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(shuō)在過(guò)去的幾十年里，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)的開(kāi)發(fā)使得冶金行業(yè)在最近幾年得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但盡管如此,國(guó)內(nèi)高速的、運(yùn)行平穩(wěn)的機(jī)組絕大部分是引進(jìn)的,而完全國(guó)產(chǎn)的這類(lèi)機(jī)組的速度較低,生產(chǎn)帶鋼品質(zhì)也低,有些機(jī)組無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行、甚至影響帶鋼的板形等等,這種狀態(tài)的形成與國(guó)內(nèi)目前缺少對(duì)張緊輥等這類(lèi)設(shè)備的理論和實(shí)踐研究不無(wú)關(guān)系4。因此，在這種背景下，針對(duì)張緊輥設(shè)備的理論研究與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的革新是至關(guān)重要的?？梢哉f(shuō)，合適的張緊輥控制系統(tǒng)是保障帶鋼高速、穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件和關(guān)鍵因素。而我們也知道，在鋼鐵企業(yè)板帶生產(chǎn)機(jī)組中，帶鋼張力很多是

2、需要分段進(jìn)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(shè)備的實(shí)現(xiàn)一般是采用張力輥組完成，即由2-4根輥?zhàn)訕?gòu)成張緊輥組，分別由馬達(dá)傳動(dòng)每一根輥?zhàn)?，?shí)現(xiàn)張緊輥組前后不同的張力控制要求。在張力控制過(guò)程中張緊輥組有一個(gè)重要控制內(nèi)容，就是各個(gè)輥?zhàn)又g的負(fù)荷平衡控制。所謂張緊輥負(fù)荷平衡控制就是使各個(gè)張緊輥的負(fù)荷盡可能相近或滿(mǎn)足一定比例的分配，以使各輥?zhàn)佣寄馨l(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(gè)輥?zhàn)舆^(guò)負(fù)荷而其它輥?zhàn)舆€沒(méi)充分發(fā)揮作用的現(xiàn)象出現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，張緊輥負(fù)荷平衡控制一般有兩種方式，一種是較復(fù)雜的“仿皮帶”負(fù)荷平衡控制方式，一種是強(qiáng)制等比例的負(fù)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(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)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(duì)帶鋼張力控制的意義和控制帶鋼張力的作用進(jìn)行解釋。因果守恒，對(duì)于結(jié)果，我們必須分析其原理和來(lái)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(shí)，張力在生產(chǎn)過(guò)程中也發(fā)揮著十分重要的作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1： 1.1.1 防止帶鋼跑偏 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種因素的影響，帶鋼在運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生跑偏，而且會(huì)隨著運(yùn)行而越來(lái)越嚴(yán)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(shí)滯，

4、有一定的局限性。而適當(dāng)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(yùn)行，張力反映迅速，無(wú)時(shí)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(biāo)，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(yīng)力超出了穩(wěn)定所允許的拉應(yīng)力。當(dāng)采用微張力控制時(shí)，使帶鋼沿寬度方向上的拉力不超過(guò)所允許的拉應(yīng)力，由此來(lái)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(yù)熱爐，里面沒(méi)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(yù)熱爐內(nèi)的帶鋼充分加熱。此外，張力在

5、煅燒過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)節(jié)張力輥電機(jī)的負(fù)荷?？梢?jiàn)張力控制對(duì)于正常生產(chǎn)是非常重要的的保證。而通過(guò)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(guān)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(guān)鍵的問(wèn)題是張緊輥負(fù)荷平衡的控制方式的選擇，對(duì)于不同的條件下，有相應(yīng)的控制方式可供選擇，而且每種控制方式有各自的特點(diǎn)，下面的闡述中，著重對(duì)兩種負(fù)荷平衡方式“仿皮帶負(fù)荷平衡控制方式”和“強(qiáng)制等比例負(fù)荷平衡控制方式”的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。2、“仿皮帶”負(fù)荷平衡控制12.1控制原理“仿皮帶”負(fù)荷平衡控制方式，其基本思路是模仿皮帶傳動(dòng)控制，依據(jù)的數(shù)學(xué)控制模型就是我

6、們稱(chēng)為的皮帶傳動(dòng)控制歐拉定理。 圖1 bod的物理結(jié)構(gòu)及表示符號(hào) 歐拉定理簡(jiǎn)單說(shuō)明如下：圖1中主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)方向如箭頭所示，傳動(dòng)時(shí)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(shuō)的是：如果要保證主動(dòng)輪與皮帶無(wú)滑動(dòng)地傳動(dòng)，主動(dòng)輪緊邊的張力要保證滿(mǎn)足下面的公式： 式中： e為自然對(duì)數(shù)；為皮帶與主動(dòng)輪的接觸弧長(zhǎng)；為皮帶與主動(dòng)輪的摩擦系數(shù)。也就是說(shuō)主動(dòng)輪能夠提供的緊邊最大張力為： 以某個(gè)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(lái)說(shuō)Tent與Tdel總是有差異的，假設(shè)Tdel&

7、gt;Tent。則按照歐拉定理其傳動(dòng)也應(yīng)符合式(1)的要求。因此，“仿皮帶”負(fù)荷平衡控制就采用下面的公式： 而馬達(dá)的功率需求公式為： 所以： 設(shè)馬達(dá)的額定功率分別為P1m、P2m、P3m、P4m。則每臺(tái)馬達(dá)的理論負(fù)載百分比就應(yīng)當(dāng)按照下面的公式計(jì)算： 式中: i=1,2,3,4;li：每臺(tái)馬達(dá)理論負(fù)載百分比。它就是這種負(fù)荷平衡控制方式下的設(shè)定值。每臺(tái)馬達(dá)的實(shí)際負(fù)載百分比就作為實(shí)際值，計(jì)算公式為： 式中: i=1,2,3,4;：各馬達(dá)的實(shí)際功率;：每臺(tái)馬達(dá)的實(shí)際負(fù)載百分比。因此控制偏差為: Li：負(fù)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(tái)馬達(dá)的額定功率相同，則其負(fù)載百分比無(wú)法做到相等。要做到負(fù)載百分比相等則每臺(tái)馬達(dá)的額定功率必須做到。表1是根據(jù)歐拉公式計(jì)算出不同入、出口張力比下的負(fù)荷比例。表1 四棍式張緊輥負(fù)荷分配表（四個(gè)包角相等）出口與入口張力比1號(hào)輥比例2號(hào)輥比例3號(hào)輥比例4號(hào)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(diǎn) “仿皮帶”負(fù)荷平衡控制的目標(biāo)是：在適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)配置前提下，通過(guò)負(fù)載平衡控制，使各馬達(dá)在與帶鋼不打滑(當(dāng)然是理論上，因?yàn)椴淮蚧€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(shè)定不合理將會(huì)引起張緊輥中某臺(tái)馬達(dá)過(guò)載造成機(jī)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(fù)荷比例圖從圖3可以看出隨著張力比例的增大，1號(hào)輥的負(fù)載在減少，4號(hào)輥的負(fù)載在增加，因此P4:P1在增加，而馬達(dá)一旦選定則功率無(wú)法變化，因此P4m:P1m仍然保持不變，則不再成立，因此每臺(tái)馬達(dá)的負(fù)載百分比將發(fā)生較大變化。從圖3可以直觀看出當(dāng)入口張力大時(shí)1號(hào)輥負(fù)載百分比大，容易發(fā)生過(guò)載；當(dāng)出口張力大時(shí)4號(hào)輥負(fù)載百分比大，容易發(fā)生過(guò)載。因此在設(shè)計(jì)時(shí)考慮馬達(dá)負(fù)載就要找到一個(gè)平衡點(diǎn)，保證在允許的張力范圍內(nèi)都不會(huì)發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象。另外在使用中也要遵守入出口張力設(shè)定的要求，兩種的比例不能過(guò)大，否則也容易造成過(guò)載?，F(xiàn)舉例說(shuō)明。表2是某連續(xù)退火機(jī)組8號(hào)和9號(hào)張緊輥馬達(dá)配置情況：表2 8號(hào)、9號(hào)張緊輥的馬達(dá)配置表

11、馬達(dá)位置功率（Kw）8號(hào)張緊輥1號(hào)輥608號(hào)張緊輥2號(hào)輥758號(hào)張緊輥3號(hào)輥909號(hào)張緊輥1號(hào)輥2009號(hào)張緊輥2號(hào)輥1309號(hào)張緊輥3號(hào)輥909號(hào)張緊輥4號(hào)輥45從馬達(dá)的額定功率配置可以看出，8號(hào)張緊輥的額定功率從入口到出口逐步增大，9號(hào)張緊輥的額定功率從入口到出口逐步減少。因此，其適應(yīng)的張力分布應(yīng)當(dāng)是8號(hào)張緊輥的入口張力小于其出口張力，9號(hào)張緊輥的入口張力大于其出口張力。如果不這樣進(jìn)行張力分布，將造成8號(hào)張緊輥1號(hào)輥馬達(dá)的負(fù)載很高，而2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)輥負(fù)載很低。本機(jī)組有一段時(shí)間8號(hào)張緊輥的1號(hào)輥負(fù)載較高，其主要原因就是：新開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)鋼只提高了的平整機(jī)入、出口張力設(shè)定值，而沒(méi)有調(diào)整拉矯機(jī)段的

12、張力設(shè)定值，造成8號(hào)張緊輥的出口張力小于入口張力，與馬達(dá)的配置不相符，加劇了馬達(dá)負(fù)荷的差異，因此8號(hào)張緊輥的1號(hào)輥負(fù)載在生產(chǎn)高強(qiáng)鋼時(shí)經(jīng)常過(guò)載，如果操作工不及時(shí)干預(yù)就會(huì)造成傳動(dòng)重故障，而造成不必要的停機(jī)損失。因此對(duì)于這種負(fù)荷平衡控制方式的機(jī)組，一定要考慮其張力分布是否符合控制特點(diǎn)的要求。3 、“強(qiáng)制等比例”負(fù)荷平衡控制13.1控制原理“強(qiáng)制等比例”負(fù)荷平衡控制方式，其基本思路是以一個(gè)馬達(dá)為主動(dòng)馬達(dá)，其它馬達(dá)為從動(dòng)馬達(dá)，從動(dòng)馬達(dá)的負(fù)荷按照主動(dòng)馬達(dá)的進(jìn)行控制，這樣各馬達(dá)的負(fù)荷比例基本一致，原理描述如下。 式中：i=1、2、3n；Icm：master馬達(dá)的額定電流；Ibm：master馬達(dá)的反饋電流；

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

14、情況下不會(huì)發(fā)生同一張緊輥內(nèi)某個(gè)馬達(dá)負(fù)荷高的情況，前后的張力比較大（或較?。r(shí)整個(gè)張緊輥的馬達(dá)的負(fù)荷都會(huì)增大會(huì)減小，也就是說(shuō)如果過(guò)載就會(huì)同時(shí)過(guò)載，而不是其中的某一個(gè)馬達(dá)。其抗過(guò)載的能力較強(qiáng)，但是帶鋼和張緊輥之間可能會(huì)有一定的滑動(dòng)。圖4 8號(hào)、9號(hào)張緊輥布置圖三、兩種張緊輥負(fù)荷平衡控制差異分析與結(jié)論 經(jīng)過(guò)對(duì)兩種張緊輥負(fù)荷平衡控制方式的分析，可知：“仿皮帶”負(fù)荷平衡控制方式的目標(biāo)是在設(shè)定張力下控制各個(gè)馬達(dá)的負(fù)載使帶鋼與輥?zhàn)硬话l(fā)生打滑的，而馬達(dá)的過(guò)載能力是由馬達(dá)配置和張力分布來(lái)保證的。其優(yōu)點(diǎn)是馬達(dá)與帶鋼不會(huì)發(fā)生打滑。缺點(diǎn)是控制算法比較復(fù)雜，各馬達(dá)的負(fù)載比例會(huì)隨張力分布的不同而出現(xiàn)較大差異，極端情況下會(huì)

15、造成某個(gè)馬達(dá)已過(guò)負(fù)荷而其它馬達(dá)負(fù)荷很小的情況。而“強(qiáng)制等比例”負(fù)荷平衡控制方式的目標(biāo)是在設(shè)定張力下使各馬達(dá)的負(fù)載趨于一致。其優(yōu)點(diǎn)是控制算法相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)張力分布沒(méi)有特殊的要求。缺點(diǎn)是當(dāng)張力比過(guò)大時(shí)，雖然馬達(dá)還沒(méi)有過(guò)負(fù)荷，但帶鋼已發(fā)生打滑。當(dāng)然在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮這一點(diǎn)，并留有充分的余量。因此，兩種控制方式各有千秋，在實(shí)際運(yùn)用中，必須充分了解張緊輥負(fù)荷平衡控制的原理，根據(jù)不同的控制方式采取對(duì)應(yīng)的張力分布手段，以滿(mǎn)足工藝控制的要求。做好這項(xiàng)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(xiàn)1 張偉，湯淵博，李東亭.兩種張緊輥負(fù)荷平衡控制原理及差異分析J.變頻器期刊, 2010（6）.2 榮蓓.寶

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