帶鋼張力控制研究的綜述

1、帶鋼張力控制研究的綜述一、引言首先，不得不說在過去的幾十年里，隨著工業(yè)技術的發(fā)展，微機技術的突飛猛進,先進的設備和技術的開發(fā)使得冶金行業(yè)在最近幾年得到了突飛猛進的發(fā)展，但盡管如此,國內(nèi)高速的、運行平穩(wěn)的機組絕大部分是引進的,而完全國產(chǎn)的這類機組的速度較低,生產(chǎn)帶鋼品質(zhì)也低,有些機組無法穩(wěn)定運行、甚至影響帶鋼的板形等等,這種狀態(tài)的形成與國內(nèi)目前缺少對張緊輥等這類設備的理論和實踐研究不無關系4。因此，在這種背景下，針對張緊輥設備的理論研究與實際應用技術的革新是至關重要的?？梢哉f，合適的張緊輥控制系統(tǒng)是保障帶鋼高速、穩(wěn)定運行的基本條件和關鍵因素。而我們也知道，在鋼鐵企業(yè)板帶生產(chǎn)機組中，帶鋼張力很多是

2、需要分段進行控制的，這不但是通板的需要，更是工藝控制的要求。帶鋼張力控制設備的實現(xiàn)一般是采用張力輥組完成，即由2-4根輥子構成張緊輥組，分別由馬達傳動每一根輥子，實現(xiàn)張緊輥組前后不同的張力控制要求。在張力控制過程中張緊輥組有一個重要控制內(nèi)容，就是各個輥子之間的負荷平衡控制。所謂張緊輥負荷平衡控制就是使各個張緊輥的負荷盡可能相近或滿足一定比例的分配，以使各輥子都能發(fā)揮各自的能力，協(xié)同完成帶鋼的張力控制要求，防止出現(xiàn)某個輥子過負荷而其它輥子還沒充分發(fā)揮作用的現(xiàn)象出現(xiàn)。在實際應用中，張緊輥負荷平衡控制一般有兩種方式，一種是較復雜的“仿皮帶”負荷平衡控制方式，一種是強制等比例的負荷平衡控制方式1。下面

3、我們將就這兩種控制方式的原理進行說明，并對他們的差異加以分析比較。二、控制系統(tǒng)分析方法論述1、帶鋼張力控制作用闡述在闡述兩種控制方式之前，有必要對帶鋼張力控制的意義和控制帶鋼張力的作用進行解釋。因果守恒，對于結果，我們必須分析其原理和來源。1.1 帶鋼張力的作用3 影響帶鋼質(zhì)量好壞的因素有很多，這里我們采用張力控制防止帶鋼堆拉現(xiàn)象發(fā)生，同時，張力在生產(chǎn)過程中也發(fā)揮著十分重要的作用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面1： 1.1.1 防止帶鋼跑偏 在實際生產(chǎn)過程中，由于各種因素的影響，帶鋼在運行過程中容易發(fā)生跑偏，而且會隨著運行而越來越嚴重。為了防止跑偏，可以采用糾偏輥或八字輥，但這兩種方法都有一定的時滯，

4、有一定的局限性。而適當調(diào)節(jié)張力值，維持張力穩(wěn)定，帶鋼可以在一定的張力作用下平穩(wěn)的運行，張力反映迅速，無時滯，所以是防止帶鋼跑偏的有效方法。1.1.2 有利于控制帶鋼的板形 板形是衡量帶鋼質(zhì)量的重要指標，板形良好指的就是帶鋼的平整度好，如邊部起浪，中部浪皺等，這主要是由于變形不均勻，使帶鋼中的殘余應力超出了穩(wěn)定所允許的拉應力。當采用微張力控制時，使帶鋼沿寬度方向上的拉力不超過所允許的拉應力，由此來保持帶鋼板形的平直。1.1.3 有利于控制加熱面積的控制 爐區(qū)的入口段是預熱爐，里面沒有爐棍，是一段懸空的帶鋼。兩邊噴嘴加熱帶鋼。利用張力可以調(diào)節(jié)帶鋼的懸垂度，保證在預熱爐內(nèi)的帶鋼充分加熱。此外，張力在

5、煅燒過程中可以適當調(diào)節(jié)張力輥電機的負荷?？梢姀埩刂茖τ谡Ｉa(chǎn)是非常重要的的保證。而通過張力產(chǎn)生的原理分析，我們可以找出控制或影響張力的有關原因 因此，知道了控制帶鋼張力的作用后，我們面臨的是如何更好的控制帶鋼張力，使帶鋼質(zhì)量最佳。在這里，關鍵的問題是張緊輥負荷平衡的控制方式的選擇，對于不同的條件下，有相應的控制方式可供選擇，而且每種控制方式有各自的特點，下面的闡述中，著重對兩種負荷平衡方式“仿皮帶負荷平衡控制方式”和“強制等比例負荷平衡控制方式”的優(yōu)缺點進行對比分析。2、“仿皮帶”負荷平衡控制12.1控制原理“仿皮帶”負荷平衡控制方式，其基本思路是模仿皮帶傳動控制，依據(jù)的數(shù)學控制模型就是我

6、們稱為的皮帶傳動控制歐拉定理。 圖1 bod的物理結構及表示符號 歐拉定理簡單說明如下：圖1中主動輪的旋轉方向如箭頭所示，傳動時皮帶上下兩邊的張力就有差異，上邊緊一些(叫緊邊)，下邊松一些(叫松邊)。忽略張力損失，則 (T1=T4) > (T2=T3)。歐拉定理說的是：如果要保證主動輪與皮帶無滑動地傳動，主動輪緊邊的張力要保證滿足下面的公式： 式中： e為自然對數(shù)；為皮帶與主動輪的接觸弧長；為皮帶與主動輪的摩擦系數(shù)。也就是說主動輪能夠提供的緊邊最大張力為： 以某個4輥式張緊輥為例，其張力分布如圖2所示。圖2 4輥式張緊輥張力分布示意圖一般來說Tent與Tdel總是有差異的，假設Tdel&

7、gt;Tent。則按照歐拉定理其傳動也應符合式(1)的要求。因此，“仿皮帶”負荷平衡控制就采用下面的公式： 而馬達的功率需求公式為： 所以： 設馬達的額定功率分別為P1m、P2m、P3m、P4m。則每臺馬達的理論負載百分比就應當按照下面的公式計算： 式中: i=1,2,3,4;li：每臺馬達理論負載百分比。它就是這種負荷平衡控制方式下的設定值。每臺馬達的實際負載百分比就作為實際值，計算公式為： 式中: i=1,2,3,4;：各馬達的實際功率;：每臺馬達的實際負載百分比。因此控制偏差為: Li：負荷平衡控制偏差。如果相同且Tdel>T3>T2>Tent那么按照式(4)必有的P4

8、>P3>P2>P1。如果4臺馬達的額定功率相同，則其負載百分比無法做到相等。要做到負載百分比相等則每臺馬達的額定功率必須做到。表1是根據(jù)歐拉公式計算出不同入、出口張力比下的負荷比例。表1 四棍式張緊輥負荷分配表（四個包角相等）出口與入口張力比1號輥比例2號輥比例3號輥比例4號輥比例0.10.48360.27350.15380.08650.1590.43850.27670.17460.11020.2510.390.27610.19550.13840.3980.34170.27140.21560.17130.6310.29470.26260.23410.208610.250.25

9、0.250.251.5850.20860.23410.26260.29472.5120.17130.21560.27140.34173.9810.13840.19550.27610.396.310.11020.17460.27670.4385100.08650.15380.27350.48632.2控制特點 “仿皮帶”負荷平衡控制的目標是：在適當?shù)鸟R達配置前提下，通過負載平衡控制，使各馬達在與帶鋼不打滑(當然是理論上，因為不打滑還有其他決定因素如摩擦系數(shù))的前提下提供所需要的張力。但是如果入出口張力設定不合理將會引起張緊輥中某臺馬達過載造成機組故障。原理如下：圖3 四輥式張緊輥不同入出口張力比

10、的負荷比例圖從圖3可以看出隨著張力比例的增大，1號輥的負載在減少，4號輥的負載在增加，因此P4:P1在增加，而馬達一旦選定則功率無法變化，因此P4m:P1m仍然保持不變，則不再成立，因此每臺馬達的負載百分比將發(fā)生較大變化。從圖3可以直觀看出當入口張力大時1號輥負載百分比大，容易發(fā)生過載；當出口張力大時4號輥負載百分比大，容易發(fā)生過載。因此在設計時考慮馬達負載就要找到一個平衡點，保證在允許的張力范圍內(nèi)都不會發(fā)生過載現(xiàn)象。另外在使用中也要遵守入出口張力設定的要求，兩種的比例不能過大，否則也容易造成過載?，F(xiàn)舉例說明。表2是某連續(xù)退火機組8號和9號張緊輥馬達配置情況：表2 8號、9號張緊輥的馬達配置表

11、馬達位置功率（Kw）8號張緊輥1號輥608號張緊輥2號輥758號張緊輥3號輥909號張緊輥1號輥2009號張緊輥2號輥1309號張緊輥3號輥909號張緊輥4號輥45從馬達的額定功率配置可以看出，8號張緊輥的額定功率從入口到出口逐步增大，9號張緊輥的額定功率從入口到出口逐步減少。因此，其適應的張力分布應當是8號張緊輥的入口張力小于其出口張力，9號張緊輥的入口張力大于其出口張力。如果不這樣進行張力分布，將造成8號張緊輥1號輥馬達的負載很高，而2號、3號、4號輥負載很低。本機組有一段時間8號張緊輥的1號輥負載較高，其主要原因就是：新開發(fā)的高強鋼只提高了的平整機入、出口張力設定值，而沒有調(diào)整拉矯機段的

12、張力設定值，造成8號張緊輥的出口張力小于入口張力，與馬達的配置不相符，加劇了馬達負荷的差異，因此8號張緊輥的1號輥負載在生產(chǎn)高強鋼時經(jīng)常過載，如果操作工不及時干預就會造成傳動重故障，而造成不必要的停機損失。因此對于這種負荷平衡控制方式的機組，一定要考慮其張力分布是否符合控制特點的要求。3 、“強制等比例”負荷平衡控制13.1控制原理“強制等比例”負荷平衡控制方式，其基本思路是以一個馬達為主動馬達，其它馬達為從動馬達，從動馬達的負荷按照主動馬達的進行控制，這樣各馬達的負荷比例基本一致，原理描述如下。 式中：i=1、2、3n；Icm：master馬達的額定電流；Ibm：master馬達的反饋電流；

13、Lcm：master馬達的負荷百分比，也就是這種控制方式下的負荷平衡控制的設定值；Ici: slave馬達的額定電流；Ibi：slave馬達的反饋電流；Lbi：slave馬達的負荷百分比，也就是也就是這種方式下的負荷平衡控制實際值；：slave馬達與master馬達的負荷差，也就是這種方式下的負荷平衡控制偏差量。從上述公式上可以看出，“強制等比例”負荷平衡控制方式的原理來自于一個簡單而直觀的經(jīng)驗：同一組張緊輥中各臺馬達的負荷百分比要趨于相同，這樣每臺馬達輸出功率的百分比都將大致相等。3.2控制特點“強制等比例”負荷平衡控制方式的特點非常明確：通過平衡控制，使各馬達之間按照相同比例輸出功率，正常

14、情況下不會發(fā)生同一張緊輥內(nèi)某個馬達負荷高的情況，前后的張力比較大（或較?。r整個張緊輥的馬達的負荷都會增大會減小，也就是說如果過載就會同時過載，而不是其中的某一個馬達。其抗過載的能力較強，但是帶鋼和張緊輥之間可能會有一定的滑動。圖4 8號、9號張緊輥布置圖三、兩種張緊輥負荷平衡控制差異分析與結論 經(jīng)過對兩種張緊輥負荷平衡控制方式的分析，可知：“仿皮帶”負荷平衡控制方式的目標是在設定張力下控制各個馬達的負載使帶鋼與輥子不發(fā)生打滑的，而馬達的過載能力是由馬達配置和張力分布來保證的。其優(yōu)點是馬達與帶鋼不會發(fā)生打滑。缺點是控制算法比較復雜，各馬達的負載比例會隨張力分布的不同而出現(xiàn)較大差異，極端情況下會

15、造成某個馬達已過負荷而其它馬達負荷很小的情況。而“強制等比例”負荷平衡控制方式的目標是在設定張力下使各馬達的負載趨于一致。其優(yōu)點是控制算法相對簡單，對張力分布沒有特殊的要求。缺點是當張力比過大時，雖然馬達還沒有過負荷，但帶鋼已發(fā)生打滑。當然在設計時必須充分考慮這一點，并留有充分的余量。因此，兩種控制方式各有千秋，在實際運用中，必須充分了解張緊輥負荷平衡控制的原理，根據(jù)不同的控制方式采取對應的張力分布手段，以滿足工藝控制的要求。做好這項工作必須由電氣工程師和工藝工程師共同完成。四、參考文獻1 張偉，湯淵博，李東亭.兩種張緊輥負荷平衡控制原理及差異分析J.變頻器期刊, 2010（6）.2 榮蓓.寶

16、鋼三號彩涂機組爐區(qū)儀表自動化控制J.控制工程,2005,(05).3 李洋.張力系統(tǒng)控制J.武漢可編程控制器與工廠自動化,2009.（4）.4 宋建芝.帶鋼機組張力輥計算和設計研究J.冶金設備 2009（1）.5 李同慶,陳先霖.張力輥打滑與拉矯機延伸率損失J.上海金屬,1997.(1). 6 肖白.我國冷軋板帶生產(chǎn)技術進步20年及展望J.軋鋼,2004,21(6):15-1.7 王賢林.張力輥打滑的機理及其防止措施J.鞍山鋼鐵學院學報, 2002,（1）. 8 徐小龍.寶鋼冷軋廠新建熱鍍鋅機組張力控制系統(tǒng)研究D上海交通大學， 2009. 9 郭良斌,羅治平,韓笑非.冷軋連續(xù)退火機組中張力輥組主要參數(shù)的設計J.機械設計與制造,2009,(06).10 黃海生.張力輥組及其控制J.柳鋼科技,2009,(S1).11 譚剛,陳兵.冷軋后處理機組張力輥設計計算J.機械工程師,2010,(06).12 潘衛(wèi)東,梅如敏.二次冷軋機組張力輥設計計算J.江蘇冶金,2007,(03).13 李寶.張力輥組設計計算J.冶金設備,2009,(S1).14 王文廣,張清東.寬帶鋼拉矯過程中延伸率損失現(xiàn)象的有限元仿真研究J.重型機械,2008,(03).15 李海燕.冷連軋機組中張力輥組的設計J.一重技術, 2006.(04).16 王玉廣.連