【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 才能得到較好的板形。從消除板形缺陷的角度來(lái)看，拉矯時(shí)帶材的延伸率必須大于來(lái)料板形波浪的相對(duì)長(zhǎng)度差，但是若延伸率過(guò)大，又會(huì)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(dāng)重要。 延伸率的大小是由來(lái)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(zhǎng)，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(zhǎng)度和高度。為了消除浪形和鐮刀彎， ～ % 過(guò)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(shí)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(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行微調(diào)。 帶鋼延伸率的選擇原則通過(guò)延伸率控制的基本原理可知，只有實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)出帶鋼在拉彎矯直段的延伸率,才能對(duì)帶鋼延伸率進(jìn)行準(zhǔn)確控制。式3—1雖然簡(jiǎn)單直接的給出了一種延伸率計(jì)算方法，但是其只適合計(jì)算一段帶鋼的總延伸率，不利于實(shí)時(shí)的計(jì)算當(dāng)前處于矯直段帶鋼的延伸率，所以在實(shí)際中一般利用拉彎矯直機(jī)組出口和入口鋼帶的線速度的不同來(lái)檢測(cè)帶鋼的延伸率，方法如下： （32） 為帶鋼長(zhǎng)度，； 為帶鋼線速度，；為時(shí)間, 。 (33) 延伸率， 矯入口鋼帶線速度，；出口鋼帶線速度，； 為時(shí)間。由上式可知,通過(guò)拉矯機(jī)出口和入口鋼帶的線速度就可以檢測(cè)出鋼帶的延伸率,在本套拉彎矯直機(jī)組, 上的旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)檢測(cè)張力輥的角速度進(jìn)而計(jì)算出入口、出口帶鋼的線速度。本套拉彎矯直機(jī)組的延伸率控制系統(tǒng)采用矯直張力自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式來(lái)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(shí)控制全線的運(yùn)行速度。 入口張力輥組 帶材在較小的開(kāi)卷張力情況下進(jìn)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(jí)放大, 張力輥之間達(dá)到拉彎矯直帶材所需的張力值,然后通過(guò)出口張力輥組逐級(jí)減小,在卷取段恢復(fù)到較小的張力值。這樣既增大了整個(gè)機(jī)組的張力調(diào)節(jié)范圍,減小了開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)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(xì)分析張力輥對(duì)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(guò)其拖動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生張力的： （3—5）式中：為張力輥拖動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，N ? m；為張力輥直徑，m；??為張力輥與拖動(dòng)電機(jī)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(huì)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(duì)張力的放大倍數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)其拖動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。此套1450mm 拉伸彎曲矯直機(jī)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(guò)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)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(yuǎn)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(guò)調(diào)節(jié)入口張力輥組拖動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)而改變?nèi)肟趶埩伣M總的放大倍數(shù)就可以準(zhǔn)確得到所需的矯直段張力。．2 張力輥的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配 張力輥的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配的原因在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中, 由于板形變化等實(shí)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(guò)設(shè)計(jì)極限就會(huì)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(lái)計(jì)算帶材的實(shí)際延伸率，如果帶材與輥面存在相對(duì)速度，控制系統(tǒng)將無(wú)法獲得準(zhǔn)確的延伸率反饋，進(jìn)而延伸率控制器無(wú)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(shí)，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(jí)張力輥也無(wú)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(jī)組的高速運(yùn)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(fù)荷，保證不出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象就是一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題。 入口張力輥組動(dòng)態(tài)負(fù)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(jī)組每根張力輥的最大張力放大系數(shù)Kmax = ，為簡(jiǎn)化計(jì)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(duì)式（3—11）求解可得，?? （3—13）由式（3—13）可知，此種負(fù)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(yuǎn)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(gè)張力輥拖動(dòng)電機(jī)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(dòng)態(tài)負(fù)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(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)矩給定,其速度跟隨出口張力輥組S2。張力輥?zhàn)鳛槿肟趶埩伣MS1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(dòng)態(tài)負(fù)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(dòng)控制，不進(jìn)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(zhǔn)進(jìn)行負(fù)荷分配，保證在機(jī)組運(yùn)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(shí)時(shí)檢測(cè)出的帶鋼實(shí)際延伸率值和給定的延伸率進(jìn)行比較，當(dāng)反饋延伸率大于給定延伸率時(shí)，張力輥的轉(zhuǎn)矩給定進(jìn)而減小矯直張力，當(dāng)檢測(cè)值小于給定時(shí)，張力輥的轉(zhuǎn)矩進(jìn)而加大矯直張力，從而實(shí)現(xiàn)恒延伸率控制。延伸率控制器主要由兩個(gè)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(shí)際延伸率和設(shè)定延伸率差值，當(dāng)差值的絕對(duì)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(dāng)差值小于設(shè)定延伸率的10% 時(shí)，調(diào)節(jié)作用不啟動(dòng)。延伸率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：它主要控制調(diào)節(jié)過(guò)程中，矯直段張力給定的初始值和給定斜率，以防突加過(guò)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(guò)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(xiě) 本套1450mm 拉彎矯直機(jī)組利用Siemens PLC300 作為延伸率控制器，通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)完成控制功能。假設(shè)E 為延伸率設(shè)定值，為實(shí)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(duì)值,張力輥的轉(zhuǎn)矩當(dāng)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(yǔ)句表如下所示：符號(hào)表： DB101FC101局域變量輸入局域變量 輸入輸出局域變量 臨時(shí)變量FC102局域變量輸入局域變量 輸出局域變量 臨時(shí)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(shí)間不固定，所有將閉環(huán)比例環(huán)節(jié)放入OB35中。 通過(guò)FC103進(jìn)行比例環(huán)控制，輸出轉(zhuǎn)矩給傳動(dòng)，傳動(dòng)通過(guò)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(jī)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)張力。電機(jī)的編碼器通過(guò)計(jì)數(shù)器模塊FM350，將實(shí)際轉(zhuǎn)速給PLC，通過(guò)FC102算出實(shí)際延伸率。實(shí)際延伸率反饋給FC103，使其形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 FC102是實(shí)際延伸率計(jì)算。 FC101是比例環(huán)控制 開(kāi)卷機(jī)與卷取機(jī)的控制 概述在帶鋼拉彎矯直過(guò)程中，卷機(jī)和卷取機(jī)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(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)的張力控制精度將直接影響成品的質(zhì)量。因?yàn)橛蓮埩伒膹埩Ψ糯笤砜芍_(kāi)卷機(jī)張力是拉矯機(jī)入口張力輥張力放大的基礎(chǔ)，卷取機(jī)張力是拉矯機(jī)出口張力輥張力放大的基礎(chǔ)，他們的張力將會(huì)通過(guò)張力輥傳遞到矯直段，如果其張力發(fā)生波動(dòng)會(huì)直接影響矯直段張力造成延伸率波動(dòng)?；谝陨戏治?，為保證延伸率穩(wěn)定開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)一般采用恒張力控制。拉彎矯直機(jī)組入口和出口部分沒(méi)有張力檢測(cè)設(shè)備,因此開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定精度。開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)正常運(yùn)行時(shí)其輸出轉(zhuǎn)距主要包括張力轉(zhuǎn)矩、損失轉(zhuǎn)矩、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩三部分,其關(guān)系如式（3—14）： （3—14）式中，為開(kāi)卷機(jī)/卷取機(jī)電機(jī)總得輸出轉(zhuǎn)矩, ； ??為張力轉(zhuǎn)矩，；??為損失轉(zhuǎn)矩，；??為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。開(kāi)卷機(jī)與卷取機(jī)的控制思想大致相同，都是實(shí)時(shí)的計(jì)算出損失轉(zhuǎn)矩與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩??然后通過(guò)改變其拖動(dòng)電機(jī)總的輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，從而保持張力轉(zhuǎn)矩不變，實(shí)現(xiàn)恒張力控制。但也有一些差別，拉彎矯直機(jī)組正常工作時(shí)，開(kāi)卷機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩方向與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，卷取機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。損失轉(zhuǎn)矩的方向是與系統(tǒng)的運(yùn)行方向相反，所以開(kāi)卷機(jī)的損失轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值是正的，而開(kāi)卷機(jī)的損失轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值是負(fù)的。雖然補(bǔ)償值的符號(hào)有所區(qū)別但是這三部分轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法對(duì)于開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)來(lái)說(shuō)都是相同的，下文將以卷取機(jī)為例詳細(xì)介紹張力轉(zhuǎn)矩、損失轉(zhuǎn)矩、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法。 張力轉(zhuǎn)矩卷取機(jī)在卷繞帶鋼時(shí)，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(jī)工作狀態(tài)和產(chǎn)品規(guī)格。不合適的張力數(shù)值會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，過(guò)大的卷取張力會(huì)影響產(chǎn)品內(nèi)部金相組織，以及使設(shè)備電機(jī)容量增大，反之過(guò)小的卷取張力亦會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量以及出現(xiàn)帶鋼跑偏?？梢?jiàn)卷取張力數(shù)值過(guò)大過(guò)小均會(huì)直接影響卷取機(jī)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(yàn)公式進(jìn)行初步計(jì)算，然后再根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行一些微調(diào)。 （3—15）式中， 為卷取機(jī)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(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，?? （3—16）式中，為帶鋼厚度，mm。系數(shù)由卷取機(jī)工作情況來(lái)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(jī)輸出轉(zhuǎn)矩部分即為張力轉(zhuǎn)矩。 （3—17） 式中，?? 為折算到電機(jī)軸上的張力轉(zhuǎn)矩， N ? m ；??為卷取機(jī)上帶鋼的瞬時(shí)卷徑值，m ；?? 為卷取機(jī)的張力，N ；??為卷取機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的傳動(dòng)比。由上式可知只要得到實(shí)時(shí)卷徑值就可以利用式（317）實(shí)時(shí)的計(jì)算出電機(jī)軸上的張力轉(zhuǎn)矩值。 損失轉(zhuǎn)矩 卷取機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)于卷取機(jī)來(lái)說(shuō)，其傳動(dòng)部分包括卷取電機(jī)減速齒輪箱和卷筒三個(gè)部分， 所示。這些組件在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中存在摩擦力，會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生一定的阻轉(zhuǎn)矩，同時(shí)在機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)效率不同。把這些空載時(shí)就會(huì)產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩和效率損失