn)變，確保向前張力的穩(wěn)定，促使帶鋼穿過張力輥。

（3）芯軸張力控制。芯軸張力控制包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容：其一，芯軸與張力輥之間的張力控制；其二，熱輸出輥道與軋機(jī)末機(jī)架之間的張力控制[3]。在控制過程中，張力輥輸出的張力與芯軸運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反，這種向后張力可實(shí)現(xiàn)卷曲張力的分擔(dān)。芯軸張力控制下，力矩控制是其基本的控制形態(tài)，在電機(jī)輸出樁距設(shè)定值調(diào)節(jié)下，帶鋼上會附加一定的張力，確保了其卷曲的順利進(jìn)行。需要注意的是，受帶鋼附加張力的影響，其成形輥應(yīng)與帶鋼保持一定距離，唯有如此，才能避免帶鋼劃傷現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）帶鋼尾部離開軋機(jī)末機(jī)架。一旦帶鋼完成卷曲，且?guī)т撐膊恳衙撾x軋機(jī)末機(jī)架時(shí)，芯軸與張力輥、熱輸出輥道之間的張力控制是其把控的關(guān)鍵所在。該階段，張力輥向后的張力會持續(xù)擴(kuò)大，并且芯軸張力控制模式會發(fā)生裝轉(zhuǎn)變，當(dāng)其由力矩控制轉(zhuǎn)化為速度控制時(shí)，芯軸與帶鋼尾部之間會產(chǎn)生一定的速度差，并確保了張力控制的穩(wěn)定。實(shí)際控制過程中，設(shè)計(jì)帶鋼卷徑的大小是芯軸與成形輥的距離把控的基本依據(jù)。

（5）帶鋼尾部運(yùn)行至張力輥。熱軋用以進(jìn)行到后期，當(dāng)帶鋼尾部運(yùn)行至張力輥時(shí)，芯軸與張力輥之間的張力控制是其控制的核心內(nèi)容。此時(shí)張力輥的控制模式發(fā)生變化，速度控制是其基本的控制形態(tài)，與前期控制相異的是，滯后速度運(yùn)作是該階段張力控制的主要形態(tài)；并且在控制過程中，卷取機(jī)的芯軸會開始定位，當(dāng)帶唯定位于5點(diǎn)鐘位置時(shí)，其芯軸的熱軋卷曲完成。

3 熱軋卷取機(jī)張力控制系統(tǒng)優(yōu)化策略

當(dāng)前環(huán)境下，人們對于熱軋工藝的應(yīng)用提出了較高要求，要實(shí)現(xiàn)其軋制鋼件質(zhì)量的提升，在技術(shù)應(yīng)用過程中，加工人員就必注重卷取機(jī)張力控制系統(tǒng)的合理優(yōu)化。具體而言，其技術(shù)改進(jìn)措施如下。

（1）芯軸電機(jī)張力控制系統(tǒng)改進(jìn)。作為熱軋卷取機(jī)芯軸電機(jī)力矩的重要組成，張力力矩的控制至關(guān)重要。實(shí)踐過程中，鋼卷卷徑、L2以下單位張力給定值、帶鋼寬度、厚度及張力斜率等都是其重要的影響因素。在這些要素控制過程中，張力既定模型和鋼卷直徑是其控制的要點(diǎn)所在，并且其會對鋼卷的熱軋效果造成重大影響。實(shí)踐過程中，加工人員根據(jù)以下公式對其進(jìn)行張力力矩計(jì)算。

式中，TR表示張力力矩；D為帶鋼鋼卷的直徑；而m，t分別表示齒輪比和單位張力；w和h分別表示帶鋼的寬度和厚度[4]。

芯軸電機(jī)張力控制系統(tǒng)改進(jìn)過程中，張力控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變存在以下形態(tài)：其一，卷曲負(fù)荷接通，然尚未卷到三圈前，其張力值為TLE。其二，p1接通時(shí)，芯軸電機(jī)的最大張力得以投入，其張力值為TT0P。其三，卷曲徑發(fā)生轉(zhuǎn)變，當(dāng)期控制值達(dá)到DLE1時(shí)，單位張力就會和設(shè)定曲線發(fā)生耦合，并按照預(yù)設(shè)的趨勢進(jìn)行減小；當(dāng)卷徑值達(dá)到DLE2、DLE3、DLE4時(shí)，其對應(yīng)的張力值分別為TLE2、TLE3、T1（如圖1）。此時(shí)，卷曲經(jīng)帶鋼頭部位存在加大張力，確保了帶鋼與卷筒的緊密集合。而在鋼卷中部區(qū)域，若單位張力保持不變，則卷材卷徑成為其力矩的主要影響因素，在其控制下，中部卷材的穩(wěn)定性得以有效控制。另外，當(dāng)帶鋼尾部經(jīng)過F1機(jī)架后，其單位張力雖保持不變，然仍高于最小限幅值T2，實(shí)現(xiàn)了尾部卷材質(zhì)量的良好控制。

圖1 張力設(shè)定模型圖

（2）熱軋鋼卷錯(cuò)層優(yōu)化。熱軋成形工藝應(yīng)用過程中，整體錯(cuò)層、外圈錯(cuò)層和內(nèi)圈錯(cuò)層時(shí)期鋼卷錯(cuò)層的三種基本形態(tài)。這些錯(cuò)層問題不僅影響熱軋工藝的規(guī)范應(yīng)用，更對軋鋼質(zhì)量造成較大影響。在其錯(cuò)層優(yōu)化過程中，卷取設(shè)備精度控制和卷曲設(shè)備功能優(yōu)化是其基本的兩種方式。具體優(yōu)化過程如下：卷取設(shè)備的精度控制包含以下內(nèi)容：其一，進(jìn)行側(cè)導(dǎo)下導(dǎo)向輪注油孔方式優(yōu)化，確保卷曲機(jī)油路的通暢性；其二，檢查并優(yōu)化導(dǎo)板的導(dǎo)向輪，確保其具有較高的靈活性，從而避免導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動失控現(xiàn)象的發(fā)生。其三，進(jìn)行輥道表面與卷取側(cè)導(dǎo)下圓弧間隙的優(yōu)化，確保其間隙尺寸保持在5mm；在該控制手段下，墊圈間隙和數(shù)量可實(shí)現(xiàn)有效控制，從而在避免墊片變形的幾次上，實(shí)現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板的恒定。其四，優(yōu)化側(cè)導(dǎo)小車的定位銷，避免定位銷啃傷狀況發(fā)生。

卷曲設(shè)備功能優(yōu)化過程中，側(cè)導(dǎo)板“ 平移模式 ”開發(fā)時(shí)期功能優(yōu)化的基本內(nèi)容。具體而言，其應(yīng)在側(cè)導(dǎo)板平移模式中增加自動定位系統(tǒng)，確保其平移把控的規(guī)范。其次，注重卷取機(jī)兩側(cè)力控解構(gòu)的建立，從而確保兩側(cè)側(cè)導(dǎo)板功能的有效發(fā)揮，在保證帶鋼加持質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)層現(xiàn)象的有效控制。最后，進(jìn)行側(cè)導(dǎo)板傳輸功能的優(yōu)化，從而提高側(cè)導(dǎo)板壓靠帶鋼速度，實(shí)現(xiàn)卷型控制能力提升。

4 結(jié)論

卷取機(jī)張力控制對其熱軋工藝的應(yīng)用具有重大影響。工業(yè)生產(chǎn)中，加工人員只有充分掌控卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，并在明確其張力控制流程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制過程的系統(tǒng)優(yōu)化，才能確保卷取機(jī)張力控制的規(guī)范化，繼而在提升熱軋工藝應(yīng)用水平的基礎(chǔ)上，促進(jìn)現(xiàn)代制造工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。