熱軋帶鋼的卷取控制設(shè)計

分類：解決方案日期：2009-08-14 08:59:21 來源：廠商

摘要: 熱軋帶鋼鋼卷的卷形是產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標(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)合實際提出的卷筒張力控制模型實用簡潔，助卷輥自動踏步控制（AJC）設(shè)計精密。對于卷取機設(shè)計應(yīng)用有著巨大參考價值。

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臺地下卷取機組成。帶鋼頭部離開精軋機時，卷取機已經(jīng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。帶鋼進(jìn)入卷取機時，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，帶鋼在卷筒和軋機之間即能建立穩(wěn)定的張力。此時，上張力輥放松，傳動電機采用“零電流”控制，助卷輥全部打開（卷厚帶鋼時，第一個助卷輥要始終壓住帶鋼），進(jìn)入正常卷取狀態(tài)。

　　帶尾即將離開軋機時，卷取機進(jìn)入收卷狀態(tài)，軋機和卷取機同時降速，助卷輥合攏，壓住外層帶卷。當(dāng)帶鋼脫離末機架時，張力輥壓緊，傳動電機處于發(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

　　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，1號或2號卷取機上的帶鋼張力恒定在設(shè)定值。為保持卷取機帶鋼張力的恒定，卷取機張力控制時主要考慮張力矩、彎曲力矩、摩擦力矩、隨卷徑變化的轉(zhuǎn)動慣量補償和加減速時的動態(tài)補償力矩。

　　在實際控制中，卷取機有兩種工作狀態(tài)：速度控制狀態(tài)和張力控制狀態(tài)。在點動和穿帶期間，它們工作在速度控制狀態(tài)，穿帶時，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進(jìn)行的。在切換到張力控制狀態(tài)運行后，盡管卷取機的速度給定略高于精軋機組速度基準(zhǔn)給定值。由于精軋機組和卷取機之間通過帶鋼的剛性連接，卷取機的實際速度不可能達(dá)到速度給定值，卷取機的速度調(diào)節(jié)器的輸出飽和，傳動系統(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、加減速力矩的計算等的結(jié)果決定。

　　2.1卷徑計算

　　卷取機上鋼卷的卷徑可以通過安裝在卷取機及其相應(yīng)的測速輥上的脈沖發(fā)生器的計數(shù)值計算出來。計算方法是在卷取機卷筒上定義一個旋轉(zhuǎn)角度αh，測量與該角度相對應(yīng)的帶鋼長度，即可計算出鋼卷的卷徑。

　　鋼卷卷徑按下列公式計算：

　　D = 2L / αh

　　其中：

　　αh 表示在卷取機卷筒上的旋轉(zhuǎn)角度（以弧度表示）

　　D表示鋼卷卷徑

　　L表示與αh相對應(yīng)的帶鋼長度

　　卷取機上鋼卷卷徑的每次采樣的討算結(jié)果都需要校驗，對卷取機來說就是每次的計算結(jié)果都要大干上次的計算值，另外，還要采取必要的濾波方法，以濾去由于錯誤的采樣值而導(dǎo)致的錯誤的計算值。

　　2.2張力力矩計算

　　帶鋼張力矩的計算公式如下：

　　Mz = F ＊ D / 2i

　　其中：

　　Mz表示張力矩

　　F表示張力設(shè)定值

　　i表示傳動比

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

　　2.3彎曲力矩的計算

　　帶鋼彎曲力矩的計算接下列公式求得：
　　

　　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加速力矩的計算

　　卷取機電機的加速力矩由折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量和帶鋼線加速度等參數(shù)計算出來。轉(zhuǎn)動憤量包括固定部分和與鋼卷規(guī)格有關(guān)的可變部分。固定部分由卷取機傳動機構(gòu)、卷筒等部分的轉(zhuǎn)動慣量組成。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算公式如下：
　　

　　其中：

　　K1表示固定部分的轉(zhuǎn)動慣量系數(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)動慣量由下列公式計算：

　　
　　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)動慣量計算修正系數(shù)

　　2.5摩擦力矩的計算

　　摩擦力矩補償量是速度的非線性函數(shù)。該函數(shù)按設(shè)計經(jīng)驗和慣例將在調(diào)試階段根據(jù)實際試驗決定。

3 助卷輥踏步控制

　　卷取機結(jié)構(gòu)簡圖如圖1：

圖1 卷取機結(jié)構(gòu)簡圖

　　卷取機有三個助卷輥和弧形裙導(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形體。每個助卷輥的徑向合攏和張開方式 ,是通過電機、齒輪機（速比i=1 ）和方向接軸來實現(xiàn)的。要求每個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值過大 ,鋼卷不易卷緊 ,而頭幾圈容易打滑 ;δ值過小 ,帶鋼咬入時會產(chǎn)生撞擊 ,引起助卷輥跳動 ,同樣鋼卷也不易卷緊 ,甚至打滑。通常卷取機根據(jù)帶鋼厚度、材質(zhì)以及助卷輥的壓力由計算機設(shè)定來確定輥縫δ值。

　　助卷輥具有輥子轉(zhuǎn)動速度控制、助卷輥調(diào)節(jié)液壓缸位置及壓力控制功能。

　　3.1卷取機的踏步控制功能

　　自動跳步控制功能的實現(xiàn)，有賴于助卷輥的徑向運動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裝置和準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。

　　自動跳步控制的基本原理是：自動跟蹤計算帶鋼位置并給電氣控制發(fā)送信號。每個助卷輥都裝有位置和壓力控制器，在帶鋼卷取過程開始后，每當(dāng)帶鋼頭部轉(zhuǎn)到距離任一助卷輥很近的位置時，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行。該過程將持續(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間，使卷形不受影響。

　　三個助卷輥跳躍時 ,總有兩個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#卷取機均采用三助卷輥全液壓地下臥式卷取機，卷形質(zhì)量較好。三個助卷輥具有液壓踏步控制功能（AJC）。

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