熱軋帶鋼的卷取控制設(shè)計(jì)

摘 要: 熱軋帶鋼鋼卷的卷形是產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其中張力控制好壞直接影響卷形，助卷輥的控制更是卷取定形的基本要素。文章結(jié)合實(shí)際提出的卷筒張力控制模型實(shí)用簡(jiǎn)潔，助卷輥?zhàn)詣?dòng)踏步控制（AJC）設(shè)計(jì)精密。對(duì)于卷取機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用有著巨大參考價(jià)值。

關(guān)鍵字: 張力控制 AJC

Abstract: Because it is becoming an important quality guide line of the coil shape in the hot steel making.The and also the work roller AJC controll affect steel shape. The paper gives the tension control model according to the fact. The AJC design is good.It has important values for design of the steel making.

KEYWORDS: tension control AJC

1 概述

　　萊鋼1500mm熱軋帶鋼是一條年產(chǎn)300萬(wàn)噸的生產(chǎn)線，其生產(chǎn)工藝為加熱、粗軋、熱卷、精軋、層冷、卷取。卷取區(qū)由2臺(tái)地下卷取機(jī)組成。帶鋼頭部離開精軋機(jī)時(shí)，卷取機(jī)已經(jīng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)時(shí)，張力輥借助導(dǎo)板裝置，在張力輥和卷筒之間形成封閉路徑，使帶鋼順利卷上卷筒。

　　在帶鋼卷入卷筒的頭幾圈，助卷輥進(jìn)行踏步控制。待帶鋼卷上3-5圈后，帶鋼在卷筒和軋機(jī)之間即能建立穩(wěn)定的張力。此時(shí)，上張力輥放松，傳動(dòng)電機(jī)采用“零電流”控制，助卷輥全部打開（卷厚帶鋼時(shí)，第一個(gè)助卷輥要始終壓住帶鋼），進(jìn)入正常卷取狀態(tài)。

　　帶尾即將離開軋機(jī)時(shí)，卷取機(jī)進(jìn)入收卷狀態(tài)，軋機(jī)和卷取機(jī)同時(shí)降速，助卷輥合攏，壓住外層帶卷。當(dāng)帶鋼脫離末機(jī)架時(shí)，張力輥壓緊，傳動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，使帶鋼在張力輥和卷筒之間建立張力，避免帶尾跑偏或鋼卷外層松散。

2 卷取張力控制模型設(shè)計(jì)

　　卷取張力控制控制的效果直接關(guān)系到1500mm熱軋帶鋼熱連軋生產(chǎn)線的成品和產(chǎn)量。張力控制的目的在于保證正常卷取時(shí)，1號(hào)或2號(hào)卷取機(jī)上的帶鋼張力恒定在設(shè)定值。為保持卷取機(jī)帶鋼張力的恒定，卷取機(jī)張力控制時(shí)主要考慮張力矩、彎曲力矩、摩擦力矩、隨卷徑變化的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償和加減速時(shí)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償力矩。

　　在實(shí)際控制中，卷取機(jī)有兩種工作狀態(tài)：速度控制狀態(tài)和張力控制狀態(tài)。在點(diǎn)動(dòng)和穿帶期間，它們工作在速度控制狀態(tài)，穿帶時(shí)，當(dāng)卷取張力建立后，它們工作在張力工作狀態(tài)。

　　從速度控制狀態(tài)切換到張力控制狀態(tài)是在切換邏輯控制下自動(dòng)進(jìn)行的。在切換到張力控制狀態(tài)運(yùn)行后，盡管卷取機(jī)的速度給定略高于精軋機(jī)組速度基準(zhǔn)給定值。由于精軋機(jī)組和卷取機(jī)之間通過(guò)帶鋼的剛性連接，卷取機(jī)的實(shí)際速度不可能達(dá)到速度給定值，卷取機(jī)的速度調(diào)節(jié)器的輸出飽和，傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入張力控制。

　　由于速度調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到限幅值，張力給定值由張力矩、摩擦力矩、彎曲力矩、加減速力矩的計(jì)算等的結(jié)果決定。

　　2.1卷徑計(jì)算

　　卷取機(jī)上鋼卷的卷徑可以通過(guò)安裝在卷取機(jī)及其相應(yīng)的測(cè)速輥上的脈沖發(fā)生器的計(jì)數(shù)值計(jì)算出來(lái)。計(jì)算方法是在卷取機(jī)卷筒上定義一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度αh，測(cè)量與該角度相對(duì)應(yīng)的帶鋼長(zhǎng)度，即可計(jì)算出鋼卷的卷徑。

　　鋼卷卷徑按下列公式計(jì)算：

　　D = 2L / αh

　　其中：

　　αh 表示在卷取機(jī)卷筒上的旋轉(zhuǎn)角度（以弧度表示）

　　D表示鋼卷卷徑

　　L表示與αh相對(duì)應(yīng)的帶鋼長(zhǎng)度

　　卷取機(jī)上鋼卷卷徑的每次采樣的討算結(jié)果都需要校驗(yàn)，對(duì)卷取機(jī)來(lái)說(shuō)就是每次的計(jì)算結(jié)果都要大干上次的計(jì)算值，另外，還要采取必要的濾波方法，以濾去由于錯(cuò)誤的采樣值而導(dǎo)致的錯(cuò)誤的計(jì)算值。

　　2.2張力力矩計(jì)算

　　帶鋼張力矩的計(jì)算公式如下：

　　Mz = F ＊ D / 2i

　　其中：

　　Mz表示張力矩

　　F表示張力設(shè)定值

　　i表示傳動(dòng)比

　　帶鋼張力設(shè)定值由操作站自動(dòng)預(yù)設(shè)定，操作人員也可以修改

　　2.3彎曲力矩的計(jì)算

　　帶鋼彎曲力矩的計(jì)算接下列公式求得：
　　

　　其中：

　　Mb表示彎曲力矩

　　h表示帶鋼厚度

　　δy表示屈服系數(shù)

　　L表示帶鋼寬度

　　2.4加速力矩的計(jì)算

　　卷取機(jī)電機(jī)的加速力矩由折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和帶鋼線加速度等參數(shù)計(jì)算出來(lái)。轉(zhuǎn)動(dòng)憤量包括固定部分和與鋼卷規(guī)格有關(guān)的可變部分。固定部分由卷取機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、卷筒等部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量組成。可變部分由鋼卷直徑、帶寬、鋼的比重等參數(shù)決定。

　　由線速度變化和卷徑變化決定的加速力矩計(jì)算公式如下：
　　

　　其中：

　　K1表示固定部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)

　　K2、K3表示取決于卷徑變化的變化部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)

　　L表示帶鋼寬度

　　D表示鋼卷卷徑

　　dv/dt表示加速度

　　系數(shù)K1、K2、K3在機(jī)組調(diào)試期間可以作一些調(diào)整，并最后確定。

　　鋼卷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由下列公式計(jì)算：

　　
　　其中：

　　B表示帶鋼寬度

　　i表示減速比

　　ρ表示鋼的比重

　　D0表示卷筒的脹開直徑

　　K表示轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算修正系數(shù)

　　2.5摩擦力矩的計(jì)算

　　摩擦力矩補(bǔ)償量是速度的非線性函數(shù)。該函數(shù)按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和慣例將在調(diào)試階段根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)決定。

3 助卷輥踏步控制

　　卷取機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1：

　　卷取機(jī)有三個(gè)助卷輥和弧形裙導(dǎo)板 ,它們的作用是引導(dǎo)帶鋼頭部使之彎曲成形 ,卷緊在卷筒上,它是具有耐磨表面的實(shí)形體。每個(gè)助卷輥的徑向合攏和張開方式 ,是通過(guò)電機(jī)、齒輪機(jī) （速比i=1 ）和方向接軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要求每個(gè)助卷輥都以相同的壓力壓在鋼卷上 （壓緊力由液壓缸產(chǎn)生 ） ,助卷輥和裙導(dǎo)板是可更換的耐磨件。

　　助卷輥和卷筒之間的輥縫是可調(diào)的 ,輥縫δ大小直接影響卷取質(zhì)量。δ值過(guò)大 ,鋼卷不易卷緊 ,而頭幾圈容易打滑 ;δ值過(guò)小 ,帶鋼咬入時(shí)會(huì)產(chǎn)生撞擊 ,引起助卷輥跳動(dòng) ,同樣鋼卷也不易卷緊 ,甚至打滑。通常卷取機(jī)根據(jù)帶鋼厚度、材質(zhì)以及助卷輥的壓力由計(jì)算機(jī)設(shè)定來(lái)確定輥縫δ值。

　　助卷輥具有輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)速度控制、助卷輥調(diào)節(jié)液壓缸位置及壓力控制功能。

　　3.1卷取機(jī)的踏步控制功能

　　自動(dòng)跳步控制功能的實(shí)現(xiàn)，有賴于助卷輥的徑向運(yùn)動(dòng)控制采用具有高響應(yīng)性的液壓伺服控制系統(tǒng)，以及精密的帶頭檢測(cè)裝置和準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。

　　自動(dòng)跳步控制的基本原理是：自動(dòng)跟蹤計(jì)算帶鋼位置并給電氣控制發(fā)送信號(hào)。每個(gè)助卷輥都裝有位置和壓力控制器，在帶鋼卷取過(guò)程開始后，每當(dāng)帶鋼頭部轉(zhuǎn)到距離任一助卷輥很近的位置時(shí)，該助卷輥都迅速抬起，和帶鋼脫離接觸;而當(dāng)帶鋼頭部通過(guò)助卷輥后，該助卷輥則迅速回靠以壓緊卷筒上的帶鋼，并按壓力控制方式運(yùn)行。該過(guò)程將持續(xù)到卷取若干圈后全部助卷輥打開為止。良好的踏步控制系統(tǒng)應(yīng)在保證帶鋼頭部不與助卷輥相撞的前提下，盡可能縮小助卷輥和帶鋼脫離的時(shí)間，使卷形不受影響。

　　三個(gè)助卷輥跳躍時(shí) ,總有兩個(gè)助卷輥處于壓力控制 ,以防止鋼卷松散。為了安全起見 ,助卷輥的跳躍量略大于帶鋼厚度。

　　3.2 AJC功能主要控制內(nèi)容

　　1#和2#卷取機(jī)均采用三助卷輥全液壓地下臥式卷取機(jī)，卷形質(zhì)量較好。三個(gè)助卷輥具有液壓踏步控制功能（AJC）。

　　自動(dòng)跳步控制是現(xiàn)代帶鋼熱連軋機(jī)的一個(gè)新的控制功能，其目的是盡可能減小在卷取時(shí)由于帶頭和助卷輥相撞在帶鋼上產(chǎn)生的壓痕。對(duì)帶鋼表面質(zhì)量的這種損傷在帶鋼較厚時(shí)更為明顯。AJC控制系統(tǒng)如圖2:

4 結(jié)論

　　本系統(tǒng)由于采用了很好的張力控制和AJC控制模型,所以故障率低,控制穩(wěn)定，鋼的卷形好,產(chǎn)品質(zhì)量高,滿足了市場(chǎng)需求,創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)效益,是一套成熟的卷曲控制方案,可以在類似系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

　　〔1〕彭劍.非對(duì)稱交叉軋制研究〔D〕.北京：清華大學(xué)，1990.

　　〔2〕盧秉林.軋輥非對(duì)稱交叉控制板形的技術(shù)〔J〕.軋鋼，1994　專輯：356～365.

　　〔3〕盧秉林.軋輥非對(duì)稱交叉軋制交叉角控制模型〔J〕.鋼鐵，1996,31（2）:30～33.