【文章內(nèi)容簡介】 才能得到較好的板形。從消除板形缺陷的角度來看，拉矯時帶材的延伸率必須大于來料板形波浪的相對長度差，但是若延伸率過大，又會降低軋件的結(jié)構(gòu)性能。所以選擇合適的延伸率顯得相當重要。 延伸率的大小是由來料的材質(zhì)及所要求的成品平直度決定的。被矯直帶材的總延伸率E 主要包括以下幾部分：1..矯平帶鋼的浪形所需要的塑性延伸率E1， (32)、為帶鋼波浪的波高和波長，mm。2..矯平帶鋼的鐮刀彎所需要的塑性延伸率， (33)為帶鋼的寬度為，、帶鋼鐮刀彎的長度和高度。為了消除浪形和鐮刀彎， ～ % 過度延伸率。還要考慮帶鋼拉彎矯直后的彈性回復(fù)量，約為，%，所以拉彎矯直所需的總延伸率E 為：在實際生產(chǎn)中，一般可以利用下表初步確定延伸率，然后根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行微調(diào)。 帶鋼延伸率的選擇原則通過延伸率控制的基本原理可知，只有實時準確的檢測出帶鋼在拉彎矯直段的延伸率,才能對帶鋼延伸率進行準確控制。式3—1雖然簡單直接的給出了一種延伸率計算方法，但是其只適合計算一段帶鋼的總延伸率，不利于實時的計算當前處于矯直段帶鋼的延伸率，所以在實際中一般利用拉彎矯直機組出口和入口鋼帶的線速度的不同來檢測帶鋼的延伸率，方法如下： （32） 為帶鋼長度，； 為帶鋼線速度，；為時間, 。 (33) 延伸率， 矯入口鋼帶線速度，；出口鋼帶線速度，； 為時間。由上式可知,通過拉矯機出口和入口鋼帶的線速度就可以檢測出鋼帶的延伸率,在本套拉彎矯直機組, 上的旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測張力輥的角速度進而計算出入口、出口帶鋼的線速度。本套拉彎矯直機組的延伸率控制系統(tǒng)采用矯直張力自動調(diào)節(jié)的方式來控制延伸率,而矯直段的張力主要是由入口張力輥組S1,和出口張力輥組S2的8根張力輥產(chǎn)生的,其中入口張力輥組S1 總得輸出轉(zhuǎn)矩直接決定矯直張力的大小,出口張力輥組S2的主要作用是產(chǎn)生與S1 張力輥組相應(yīng)張力,其方向與S1的張力方向相反,同時控制全線的運行速度。 入口張力輥組 帶材在較小的開卷張力情況下進入口張力輥組,繞張力輥身形成包角,在帶材與輥面之間摩擦力的作用下,帶材張力逐級放大, 張力輥之間達到拉彎矯直帶材所需的張力值,然后通過出口張力輥組逐級減小,在卷取段恢復(fù)到較小的張力值。這樣既增大了整個機組的張力調(diào)節(jié)范圍,減小了開卷機和卷取機張力值,又降低了每根張力輥上的轉(zhuǎn)矩載荷，提高了張力調(diào)節(jié)精度。入口張力輥組S1 和出口張力輥組S2 的張力放大方向雖然相反,但是其放大原理是相同的。下文將以入口張力輥組為例詳細分析張力輥對張力的放大原理。 可知 （3—4）式中??，入為入口張力，KN；為S ，KN； 為經(jīng)S 1張力輥放大后的張力，KN。張力輥是通過其拖動電機的輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生張力的： （3—5）式中：為張力輥拖動電機的輸出轉(zhuǎn)矩，N ? m；為張力輥直徑，m；??為張力輥與拖動電機之間的減速比。所以式（3—4）可化為：?? （3—6）由式（3—6），但是這種正比關(guān)系是有上限的，根據(jù)歐拉公式可知：?? （3—7）為張力輥的最大放大系數(shù)，為帶鋼與張力輥面的摩擦系數(shù)， 為帶鋼與張力輥的包角, rad。如果F1/ F入 K max 張力輥就會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。所以在保證每根張力輥的張力放大倍數(shù) K 小于 K max 的情況下，張力輥對張力的放大倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)其拖動電機輸出轉(zhuǎn)矩的方式進行調(diào)節(jié)。此套1450mm 拉伸彎曲矯直機組可以加工的帶鋼最大屈服極限為300MPa ，最大寬度為1320mm，所需的最大矯直張力通過下式求得： （3—8）式中： 矯直帶鋼所需的最大張力，KN； 矯直帶鋼的最大屈服強度,Mpa；矯直帶鋼所需的最大寬度，mm；??矯直帶鋼所需的最大厚度，mm。??由上式可知，矯直段的最大張力為99KN。拉彎矯直機組的矯直張力是由入口張力和入口張力輥組的張力放大倍數(shù)共同決定的，出口張力輥和卷取機的張力跟隨入口張力變化，其關(guān)系如下： （3—9）式中：??～ 張力輥的張力放大倍數(shù),為入口張力輥組總得放大倍數(shù)。本套拉彎矯直機組采用入口張力恒定控制，最大入口張力F入為12KN。帶鋼與8 根張力輥的包角都相同,帶鋼與張力輥的摩擦系數(shù)也相同,。入口4 根張力輥組總得最大放大倍數(shù)為，理論上可以產(chǎn)生的最大矯直張力206KN,遠大于所需的矯直張力,所以只要合理的設(shè)置入口張力值,然后通過調(diào)節(jié)入口張力輥組拖動電機的輸出轉(zhuǎn)矩進而改變?nèi)肟趶埩伣M總的放大倍數(shù)就可以準確得到所需的矯直段張力。．2 張力輥的動態(tài)負荷分配 張力輥的動態(tài)負荷分配的原因在實際生產(chǎn)過程中，即使是一種材質(zhì)比較均勻的帶材, 在拉伸彎曲矯直過程中, 由于板形變化等實際因素的影響, 矯直段所需的張力是不斷變化的。由張力輥的張力放大原理可知每根張力輥的張力放大倍數(shù)是有極限的，某一根張力輥前后的張力放大倍數(shù)超過設(shè)計極限就會出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象。張力輥出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,張力輥的線速度來計算帶材的實際延伸率，如果帶材與輥面存在相對速度，控制系統(tǒng)將無法獲得準確的延伸率反饋，進而延伸率控制器無法給出正確的張力值給定，造成延伸率失控。 張力輥不打滑而其它張力輥打滑時，由于打滑的張力輥不能建立穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致其下一級張力輥也無法建立相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩， 張力輥也打滑。綜上所述, 只要有張力輥發(fā)生打滑，延伸率控制已不可能。因此如何保證在機組的高速運行中根據(jù)矯直段所需的張力大小合理分配每一根張力輥的負荷，保證不出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象就是一個十分關(guān)鍵的問題。 入口張力輥組動態(tài)負荷分配的原理由張力輥的放大原理可知，?? （3—10）式中，為S 張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩,。為S 張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩。為S 張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩。?? 張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩。??為張力輥的輥徑,mm。為張力輥的減速比。?? 本套拉彎矯直機組每根張力輥的最大張力放大系數(shù)Kmax = ，為簡化計算，令Kmax = 2。為保證不出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象必須保證下式成立，?? ?? （3—11）令，?? （3—12）對式（3—11）求解可得，?? （3—13）由式（3—13）可知，此種負荷分配方法的矯直張力調(diào)節(jié)范圍是(,1 6 ) ，最大入口張力為12KN，其最大矯直段張力為192 KN，遠大于所需的矯直張力。所以只要合理的設(shè)置入口張力值，并按照式(3—12)所示關(guān)系,調(diào)節(jié)入口各個張力輥拖動電機的輸出轉(zhuǎn)矩就可以得到所需要的矯直張力。 入口張力輥組動態(tài)負荷分配的方法入口張力輥組S1總得輸出轉(zhuǎn)矩直接決定矯直張力的大小,所以S1 張力輥組的4根張力輥全部采用轉(zhuǎn)矩控制方式,只對其進行轉(zhuǎn)矩給定,其速度跟隨出口張力輥組S2。張力輥作為入口張力輥組S1的主輥,其轉(zhuǎn)矩設(shè)定由延伸率控制器直接控制。張力輥轉(zhuǎn)矩反饋的一半即:；張力輥轉(zhuǎn)矩反饋的一半即：??；同理。綜上所述，只要合理的設(shè)置入口張力值，張力輥的轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，就可以得到矯直段所需的張力值并且保證不出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象。 出口張力輥組S2 的動態(tài)負荷分配與入口張力輥組相同，出口張力輥組S2 張力輥，張力輥采用速度控制的方式，其轉(zhuǎn)矩由其速度調(diào)節(jié)器自動控制，不進行人為干預(yù)。其余三根張力輥為輔助輥，采用轉(zhuǎn)矩控制，張力輥的轉(zhuǎn)矩反饋為基準進行負荷分配，保證在機組運行中不發(fā)生出口張力輥打滑現(xiàn)象。具體控制方法與入口張力輥組的三根輔助輥相同，不再贅述。 延伸率控制器的原理 延伸率控制器的原理延伸率控制器的主要作用是將實時檢測出的帶鋼實際延伸率值和給定的延伸率進行比較，當反饋延伸率大于給定延伸率時，張力輥的轉(zhuǎn)矩給定進而減小矯直張力，當檢測值小于給定時，張力輥的轉(zhuǎn)矩進而加大矯直張力，從而實現(xiàn)恒延伸率控制。延伸率控制器主要由兩個環(huán)節(jié)構(gòu)成，一部分是延伸率比較環(huán)節(jié)，另一部分是延伸率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)作用是比較實際延伸率和設(shè)定延伸率差值，當差值的絕對值大于設(shè)定延伸率的10% ，延伸率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)使能，當差值小于設(shè)定延伸率的10% 時，調(diào)節(jié)作用不啟動。延伸率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)實質(zhì)上是一個PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：它主要控制調(diào)節(jié)過程中，矯直段張力給定的初始值和給定斜率，以防突加過大的調(diào)節(jié)量引起矯直段張力突變，甚至出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象，不利于延伸率控制精度。在調(diào)試過程中，需要依據(jù)入口張力輥組轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的響應(yīng)快慢，調(diào)節(jié)參數(shù)和。 延伸率控制程序的編寫 本套1450mm 拉彎矯直機組利用Siemens PLC300 作為延伸率控制器，通過編寫程序來完成控制功能。假設(shè)E 為延伸率設(shè)定值，為實際延伸率反饋值，為設(shè)定延伸率與反饋延伸率差值的絕對值,張力輥的轉(zhuǎn)矩當前設(shè)定值，張力輥的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)量。按照延伸率控制器的調(diào)節(jié)原理, 所示,??延伸率控制器程序語句表如下所示：符號表： DB101FC101局域變量輸入局域變量 輸入輸出局域變量 臨時變量FC102局域變量輸入局域變量 輸出局域變量 臨時變量 由于程序中有閉環(huán)比例環(huán)節(jié)，由于OB1程序掃描時間不固定，所有將閉環(huán)比例環(huán)節(jié)放入OB35中。 通過FC103進行比例環(huán)控制，輸出轉(zhuǎn)矩給傳動，傳動通過轉(zhuǎn)矩控制的外環(huán)，電流控制的內(nèi)環(huán)，輸出電流給電機，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，進而達到調(diào)節(jié)張力。電機的編碼器通過計數(shù)器模塊FM350，將實際轉(zhuǎn)速給PLC，通過FC102算出實際延伸率。實際延伸率反饋給FC103，使其形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 FC102是實際延伸率計算。 FC101是比例環(huán)控制 開卷機與卷取機的控制 概述在帶鋼拉彎矯直過程中，卷機和卷取機起著十分重要的作用，它們不僅要為矯直段提供原料帶材，收集帶鋼成品，而且開卷機和卷取機的張力控制精度將直接影響成品的質(zhì)量。因為由張力輥的張力放大原理可知，開卷機張力是拉矯機入口張力輥張力放大的基礎(chǔ)，卷取機張力是拉矯機出口張力輥張力放大的基礎(chǔ)，他們的張力將會通過張力輥傳遞到矯直段，如果其張力發(fā)生波動會直接影響矯直段張力造成延伸率波動?；谝陨戏治?，為保證延伸率穩(wěn)定開卷機和卷取機一般采用恒張力控制。拉彎矯直機組入口和出口部分沒有張力檢測設(shè)備,因此開卷機和卷取機的張力控制一般采用間接張力控制方法,張力穩(wěn)定與否主要取決于其拖動電動機的轉(zhuǎn)矩給定精度。開卷機和卷取機正常運行時其輸出轉(zhuǎn)距主要包括張力轉(zhuǎn)矩、損失轉(zhuǎn)矩、動態(tài)轉(zhuǎn)矩三部分,其關(guān)系如式（3—14）： （3—14）式中，為開卷機/卷取機電機總得輸出轉(zhuǎn)矩, ； ??為張力轉(zhuǎn)矩，；??為損失轉(zhuǎn)矩，；??為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。開卷機與卷取機的控制思想大致相同，都是實時的計算出損失轉(zhuǎn)矩與動態(tài)轉(zhuǎn)矩??然后通過改變其拖動電機總的輸出轉(zhuǎn)矩對其進行補償，從而保持張力轉(zhuǎn)矩不變，實現(xiàn)恒張力控制。但也有一些差別，拉彎矯直機組正常工作時，開卷機的輸出轉(zhuǎn)矩方向與其轉(zhuǎn)動方向相反，處于發(fā)電運行狀態(tài)，卷取機的輸出轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)動方向相同，處于電動運行狀態(tài)。損失轉(zhuǎn)矩的方向是與系統(tǒng)的運行方向相反，所以開卷機的損失轉(zhuǎn)矩補償值是正的，而開卷機的損失轉(zhuǎn)矩補償值是負的。雖然補償值的符號有所區(qū)別但是這三部分轉(zhuǎn)矩的計算方法對于開卷機和卷取機來說都是相同的，下文將以卷取機為例詳細介紹張力轉(zhuǎn)矩、損失轉(zhuǎn)矩、動態(tài)轉(zhuǎn)矩的計算方法。 張力轉(zhuǎn)矩卷取機在卷繞帶鋼時，必須具有一定卷取張力以保證帶鋼卷取的質(zhì)量，其張力值大小取決于卷取機工作狀態(tài)和產(chǎn)品規(guī)格。不合適的張力數(shù)值會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，過大的卷取張力會影響產(chǎn)品內(nèi)部金相組織，以及使設(shè)備電機容量增大，反之過小的卷取張力亦會影響產(chǎn)品質(zhì)量以及出現(xiàn)帶鋼跑偏?？梢娋砣埩?shù)值過大過小均會直接影響卷取機正常工作。因此，張力數(shù)值的選擇應(yīng)該慎重。一般可按下列經(jīng)驗公式進行初步計算，然后再根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行一些微調(diào)。 （3—15）式中， 為卷取機張力，KN??；為單位張力， Mpa；為帶鋼寬度，mm；為帶鋼厚度，mm。單位張力值，可按下列經(jīng)驗公式進行計算，?? （3—16）式中，為帶鋼厚度，mm。系數(shù)由卷取機工作情況來決定，其選值按下表選取。表32系數(shù)選擇原則提供該張力的卷取電機輸出轉(zhuǎn)矩部分即為張力轉(zhuǎn)矩。 （3—17） 式中，?? 為折算到電機軸上的張力轉(zhuǎn)矩， N ? m ；??為卷取機上帶鋼的瞬時卷徑值，m ；?? 為卷取機的張力，N ；??為卷取機與電動機之間的傳動比。由上式可知只要得到實時卷徑值就可以利用式（317）實時的計算出電機軸上的張力轉(zhuǎn)矩值。 損失轉(zhuǎn)矩 卷取機傳動結(jié)構(gòu)示意圖對于卷取機來說，其傳動部分包括卷取電機減速齒輪箱和卷筒三個部分， 所示。這些組件在轉(zhuǎn)動過程中存在摩擦力，會對電機產(chǎn)生一定的阻轉(zhuǎn)矩，同時在機械傳動中也是有功率損耗的，而且不同的設(shè)備損耗也不同，即傳動效率不同。把這些空載時就會產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩和效率損失