重卷拉矯機(jī)組中張力輥與拉矯機(jī)的運(yùn)用

陳一通 陳志君

摘要：根據(jù)重卷拉矯機(jī)組的工藝需求，建立了拉矯機(jī)與張力輥組的控制系統(tǒng)，結(jié)合生產(chǎn)中拉矯機(jī)不同的工作狀態(tài)，介紹張力輥的速度控制方式及延伸率的定義和實(shí)現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：重卷拉矯機(jī) 延伸率 張力輥

0 前言

拉伸彎曲矯直單元主要由拉伸彎曲矯直機(jī)（簡稱拉矯機(jī)）和張力輥組組成，拉矯機(jī)是一種帶材料平直度矯直設(shè)備，在張力輥拉伸和拉矯機(jī)連續(xù)交替反復(fù)彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得平直度矯直，能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷，明顯提高板型質(zhì)量。張力輥組是拉伸彎曲矯直單元的重要組成部分，可保證拉矯張力，同時控制入口和出口張力輥組之間的速度差，得到帶材拉伸所需要的延伸率。

控制系統(tǒng)必須盡快響應(yīng)加減速過程中帶材、張力輥組和拉矯機(jī)的慣量變化，否則帶材和輥?zhàn)又g會打滑，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。本文介紹的拉矯機(jī)的控制方式，有效提高了延伸率穩(wěn)定性及響應(yīng)速度，保證了帶材表面質(zhì)量。

1 拉矯機(jī)原理

拉矯機(jī)綜合了連續(xù)張力矯直與輥式矯直的特點(diǎn)，是一種在張力輥組的彎曲、拉伸輥連續(xù)反復(fù)交替彎曲的聯(lián)合作用下使得帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得矯直的工藝過程。處于張力作用下的帶鋼帶材，經(jīng)過彎曲輥的彎曲時，由于彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力兩種不同方向的力的聯(lián)合作用，產(chǎn)生塑性延伸變形，叢然使得三元形狀缺陷得以消除，隨后再經(jīng)過矯直輥將殘余曲率矯平，經(jīng)過拉矯機(jī)的帶鋼帶材大大提高了成材率。

2 張力輥組及其控制

張力輥組一般由拉矯機(jī)入口和出口呈S形分布的張力輥組成，作用是使帶鋼帶材產(chǎn)生一定的張力，后張力輥組的線速度略微高于前張力輥組，即前后張力輥組存在一定的速度差，帶鋼的張力就是由線速度差產(chǎn)生的。入口張力輥組的作用是提高入口段張力，提供帶鋼達(dá)到所需的拉矯張力;出口張力輥組的作用是使帶鋼張力降低到拉矯后序工藝所需張力。常見的張力輥組一般有入口2輥出口2輥和入口4輥出口4輥兩種結(jié)構(gòu)形式。張力輥的數(shù)目及布置形式?jīng)Q定于帶鋼帶材矯直所需要的最大拉矯張力和拉矯前后工藝段帶鋼張力。張力輥的包角和輥面摩擦系數(shù)對張力輥前后的張力有著一定的影響。

張力輥張力和包角的關(guān)系如圖1。

張力輥組張力分配關(guān)系如圖2。

通常拉矯機(jī)前后張力輥組為前后4輥的分布如圖3。

其中，4#張力輥為入口張力輥組速度基準(zhǔn)輥，5#張力輥為出口張力輥速度基準(zhǔn)輥。為保證張力輥組之間的負(fù)荷平衡，張力輥組之間的輥?zhàn)拥呢?fù)荷都是根據(jù)電機(jī)的功率大小進(jìn)行分配。

根據(jù)歐拉公式（eix=cosx+isinx），輥組中的每一個輥?zhàn)拥碾姍C(jī)在選型時都考慮了相關(guān)的放大系數(shù)，給與每個輥?zhàn)右欢ū壤牧匕俜直?，就能?shí)現(xiàn)輥與輥之間負(fù)荷平衡控制。其中，傳動系統(tǒng)通過DP網(wǎng)絡(luò)從PLC信號中獲得速度與張力給定信號。

3拉矯機(jī)及延伸率控制

拉矯機(jī)采用2彎2矯形式，其構(gòu)造如圖4所示。

帶鋼進(jìn)入拉矯機(jī)后，先經(jīng)過彎輥再經(jīng)過矯直輥，輥系打開閉合可通過液壓設(shè)備快開快合，也可通過渦輪渦桿調(diào)整控制輥系。

延伸率即是發(fā)生永久變形而不至于斷裂的性能，計算公式為：

公式中，L0為帶鋼拉矯前的長度，L為帶鋼拉矯后長度。

由于帶鋼長度與線速度成正比，實(shí)際的延伸率可以寫成：

公式中，V0為入口張力輥線速度，V為出口張力輥線速度。

4#5#張力輥上的編碼器收集的數(shù)據(jù)信號作為延伸率的測量值，根據(jù)設(shè)定的延伸率調(diào)整拉矯機(jī)的張力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)延伸率的閉環(huán)控制。

延伸率一般通過2種方法控制，一是速度控制，二則是張力控制。

速度控制就是拉矯機(jī)前后張力輥組均為速度控制，前后張力輥的速度差產(chǎn)生一定的延伸率，即拉矯機(jī)前張力輥速度設(shè)定為V，拉矯機(jī)后張力輥速度為（1+φ）V。

張力控制就是拉矯機(jī)后張力輥組做速度控制，前張力輥組開環(huán)控制，通過調(diào)節(jié)前張力輥組的轉(zhuǎn)矩限幅來得到所需要的延伸率。

對于拉矯機(jī)的工作方式，一般拉矯機(jī)會有2種控制方式，其一是拉矯機(jī)壓下進(jìn)行延伸率控制，另一種則是拉矯機(jī)處于打開狀態(tài)不做延伸率控制。

拉矯機(jī)投入壓下做延伸率控制，可通過PLC選擇速度控制方式或者張力控制方式來實(shí)現(xiàn)延伸率的控制，目前產(chǎn)線中的機(jī)組采用的是通過速度控制方式實(shí)現(xiàn)延伸率控制，計算出入口的速度差得到實(shí)際延伸率。

拉矯機(jī)處于打開狀態(tài)，拉矯機(jī)前后張力輥組中間無間隔，速度基準(zhǔn)只有一個，所以拉矯機(jī)出口張力輥組作為基準(zhǔn)速度進(jìn)而做速度控制，入口的張力輥組做開環(huán)張力控制。

在拉矯機(jī)開環(huán)控制中，由于工藝沒有提供張力設(shè)定值，為在不投入拉矯機(jī)延伸率控制時候仍然保持拉矯段張力恒定，給與一個固定的轉(zhuǎn)矩，將此固定轉(zhuǎn)矩作為轉(zhuǎn)矩限幅投入開環(huán)張力控制中，從而保持維持拉矯段張力恒定。拉矯機(jī)入口張力輥開環(huán)張力控制系統(tǒng)框圖如圖5所示。

在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，延伸率的響應(yīng)過程的速率對帶材帶鋼的影響也比較大，當(dāng)機(jī)組中拉矯段投入了延伸率控制模式時候，機(jī)組起車到達(dá)一定的速度，延伸率控制便會投入。

現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)中延伸率的變化如圖6所示。

從圖6中可見，隨著機(jī)組速度的變化，延伸率也會有著對應(yīng)的響應(yīng)，當(dāng)機(jī)組速度開始提升至高速時候，通過6秒左右的響應(yīng)，延伸率的實(shí)際值趨于穩(wěn)定。

4結(jié)語

帶鋼通過連續(xù)退火之后，部分帶鋼還存在一定的缺陷，經(jīng)過重卷拉矯機(jī)組，通過張力輥的控制及拉矯機(jī)的延伸率控制的實(shí)現(xiàn)，改善了帶鋼板型，大大提高了重卷拉矯機(jī)組的帶鋼成材率的同時，也保證了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉新偉.拉伸彎曲矯直機(jī)張力輥傳動裝置分析[J].一重技術(shù)，2010（3）：4-7.

[2]徐濤.重卷拉矯機(jī)組張力與延伸率控制[J].電工技術(shù)，2012（06）：34-35.

[3]徐蕾.拉矯機(jī)前后張力輥組的設(shè)計與計算[J].軋鋼，2014，31（05）：34-36.

[4]崔甫.矯直原理與矯直機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004，382-390.