拉矯機(jī)的延伸率控制

..........XX聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院QINGGONGCOLLEGE,HEBEIUNITEDUNIVERSITY畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書將其修改為實(shí)際的論文提交日期,不用此信息時(shí),刪除此框。將其修改為實(shí)際的論文提交日期,將其修改為實(shí)際的論文提交日期,不用此信息時(shí),刪除此框。將其修改為實(shí)際的論文提交日期,不用此信息時(shí),刪除此框。論文題目：拉矯機(jī)的延伸率控制學(xué)生__學(xué)號(hào)：專業(yè)__學(xué)部：指導(dǎo)副教授20XX05月20日..拉矯機(jī)延伸率控制摘要冷軋薄板屬于高附加值鋼材品種,是汽車、機(jī)械、建筑、電工電子、食品等行業(yè)必不可少的原材料。平直度是衡量冷軋帶材產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,隨著用戶對(duì)帶材平直度要求的不斷提高,帶材平直度的控制和改善顯得日益重要。拉伸彎曲矯直技術(shù)是消除帶材板形缺陷,改善帶材質(zhì)量的重要途徑。由于拉伸彎曲矯直過程涉及拉彎、彈復(fù)變形等多方面問題十分復(fù)雜。延伸率是拉彎矯直過程中重要的形變標(biāo)準(zhǔn),如何準(zhǔn)確對(duì)其進(jìn)行控制就是一個(gè)十分關(guān)鍵的問題。因此對(duì)其展開研究,具有重要的理論和實(shí)際意義。本文介紹了連續(xù)拉伸彎曲矯直技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展過程,分析了拉伸彎曲矯直的原理和特點(diǎn),闡述了延伸率的定義和產(chǎn)生的原因,詳細(xì)論述了延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理和具體實(shí)現(xiàn)方法。結(jié)合某公司拉伸彎曲矯直機(jī)組項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求,對(duì)延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)做出了設(shè)計(jì)、調(diào)試。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和正常生產(chǎn),證明了這種控制方式的優(yōu)越性和實(shí)用性。最后,闡述了拉彎矯直機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中存在的一些不確定因素對(duì)延伸率控制的影響,給出了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試結(jié)果,找出應(yīng)用的不足之處和改進(jìn)方法。關(guān)鍵詞：帶材；拉伸彎曲矯直機(jī)；延伸率自動(dòng)控制...STUDYONAUTOMATICELONGATIONCONTROLSYSTEMOFWIDESTRIPTENSIONLEVELINGABSTRACTColdsheetmetalisaproductthatyieldahighaddedvalue,andtheessentialrawmaterialsofautomobile,machinery,construction,electronic,foodandotherindustries.Flatnessisoneofthemostimportantfactorswhenevaluatingthequalityofcoldrolledstrip.Itisveryimportanttocontrolandimprovetheflatnessofstriptomeetthecontinuousincreasingdemandforthegoodquality.Thetensionlevelingtechnologyisoneoftheimportantmethodstoeliminateshapedefectsandimprovethequalityofstrip.Becausethecourseoftensionlevelingreferredmanyquestionsoftensionlevelingandelasticityresumeandsoon,thedistortionisextremelycomplicated.Elongationrateisthemostimportantparameterofthecourse.howtocontrolthisparameterbecomethekey.SotheresearchofthispaperhasveryimportantSignificanceofacademicandpractical.Thisarticlediscussesthedevelopment,principle,characteroftensionlevelingtechnology,givesdefinitionofelongation,analyzesthecontrolmodeandbasicprinciplesofautomaticcontrolofelongationondetail.WithfurtherstudyofAutomaticcontrolofelongationsystemsanddesigningrequirementsof1450mmtensionlevelingprojectinFuJianCaseySteelplant,wealsoimprovethiscontrolmodelanddebugginginthefield.Withhalfthreemonths'debugging,themillputsintoproductionnormally.Itfullyindicatesthesuperiorityandpracticabilityofthiscontrolmethod.Finally,itdiscussestheinfluenceonthesystemperformancewhichwascausedbytheexistinguncertainfactorsinthefieldandfindsoutthetheshortageofitandalsoshowsthemethodtoimprovement.KEYWORDS:strip；tensionleveling；automaticcontrolofelongation...目錄拉矯機(jī)延伸率控制I摘要IABSTRACTII目錄III第1章緒論11.1引言11.2關(guān)于冷軋帶鋼板形的介紹11.3帶材矯直技術(shù)的發(fā)展31.4課題研究的意義和主要內(nèi)容5本課題研究的意義5本課題研究的內(nèi)容6第2章拉伸彎曲矯直機(jī)組的工作原理及組成72.1拉伸彎曲矯直原理及特點(diǎn)7拉伸彎曲矯直原理7連續(xù)拉伸彎曲矯直技術(shù)優(yōu)點(diǎn)92.21450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組設(shè)備及參數(shù)9拉伸彎曲矯直機(jī)組的主要性能指標(biāo)9主要組成設(shè)備及其參數(shù)92.3拉伸彎曲矯直機(jī)組生產(chǎn)工藝流程13第3章拉伸彎曲矯直機(jī)的延伸率控制173.1延伸率控制的基本原理17延伸率的定義及影響延伸率的因素17延伸率控制的基本原理183.2延伸率的選擇與檢測(cè)193.2.1延伸率的選擇方法19延伸率的檢測(cè)方法203.3張力輥的控制方法21張力輥組的張力放大原理213.3.2張力輥的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配243.4延伸率控制器的原理26延伸率控制器的原理26延伸率控制程序的編寫263.5開卷機(jī)與卷取機(jī)的控制34概述35張力轉(zhuǎn)矩36損失轉(zhuǎn)矩37動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩40卷徑計(jì)算47第4章1450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)494.11450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)50PROFIBUS-DP的介紹501450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組成514.21450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組的PLC控制系統(tǒng)51PLC的定義和特點(diǎn)51PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)52PLC的基本結(jié)構(gòu)521450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組PLC控制系統(tǒng)534.31450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)554.3.1傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)55逆變器的選型566SE70變頻裝置主要調(diào)試步驟574.4上位機(jī)畫面設(shè)計(jì)及其功能61上位機(jī)的硬件組成與InTouch概述61上位機(jī)畫面構(gòu)成與作用62第5章延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和分析665.1延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果66延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及主要性能指標(biāo)66現(xiàn)場(chǎng)影響延伸率控制精度的因素685.2延伸率控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案68結(jié)論70參考文獻(xiàn)71謝辭74......第1章緒論1.1引言我國(guó)作為鋼鐵大國(guó),鋼產(chǎn)量近4億噸,但是總體上來說還遠(yuǎn)不是鋼鐵強(qiáng)國(guó)。近幾十年來我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)生了重大變化,買方市場(chǎng)已經(jīng)基本形成,內(nèi)需不足問題日益突出。與此同時(shí)由于自主開發(fā)創(chuàng)新能力弱,工業(yè)發(fā)展缺少新技術(shù)的支撐,高技術(shù)含量和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)滯后,生產(chǎn)能力明顯不足。比如,二十世紀(jì)90年代以來,我國(guó)高技術(shù)產(chǎn)品貿(mào)易一直保持逆差,1994年最高達(dá)到142.6億美元。就是在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模很大的時(shí)候,一些產(chǎn)業(yè)的主體設(shè)備和技術(shù)也嚴(yán)重依賴進(jìn)口。我國(guó)作為鋼鐵生產(chǎn)大國(guó),年產(chǎn)鋼已經(jīng)突破2.7億噸,且已出現(xiàn)產(chǎn)品嚴(yán)重積壓和價(jià)格走低現(xiàn)象,但冷軋薄板、冷軋帶鋼、冷軋硅鋼、鍍鋅板、不銹鋼薄板等技術(shù)含量高、附加值高的生產(chǎn)用材則嚴(yán)重短缺。由于冷軋板帶的消費(fèi)市場(chǎng)前景廣闊,應(yīng)用極其廣泛,其產(chǎn)量占軋材的比例逐年不斷攀升。但與國(guó)外相比,差距還是很大。世界上美、俄、日等主要產(chǎn)鋼國(guó)家,冷軋板卷占軋材總產(chǎn)量的比例大都在30%以上,而我國(guó)冷軋板卷占軋材總量比例僅為4%,每年都需要大量進(jìn)口冷軋板卷,自給率僅達(dá)40%左右。目前國(guó)內(nèi)需要的高精度帶材主要依賴進(jìn)口的局面與軋制控制技術(shù)落后有關(guān)。目前美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家不僅大力推進(jìn)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線的建設(shè),生產(chǎn)低成本薄規(guī)格的熱軋寬帶鋼,同時(shí)還加速建設(shè)和改造冷軋寬帶鋼軋機(jī),擴(kuò)大冷軋寬帶鋼和涂鍍層板等高附加值產(chǎn)品在鋼材生產(chǎn)中的比例。建設(shè)冷軋寬帶鋼軋機(jī)模式多樣化,例如美國(guó)近年來除新建和改造冷軋寬帶鋼連軋機(jī)組外,還大量在新建的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線后建設(shè)現(xiàn)代化的高產(chǎn)量高效率的單〔雙機(jī)架可逆式軋機(jī),形成冷軋寬帶鋼生產(chǎn)模式,節(jié)省了中間退火環(huán)節(jié),降低了成本。從經(jīng)濟(jì)角度來看,隨著社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,用戶對(duì)鋼材的質(zhì)量、品種、性能的要求也越來越高,其指標(biāo)要求已達(dá)到一個(gè)相當(dāng)高的程度。鋼材質(zhì)量的高低已經(jīng)直接影響到了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。1.2關(guān)于冷軋帶鋼板形的介紹帶鋼是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中最廣泛使用的鋼材,鋼板按其厚度可以分為兩大類,即厚板和薄板,尺寸范圍如下表所示：表1.1鋼板分類板帶材主要用于沖制各種零部件,因此除要求鋼材的性能均勻一致外,對(duì)鋼材的幾何精度也有特殊的要求,以利于提高沖模壽命和沖壓件的精度。衡量冷軋板帶鋼幾何精度的兩個(gè)指標(biāo)是：板形和厚度。軋制帶材的板形包括橫向凸度〔Crow、平直度〔Flatness、邊部減薄量〔Edge-drop三項(xiàng)內(nèi)容。橫截面凸度表示帶材寬度中心與指定的邊部的厚度差。邊部減薄量表示帶材邊部區(qū)域內(nèi)指定的某兩點(diǎn)的厚度差。板形平直度表示帶材在自然狀態(tài)下的平直性,它表現(xiàn)為帶鋼全長(zhǎng)沿寬度方向上的不均勻延伸,從而造成帶材全長(zhǎng)沿寬度方向不均勻的內(nèi)力分布,在帶鋼的外觀上表現(xiàn)為各種瓢曲浪形。目前,厚度控制技術(shù)已能將厚度差穩(wěn)定地控制在成品厚度±1%或±5μm甚至是±2μm的范圍以內(nèi),橫截面的凸度一般控制在10~20μm的水平。平直度不良成為板形不良的主要表現(xiàn)形式。因此,當(dāng)前提及板形不良一般都是指平直度不良。a-側(cè)彎b-中浪c-邊浪d-長(zhǎng)度方向瓢曲e-寬度方向瓢曲圖1.1金屬帶材產(chǎn)品的缺陷冷軋帶材的平直度不良的主要缺陷如圖1.1所示。沿板帶寬度某個(gè)部位出現(xiàn)縱向局部延伸現(xiàn)象,在帶材表面產(chǎn)生浪形,統(tǒng)稱形狀不良。浪形在板帶中部出現(xiàn)的叫中間波,在邊部的叫邊波,縱向纖維長(zhǎng)度沿板寬方向變化引起帶材以其縱截面的X軸為中性軸的連續(xù)彎曲叫側(cè)彎,俗稱鐮刀彎。產(chǎn)生形狀不良的原因：1.工作輥及支撐輥的輥形設(shè)計(jì)不當(dāng)；2.工作中軋制條件的突然變化；3.工作中軋制板材來料形狀突然變化。這三方面原因都可能引起軋制過程中輥縫形狀偏離軋材形狀。一旦偏離,沿帶材寬度方向壓下量變化,相應(yīng)位置的縱向纖維延伸量不等,相鄰纖維之間互相牽制,產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力較短的纖維受拉,較長(zhǎng)的纖維受壓,當(dāng)這個(gè)內(nèi)應(yīng)力大到一定數(shù)值時(shí),受壓的長(zhǎng)纖維失穩(wěn),形成局部瓢曲,出現(xiàn)浪形。另外,當(dāng)帶材縱向厚差較大時(shí),張力卷取也可能造成形狀不良。1.3帶材矯直技術(shù)的發(fā)展近年來,金屬帶材的冷、熱軋技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)在很大程度上改善了帶材軋制的平直度,但是僅僅依靠軋制工藝無法滿足汽車和家電等行業(yè)對(duì)帶材平直度的要求,因而,在金屬帶材生產(chǎn)工藝中,通過板形矯直技術(shù)來改善金屬帶材的平直度的一個(gè)必不可少的工藝過程。金屬帶材矯直機(jī)按矯直方式可分為輥式矯直機(jī)、張力矯直機(jī)、連續(xù)張力矯直機(jī)和連續(xù)拉伸彎曲矯直機(jī)等四類,如圖1.2所示。圖1.2帶材的不同矯直方式在金屬帶材生產(chǎn)中式矯直工藝的歷史最長(zhǎng),廣泛用于矯正多種規(guī)格、材質(zhì)的金屬帶材,輥式矯直機(jī)一般都配置了11輥到21輥甚至更多更細(xì)的矯直輥。在矯直帶材時(shí),通過調(diào)整矯直輥沿帶材寬度上的彎曲度,改變壓下量和傾斜矯直輥?zhàn)?使帶材的中間浪和邊浪等不良板形獲得部分矯直。但是,由于其結(jié)構(gòu)和矯直工藝的局限性,對(duì)厚度為2mm以下的薄板矯直十分困難,對(duì)0.5mm以下的高強(qiáng)度合金帶材的邊緣浪形和中間瓢曲等三維形狀缺陷幾乎無法矯正,而且,這類矯直機(jī)還要求操作者具有熟練的技術(shù),矯直速度一般不高于250m/min。盡管現(xiàn)代化的輥式矯直機(jī)作了許多改進(jìn),如增加變凸度等,但對(duì)嚴(yán)重的瓢曲和鐮刀彎仍然得不到理想的矯直。張力矯直,即單張鉗口式拉伸矯直,方式矯正帶材時(shí),將帶材兩端夾緊并且拉伸達(dá)到矯直的目的。這是一種十分費(fèi)時(shí)的方法,工作效率低,同時(shí)由于帶材的端部要夾緊,在鉗口處存在著板帶沿寬度方向的厚度不均,加之設(shè)備制造精度問題,往往出現(xiàn)夾緊時(shí)帶材受力不均的現(xiàn)象,使矯直效果不佳,并且會(huì)造成大量的廢料頭而降低成材率。連續(xù)拉伸矯直方式是為了克服上述缺點(diǎn)在兩個(gè)張力輥之間進(jìn)行連續(xù)拉伸矯直的方法。但其仍然存在某些缺點(diǎn)。如帶材受到超過屈服極限σs的拉伸,需要很大的矯直張力,尤其是厚而寬的帶材,需要消耗大量的能量,對(duì)傳動(dòng)裝置要求極高,在矯正脆性材料和屈服極限與斷裂強(qiáng)度接近<σs=σb>的材料時(shí)容易斷帶。1938年,美國(guó)Wallingford鋼鐵廠為適應(yīng)板帶產(chǎn)品由單張向成卷的發(fā)展,首先建立了能成卷形式矯直帶材的生產(chǎn)線。為提高矯直效率,先后在機(jī)列中增加了出口和入口張力輥組,使帶材在更高的張力水平下以更高的速度運(yùn)行。Hessenber和Klenz于1951年和1956年在美國(guó)相繼提出利用張力彎曲拉伸板帶材的專利。1961年,英國(guó)有色金屬研究所P.Brock提供實(shí)驗(yàn)裝置,1965年,美國(guó)Polakowski和Bachinsky兩人發(fā)表了使用浮動(dòng)工作輥裝置的報(bào)告,引起了廣泛注意。以后這種方式被矯直機(jī)生產(chǎn)廠采用并在實(shí)際中應(yīng)用,終于研制出了連續(xù)式拉伸彎曲矯直機(jī)。拉伸彎曲矯直機(jī)發(fā)揮了連續(xù)拉伸矯直和輥式矯直兩種工藝的優(yōu)點(diǎn),又打破了其局限性。帶材被工作輥反復(fù)彎曲的同時(shí)又在出入口張力輥組附加的張力作用下被拉伸,帶材的拉應(yīng)力和彎曲部分的彎曲應(yīng)力的疊加作用使帶鋼的中性層向受壓縮一邊動(dòng),使中間層產(chǎn)生塑性應(yīng)變。通過調(diào)整帶材所受的張力和工作輥的嚙合量來改變帶材板形。由此可見,連續(xù)式拉伸彎曲矯直技術(shù)是在拉伸矯直和輥式矯直的基礎(chǔ)上問世的,發(fā)揮了兩種工藝的優(yōu)點(diǎn),又打破了其局限性。具有以下特點(diǎn)：1.能夠矯正帶材的波浪彎、瓢曲、鐮刀彎等三維形狀缺陷；2.與輥式矯直機(jī)相比,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,維修方便,操作容易,而且彎曲輥組和矯平輥組均是從動(dòng)輥,與帶材同步運(yùn)動(dòng),不會(huì)因打滑而擦傷表面；3.拉伸彎曲矯直機(jī)組中帶材的張應(yīng)力小,不會(huì)斷帶,也不會(huì)影響帶材質(zhì)量,能耗小；4.用于酸洗機(jī)組中,不但能改善板形,同時(shí)可獲得有效的破鱗效果,從而降低酸液消耗,提高生產(chǎn)效率及帶材質(zhì)量,用于熱鍍鋅機(jī)組,可以使鋅花更細(xì)致,鍍層更均勻；5.帶鋼退火后進(jìn)入拉伸彎曲矯直,減小或消除退火屈服平臺(tái)〔即屈服點(diǎn)延伸yieldpointelongation機(jī)械性能和板形有了明顯改善；6.適用于幾乎所有的帶材加工作業(yè)線,矯正厚度范圍廣,尤其是厚度0.1-1mm的薄帶效果更好,而且矯直速度高,一般工作速度為30—700m/min,最大可達(dá)1000m/min。1.4課題研究的意義和主要內(nèi)容1.4.1本課題研究的意義拉彎矯直過程中帶鋼的厚度和寬度變化很小很難準(zhǔn)確計(jì)量因此常用延伸率來度量帶鋼的拉伸程度。延伸率計(jì)算公式如下:式中,為延伸率；為單位時(shí)間通過入口處的帶鋼長(zhǎng)度,m；為單位時(shí)間通過出口處的帶鋼長(zhǎng)度,m。延伸率是拉伸彎曲矯直生產(chǎn)中控制帶鋼力學(xué)性能的唯一形變指標(biāo),因此延伸率調(diào)節(jié)是工藝質(zhì)量控制的重要內(nèi)容,而且不同用途、不同厚度的帶鋼要使用不同的延伸率。因此在拉彎矯直過程中必須合理設(shè)定延伸率,使板帶材有適當(dāng)?shù)淖冃?才能得到較好的板形。從消除板形缺陷的角度來看,帶材的延伸率必須大于來料板形波浪的相對(duì)長(zhǎng)度差,否則板帶材的浪形不可能得到徹底的消除。但是從鋼帶的結(jié)構(gòu)性能來說延伸率又不宜過大,因?yàn)檠由炻蔬^大會(huì)降低軋件的結(jié)構(gòu)性能,使帶鋼變硬變脆。所以選擇合適的延伸率顯得相當(dāng)重要。在拉彎矯直過程中,為了使金屬帶材產(chǎn)生一定的延伸率,矯直張力和彎曲輥嚙合量可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)組合。操作工人往往根據(jù)自己的習(xí)慣、經(jīng)驗(yàn)來制定工藝參數(shù),這樣不僅費(fèi)時(shí)而且往往不夠精確,其結(jié)果可能引起帶材延伸率不足或過大、斷帶、能耗過大、功率分配不均、張力輥打滑等眾多問題。同時(shí),隨著材料和規(guī)格的變化,操作工人的經(jīng)驗(yàn)往往不能滿足客戶的要求。由此可見,對(duì)金屬帶材連續(xù)拉伸彎曲矯直過程中延伸率的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究,具有十分重要的意義。1.4.2本課題研究的內(nèi)容本論文是以某公司板帶項(xiàng)目"1450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組"為背景對(duì)拉伸彎曲矯直機(jī)的延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。該項(xiàng)目電氣控制系統(tǒng)采用了德國(guó)Siemens公司原裝生產(chǎn)的6SE70系列全數(shù)字交流調(diào)速器,以SIMATICS7-300系列PLC為控制核心,兩者間通過PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳送。本系統(tǒng)上位機(jī)主要使用了組態(tài)軟件InTouch完成人機(jī)界面程序與PLC在結(jié)構(gòu)和功能上形成了一個(gè)有機(jī)的控制系統(tǒng)。本課題的主要內(nèi)容是研究拉伸彎曲矯直機(jī)延伸率控制系統(tǒng)中的核心部分,由PLC、上位機(jī)和變頻器組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。具體內(nèi)容有:1研究連續(xù)拉伸彎曲矯直機(jī)對(duì)帶材拉伸的原理與特點(diǎn)；2具體分析研究延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法,并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合具體項(xiàng)目,得出了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；3根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程,著重?cái)⑹隽搜由炻首詣?dòng)控制系統(tǒng)在1450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組中的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用；4總結(jié)了延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),提出以后在這個(gè)問題上的研究和發(fā)展方向。...第2章拉伸彎曲矯直機(jī)組的工作原理及組成2.1拉伸彎曲矯直原理及特點(diǎn)2.1.1拉伸彎曲矯直原理<a>單純彎曲<b>拉伸彎曲圖2.1帶材在彎曲輥上彎曲的應(yīng)力變化二十世紀(jì)六十年代到七十年代初出現(xiàn)了拉伸彎曲矯直設(shè)備,從這種矯直設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)上看可以說是輥式矯直機(jī)和拉伸矯直機(jī)的復(fù)合形式。但實(shí)際上它的矯直過程與這兩種矯直過程存在著本質(zhì)的區(qū)別。拉伸彎曲矯直時(shí)附加張力帶材的彎曲狀態(tài)與單純彎曲狀態(tài)下的帶材有明顯的差別。在單純彎曲時(shí)無論彎曲如何劇烈,帶材上半縱向截面纖維的拉伸變形總是與下半縱向截面纖維的壓縮變形對(duì)稱,發(fā)生的帶材的中性層與縱向截面的幾何軸線,即中間層處于同一位置不會(huì)產(chǎn)生偏移。帶材彈復(fù)以后,縱向截面上雖然存在殘余應(yīng)變,但中間層不會(huì)產(chǎn)生延伸。附加張力的帶材在彎曲時(shí)則不同,由于張應(yīng)力與彎曲應(yīng)力相互疊加,使縱向截面上的拉伸應(yīng)力區(qū)擴(kuò)大壓縮應(yīng)力區(qū)減小,因而帶材中性層將向彎曲曲率的中心方向偏移。圖2.1b表示了帶張力帶材經(jīng)過一個(gè)彎曲輥劇烈彎曲時(shí)各個(gè)縱向截面上應(yīng)力分布的變化。由圖可以看出帶材經(jīng)過彎曲輥時(shí)其彎曲曲率是逐漸加大的其變化規(guī)律近似呈雙曲線形狀,因而帶材表層的應(yīng)力也逐漸加大。在0-2段帶材處于彈性變形狀態(tài)。此后表層應(yīng)力超過屈服極限進(jìn)入彈塑性變形狀態(tài)。在斷面4的位置彎曲最為劇烈。從圖中可以看出帶材斷面的中性層是明顯偏移了的中性層偏移值為Zn。圖2.2繪出了上述彎曲過程中斷面的應(yīng)力和與之相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變的變化由應(yīng)力分布圖可以看出,帶材張力引起的拉伸應(yīng)變是ξT。帶材彎曲時(shí)原來的A0A0截面轉(zhuǎn)至A1A1截面。帶材進(jìn)入彈塑性彎曲階段位置3、4以后由于中性層偏移帶材中間層引起帶材遠(yuǎn)離輥?zhàn)右粋?cè)的拉伸應(yīng)變明顯增大,并且中間層的應(yīng)變?chǔ)蝐大于純拉伸應(yīng)變?chǔ)蜹。在位置4,由于彎曲變形曲率最大ξC值也達(dá)到最大值。帶材經(jīng)過輥?zhàn)雍髮a(chǎn)生彈復(fù)。由于此時(shí)張力仍然存在,因而只是彎曲變形的彈復(fù)。A3A3截面圍繞中間層彈復(fù),中間層的拉伸應(yīng)變?chǔ)蝐變得以保留。彈復(fù)后的殘余曲率將是下次反向彎曲時(shí)的原始曲率。經(jīng)過幾次拉伸狀態(tài)下的彈塑性正反反復(fù)彎曲帶材產(chǎn)生均勻的塑性延伸。帶材瓢曲或有邊緣浪形的部分所受的張應(yīng)力均小于平直的部分反向彎曲時(shí)產(chǎn)生的值也小于平直部分。因而帶材經(jīng)過拉伸彎曲矯直以后其三維形狀缺陷得以順利消除。圖2.2帶材拉伸彎曲時(shí)縱向截面上的應(yīng)力和應(yīng)變連續(xù)拉伸彎曲矯直技術(shù)優(yōu)點(diǎn)拉彎矯直機(jī)的根本特點(diǎn)便是能在張應(yīng)力水平遠(yuǎn)低于材料屈服極限的情況下而使帶材產(chǎn)生了塑性延伸,一般只需要<σs>。而且只有在矯直輥?zhàn)饔孟碌暮苄∫欢螏Р氖翘幵谒苄誀顟B(tài)而在張力輥之間的其余部分僅產(chǎn)生彈性變形。即使在帶材產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域內(nèi),也總是只有一小部分帶材截面處于塑性變形狀態(tài),不容易出現(xiàn)在帶材邊部的缺陷處帶材斷裂的危險(xiǎn)。所以拉彎矯直的方法特別適用于薄板材,帶材在矯直前不再需要切邊,而且其所能達(dá)到的延伸率能達(dá)到并超過單純拉伸矯直時(shí)的延伸率。此外,因?yàn)樗枰某C直張力比單純拉伸矯直時(shí)小得多因此張力輥組需要輸出的轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)地較小,從而減小了拖動(dòng)電機(jī)的功率,降低了設(shè)備成本。2.21450mm拉伸彎曲矯直機(jī)組設(shè)備及參數(shù)2.2.1拉伸彎曲矯直機(jī)組的主要性能指標(biāo)：1.機(jī)組最大線速度：220m/min2.張力輥?zhàn)畲筠D(zhuǎn)速：100r/min3.入口最大張力：12KN4.矯直段最大張力：99KN5.出口最大張力：37KN6.穿帶速度：25m/min7.帶鋼最大剛度：300MPa8.最大寬度度：1320mm9.厚度范圍：0.15mm-0.75mm10.張力輥張力放大系數(shù)：2.06<max>主要組成設(shè)備及其參數(shù)-1開卷機(jī)：開卷機(jī)一臺(tái)布置在機(jī)組最左端。其主要作用是為機(jī)組提供原料鋼帶并與入口張力輥組形成一定張力。設(shè)備組成為電動(dòng)機(jī)、減速箱、卷筒和壓輥、自動(dòng)對(duì)中裝置。開卷機(jī)卷筒為懸臂液壓四棱錐結(jié)構(gòu)。開卷機(jī)設(shè)有機(jī)座浮動(dòng)液壓缸通過CPC裝置控制浮動(dòng)缸的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)開卷機(jī)自動(dòng)對(duì)中。基本參數(shù)：1.型式：懸臂式浮動(dòng)開卷機(jī)帶活動(dòng)外支撐帶碟式剎車。2.鋼卷規(guī)格內(nèi)徑：φ508mm,外徑:maxφ1900mm,minφ1000mm3.開卷機(jī)傳動(dòng)：交流變頻電機(jī)：22kw,工作電壓380V。帶增量型編碼器,型號(hào)PB1024Z5/28P25X3PR,工作電壓DC24V,1個(gè)。4．開卷機(jī)外支撐,液壓缸驅(qū)動(dòng)。5.上卷小車：液壓缸控制鋼卷升降,最大卷重：25t。-2張力輥組本套拉彎矯直機(jī)組共設(shè)有8根張力輥按照位置分為兩組每組4根分別位于矯直段兩側(cè)。矯直段左側(cè)靠近開卷機(jī)的一組是入口張力輥組,其主要作用是控制矯直段張力；矯直段右側(cè)靠近卷取機(jī)的一組是出口張力輥組,其主要作用是控制拉彎矯直機(jī)組速度。基本參數(shù)：1.型式：防滑膠面張力輥帶氣動(dòng)壓輥。2.規(guī)格：本項(xiàng)目中第1~8張力輥規(guī)格相同,如下：輥徑：φ700mm輥身長(zhǎng)：1450mm3.張力輥傳動(dòng)系統(tǒng)：1#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率30kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；2#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率45kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；3#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率75kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；4#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率110kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；出口1#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率135kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；出口2#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率90kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；出口3#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率75kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；出口4#張力輥傳動(dòng)電機(jī)：功率45kW,額定轉(zhuǎn)速1470r/min,額定電壓：AC380V,數(shù)量1；每根張力輥均配有增量式編碼器：PB1024Z5/28P25X3PR圖爾克DC24V,數(shù)量1。-3彎曲矯直輥組本課題所研究的拉伸彎曲矯直機(jī)是由兩組彎曲輥和兩組矯直輥組成的。彎曲輥單元有多對(duì)小直徑彎曲輥〔輥系,它的作用是使帶材在張力作用下,經(jīng)過劇烈的反復(fù)彎曲變形達(dá)到工藝要求的延伸率。矯平輥單元有多個(gè)矯平輥〔輥系,它的作用是將劇烈彎曲后的帶材矯平,消除多次彎曲以后形成的縱向卷彎和橫向拱彎。由于彎曲輥和矯平輥的直徑很小,因而它們多由一組支承輥支承組成輥系以增加剛度。本套機(jī)組的兩組彎曲輥和兩組矯直輥均為非傳動(dòng)特殊結(jié)構(gòu)的上下輥組。配有上輥組的中心高度調(diào)節(jié)裝置和傾斜調(diào)節(jié)裝置；下輥組可以通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)上下移動(dòng),并且就有可記憶自動(dòng)定位功能。根據(jù)被矯帶材的材質(zhì)、板厚、板形等不同可選用不同的輥縫及咬入角使帶材在張力的作用下,通過彎曲矯直機(jī)時(shí)產(chǎn)生不同的縱向拉應(yīng)力與橫向彎曲應(yīng)力從而達(dá)到改善板形的目的。主要參數(shù)：1.規(guī)格：彎曲輥輥徑：φ25mm輥身長(zhǎng)：1550mm中間輥：共兩根輥徑：φ35mm輥身長(zhǎng)：1550mm支承輥：8套/列,共3列輥徑：φ65mm輥身長(zhǎng)：152mm上矯直輥：輥徑：φ50mm輥身長(zhǎng)：1550mm下矯直輥：輥徑：φ70mm輥身長(zhǎng)：1550mm2.下輥組的升降及定位裝置：傳動(dòng)電機(jī)：額定功率:5.5Kw,額定電壓：AC380V,數(shù)量4個(gè)。下輥組精確定位：絕對(duì)值編碼器,工作電壓DC24V,,數(shù)量4個(gè)。-4切邊剪本套機(jī)組配有兩套切邊剪,分別位于矯直段兩側(cè)。在拉彎矯直過程中,與鋼帶同步運(yùn)行,對(duì)帶鋼邊部進(jìn)行修剪,改善帶鋼質(zhì)量的同時(shí)通過調(diào)節(jié)切邊剪剪刃開口度精確調(diào)整剪掉的廢邊鋼帶寬度從而實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼精確定寬。-5廢邊卷取機(jī)本套機(jī)組配有兩套廢邊卷取機(jī),分別位于矯直段兩側(cè)。在拉彎矯直過程中,負(fù)責(zé)收集切邊剪剪掉的帶鋼廢邊。兩個(gè)卷筒分別由一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)功率：5.5kW采用轉(zhuǎn)矩控制方式,使帶鋼在廢邊卷筒和切邊剪之間形成一定張力。-6卷取機(jī)卷取機(jī)一臺(tái)布位于機(jī)組最右端端。其主要作用是收集拉彎矯直后的帶鋼成品并與出口張力輥組形成一定張力。設(shè)備組成為：電動(dòng)機(jī)、減速箱、卷筒和壓輥、自動(dòng)對(duì)中裝置。卷取機(jī)卷筒為懸臂液壓四棱錐結(jié)構(gòu)。卷取機(jī)設(shè)有機(jī)座浮動(dòng)液壓缸,通過EPC裝置,控制浮動(dòng)缸的動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)卷取機(jī)自動(dòng)對(duì)中?；緟?shù)：1、型式：懸臂式可漲縮卷筒2、鋼卷規(guī)格：內(nèi)徑：φ508mm外徑：maxφ1900mm3、卷取機(jī)傳動(dòng)：交流變頻電機(jī)：110kw,工作電壓380V。帶增量型編碼器,型號(hào)PB1024Z5/28P25X3PR,工作電壓DC24V,1個(gè)。4、卷取機(jī)外支撐由液壓缸驅(qū)動(dòng)。5、卸卷小車：液壓缸控制鋼卷升降最大卷重25t。2-2-2-7液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)主要作為電動(dòng)、氣動(dòng)之外的其它機(jī)械動(dòng)作的動(dòng)力源。如卷取機(jī)卷筒的漲縮小車的升降、橫移等都是由液壓操作實(shí)現(xiàn)的。1.液壓站主電機(jī)：功率30kW,轉(zhuǎn)速1470r/min,工作電壓AC380V,共3臺(tái)〔兩用一備。2.系統(tǒng)工作壓力：12Mpa。3.加熱器,用于液壓站油箱加熱。功率3kw,工作電壓AC220V。4.液壓介質(zhì)：液壓油L-HM46；2.3拉伸彎曲矯直機(jī)組生產(chǎn)工藝流程拉彎矯直的工藝過程主要由開卷、入口剪切、焊接、拉彎矯直、涂油、出口剪切和卷取七個(gè)過程組成。其中,拉彎矯直是主要加工過程,而開卷、剪切、焊接等是輔助工藝。拉彎矯直機(jī)組示意圖如圖2.3所示。冷軋或退火后需要進(jìn)行拉彎矯直的原料鋼帶經(jīng)檢查確認(rèn)后,由吊車運(yùn)至開卷機(jī)前放置臺(tái)上,等待上卷。上卷小車將鋼卷從放置臺(tái)運(yùn)送到開卷機(jī)前,液壓上升裝置將鋼卷抬至和開卷機(jī)的卷筒軸線一致位置后,小車?yán)^續(xù)前移,使開卷機(jī)的卷筒套入鋼卷中空內(nèi),然后開卷機(jī)的卷筒漲開使鋼卷孔與開卷機(jī)卷筒緊密貼合,保證其能隨開卷機(jī)的卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)并且不發(fā)生打滑現(xiàn)象。閉合外支撐,上卷小車上升裝置下降,小車返回到放置臺(tái)處,等待下一個(gè)鋼卷。卷筒漲緊鋼卷后,壓輥壓緊鋼卷,然后開卷機(jī)和壓輥開始向前聯(lián)動(dòng),帶鋼頭部經(jīng)由引料導(dǎo)板進(jìn)入夾送輥,夾送輥夾緊帶鋼并開始轉(zhuǎn)動(dòng),將帶鋼頭部送至入口液壓剪處,切掉帶鋼頭部不合格的部分為下一步焊接做準(zhǔn)備,因?yàn)樵谲堉苹蛘咄嘶鸬倪^程中帶鋼頭部的質(zhì)量很難保證,而且在鋼卷運(yùn)輸過程中帶鋼頭部也極易受到損壞,如果不將其剪掉會(huì)影響焊接質(zhì)量。切頭后的帶鋼由夾送輥送至焊機(jī)區(qū),焊機(jī)把前一個(gè)鋼卷的尾部和后一個(gè)鋼卷的頭部焊接在一起。焊接的主要目的是避免重新穿帶提高生產(chǎn)效率。焊接完成后,開卷機(jī)與卷取機(jī)建張,8個(gè)張力輥同步點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行,將焊縫點(diǎn)動(dòng)至出口液壓剪處。點(diǎn)動(dòng)期間矯直段的張力為開卷機(jī)張力,保證點(diǎn)動(dòng)期間帶鋼不發(fā)生打滑跑偏現(xiàn)象,同時(shí)防止因張力過大撕裂焊縫。全線停車撤張后在焊縫處剪斷帶鋼,點(diǎn)動(dòng)卷取機(jī)將帶尾拖至卷筒合適的位置并用膠帶固定。卷取完畢,卷筒縮回,外支撐打開,控制卸卷小車進(jìn)行卸卷,其過程與上卷相反。卸卷完成后,鋼卷由電動(dòng)平車送到成品場(chǎng)地進(jìn)行包裝入庫。當(dāng)前一個(gè)鋼卷由卷筒卸下后,卷取機(jī)外支撐閉合,卷筒漲開,助卷器擺進(jìn)到位,做好下一次卷取的準(zhǔn)備。然后,聯(lián)合點(diǎn)動(dòng)張力輥組、出口段的夾送輥和卷取機(jī),將下一卷帶鋼的頭部通過皮帶助卷器送入卷取機(jī)進(jìn)行卷取,卷取五至六圈后停止點(diǎn)動(dòng),全線建張,皮帶助卷器自動(dòng)松開,機(jī)組準(zhǔn)備正常運(yùn)行。拉伸彎曲矯直機(jī)組在正常工作之前,操作人員根據(jù)在生產(chǎn)實(shí)踐中積累起來的經(jīng)驗(yàn),按照材料強(qiáng)度、帶鋼來料厚度、帶鋼寬度和板形狀況的不同等級(jí)在HMI中預(yù)先設(shè)置帶材的延伸率。機(jī)組運(yùn)行速度,開卷機(jī)和卷取機(jī)張力,以及彎曲輥和矯直輥的切入深度等參數(shù)。在拉彎矯直過程中,操作人員可以根據(jù)實(shí)際拉彎矯直效果和張力輥的轉(zhuǎn)矩輸出情況對(duì)預(yù)先設(shè)置的上述參數(shù)進(jìn)行修正,不需要停車。彎曲輥和矯直輥的切入深度是由下輥組升降機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制的,可以分別點(diǎn)動(dòng)或低速調(diào)整,每個(gè)輥組的下降停止位置只設(shè)定一個(gè),上升位置根據(jù)需要可以不相同,編碼器記憶調(diào)整后的位置,以保證輥組下降后再升起時(shí)自動(dòng)復(fù)位。接近開關(guān)限定最高上升位置以防止編碼器故障時(shí)損壞設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí)入口張力輥組S1產(chǎn)生向后張力,即開卷機(jī)方向,出口張力輥組S2產(chǎn)生向前張力,即卷取機(jī)方向。出口1#張力輥是出口張力輥組S2的主輥,同時(shí)也是全線的速度基準(zhǔn),入口4#張力輥是入口張力輥組S1的主輥,其輸出轉(zhuǎn)矩的大小決定著矯直段張力的大小。當(dāng)開卷機(jī)上的鋼帶將要用盡時(shí),全線減速,并減小延伸率,使矯直段的張力減小,在帶尾離開開卷機(jī)卷筒的瞬間,全線停車,彎曲輥組和矯直輥組的下部各輥組下降至設(shè)定位置〔編碼器控制上輥組位置不變。點(diǎn)動(dòng)張力輥組將帶尾送至入口液壓剪處,剪掉帶尾不合格的帶鋼,為焊接做準(zhǔn)備,然后將帶尾點(diǎn)動(dòng)送至焊機(jī)處,等待與下一卷的帶頭進(jìn)行焊接,開始下一卷的生產(chǎn)。在正常生產(chǎn)過程中,根據(jù)用戶對(duì)寬度的需要以及帶鋼邊部的板形情況,可以利用切邊剪對(duì)帶鋼的邊部進(jìn)行剪裁。通過手動(dòng)操作按鈕,可以調(diào)整切邊剪重疊量的多少進(jìn)而控制剪切量。切邊剪的線速度與帶鋼運(yùn)行速度實(shí)時(shí)保持一致,在生產(chǎn)線的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)廢邊卷取機(jī),收集剪下來的邊部廢料。兩臺(tái)廢邊卷取機(jī)分別由兩臺(tái)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng),可以根據(jù)帶鋼的型號(hào)手動(dòng)設(shè)定力矩的大小。本套拉彎矯直機(jī)組還配備了靜態(tài)涂油機(jī),位于出口張力輥組和出口剪之間,其作用是對(duì)拉彎矯直后的帶鋼進(jìn)行涂油,防止帶鋼在存放或運(yùn)輸過程中生銹。...第3章拉伸彎曲矯直機(jī)的延伸率控制3.1延伸率控制的基本原理延伸率的定義及影響延伸率的因素延伸率是指材料在拉伸后,伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度的百分比。即<3-1>式中,為延伸率；為拉矯前鋼帶長(zhǎng)度,mm；為拉矯后鋼帶長(zhǎng)度,mm；由拉伸彎曲矯直原理分析可知,在拉伸彎曲矯直時(shí),影響帶材延伸率的主要因素是：帶材彎曲曲率和矯直張力。彎曲曲率又是由彎曲輥與矯直輥徑及其切入深度決定的,工作輥切入深度是由下輥?zhàn)惦姍C(jī)通過蝸輪蝸桿以及傳動(dòng)絲杠調(diào)節(jié),對(duì)某些需要精細(xì)調(diào)節(jié)的工作輥還可以用手輪微量調(diào)節(jié)。在工作輥直徑確定的前提下,金屬帶材拉伸彎曲矯直工藝的主要因素便轉(zhuǎn)化為矯直張力、矯直輥切入深度。圖3.1矯直張力與彎曲輥插入深度的關(guān)系矯直輥切入深度和矯直段張力的增加都有利于帶鋼的延伸,同時(shí)在延伸率一定的情況下,矯直張力與矯直輥切入深度成反比如圖3.1所示。因此達(dá)到一定的帶材延伸率就有許多種矯直張力和矯直輥切入深度的組合方案,但是經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明拉彎矯直的理想工藝情況應(yīng)該是:小張力、大彎曲。因?yàn)檩^低的張力不容易發(fā)生斷帶,有利于提高生產(chǎn)效率,同時(shí)也有利于降低拖動(dòng)電機(jī)的負(fù)載,節(jié)約能源。但是也需要指出,彎曲輥與矯直輥的切入深度也并不是越大越好,切入深度過大,帶鋼撓曲增加,將引起新的不均勻延伸。其次,當(dāng)切入深度達(dá)到一定位置后,包纏角的增加將不會(huì)使彎曲應(yīng)力發(fā)生大的變化,因此彎曲矯直輥的切入角度調(diào)整范圍一般控制在10°—30°。延伸率控制的基本原理當(dāng)前拉矯機(jī)的延伸率控制方法主要包括,延伸率直接控制法和延伸率間接控制法。延伸率直接控制法,是在帶鋼彎曲曲率一定的情況下,對(duì)矯直段兩側(cè)的張力輥采用速度控制,通過控制其速度差值的大小來控制延伸率。這種方法思路簡(jiǎn)單,但是在實(shí)現(xiàn)過程中存在很多問題。最主要的問題是在轉(zhuǎn)速的控制過程中,很難準(zhǔn)確的控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,所以很容易造成矯直段的張力發(fā)生波動(dòng),導(dǎo)致張力輥打滑,延伸率失控。延伸率間接控制法主要通過矯直張力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制延伸率。在拉彎矯直延伸率控制過程中,矯直張力最為重要也最為活躍,卻最不直觀。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)的方式來控制延伸率,它的基本原理是實(shí)時(shí)檢測(cè)帶鋼的延伸率,然后和給定的延伸率進(jìn)行比較,當(dāng)反饋延伸率大于給定延伸率時(shí),減小矯直張力；當(dāng)檢測(cè)值小于給定值時(shí),加大矯直張力。從而實(shí)現(xiàn)恒延伸率控制。其原理圖3.2所示圖3.2延伸率控制框圖3.2延伸率的選擇與檢測(cè)3.2.1延伸率的選擇方法延伸率是拉彎矯直過程中控制帶鋼力學(xué)性能的最重要變形指標(biāo),因此延伸率調(diào)節(jié)是工藝質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。不同用途、不同厚度、不同板形狀況的帶鋼要使用不同的延伸率,使板帶材有適當(dāng)?shù)淖冃尾拍艿玫捷^好的板形。從消除板形缺陷的角度來看,拉矯時(shí)帶材的延伸率必須大于來料板形波浪的相對(duì)長(zhǎng)度差,但是若延伸率過大,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,<3-2>、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,<3-3>為帶鋼的寬度為,、帶鋼鐮刀彎的長(zhǎng)度和高度。3、為了消除浪形和鐮刀彎,在拉伸時(shí)還要加入0.1～0.3%過度延伸率。4、還要考慮帶鋼拉彎矯直后的彈性回復(fù)量,約為,大約為0.02%,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)。表3.1帶鋼延伸率的選擇原則3.2.2延伸率的檢測(cè)方法通過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檢測(cè)帶鋼的延伸率,方法如下：〔3-2為帶鋼長(zhǎng)度,；為帶鋼線速度,；為時(shí)間,。<3-3>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,我們利用裝在張力輥S1.4和張力輥S2.1上的旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測(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。3.3張力輥的控制方法本套拉彎矯直機(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。圖3.3入口張力輥組3.3.1張力輥組的張力放大原理帶材在較小的開卷張力情況下進(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,在S1.4與S2.1#張力輥之間達(dá)到拉彎矯直帶材所需的張力值,然后通過出口張力輥組逐級(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。由圖3.3可知〔3—4式中,入為入口張力,KN；為S1.1張力輥產(chǎn)生的張力,KN；為經(jīng)S1張力輥放大后的張力,KN。而S1.1#張力輥是通過其拖動(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可知在入口張力一定的情況下經(jīng)S1.1#張力輥放大后的張力F1和S1.1#張力輥拖動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T1.1成正比,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>Kmax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Kmax的情況下,張力輥對(duì)張力的放大倍數(shù)可以通過調(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,最大厚度為0.75mm,所需的最大矯直張力通過下式求得：〔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：分別為S1.1～S1.4#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,均為230即4.01rad,帶鋼與張力輥的摩擦系數(shù)也相同,均為0.18,所以每根張力輥的最大張力放大系數(shù)為2.06。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。3.3．2張力輥的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配-1張力輥的動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配的原因在實(shí)際生產(chǎn)過程中,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)超過設(shè)計(jì)極限就會(huì)出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象。假設(shè)S1.4#或S2.1#張力輥出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,由于延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過檢測(cè)的S2.1#張力輥與S1.4#張力輥的線速度來計(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)將無法獲得準(zhǔn)確的延伸率反饋,進(jìn)而延伸率控制器無法給出正確的張力值給定,造成延伸率失控。即使當(dāng)S1.4#與S2.1#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)張力輥也無法建立相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩,最終將使S1.4或S2.1#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)鍵的問題。-2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S1.1#張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩,。為S1.2#張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩,。為S1.3#張力輥的輸出轉(zhuǎn)矩,。為S1.4#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=2.06,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<,16>,最大入口張力為12KN,其最大矯直段張力為192KN,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。-3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。其中S1.4#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。S1.3#張力輥為S1.4#張力輥的輔助輥其轉(zhuǎn)矩給定值為S1.4#張力輥轉(zhuǎn)矩反饋的一半即:；S1.2#張力輥為S1.3#張力輥的輔助輥其轉(zhuǎn)矩給定值為S1.3#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,通過調(diào)節(jié)S1.4#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。-4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也設(shè)有一根主輥S2.1#張力輥,但是與S1.4#張力輥不同的是S2.1#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,以S2.1#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。3.4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),減小S1.4#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),S1.4#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)過程中,矯直段張力給定的初始值和給定斜率,以防突加過大的調(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本套1450mm拉彎矯直機(jī)組利用SiemensPLC300作為延伸率控制器,通過編寫程序來完成控制功能。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,為S1.4#張力輥的轉(zhuǎn)矩當(dāng)前設(shè)定值,為每個(gè)掃描周期S1.4#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,設(shè)計(jì)的程序框圖如圖3.4所示,圖3.4延伸率控制器程序設(shè)計(jì)流程圖延伸率控制器程序語句表如下所示：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FC103進(jìn)行比例環(huán)控制,輸出轉(zhuǎn)矩給傳動(dòng),傳動(dòng)通過轉(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)的編碼器通過計(jì)數(shù)器模塊FM350,將實(shí)際轉(zhuǎn)速給PLC,通過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3.5開卷機(jī)與卷取機(jī)的控制概述在帶鋼拉彎矯直過程中,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?開卷機(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有張力檢測(cè)設(shè)備,因此開卷機(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,所以開卷機(jī)的損失轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值是正的,而開卷機(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)于開卷機(jī)和卷取機(jī)來說都是相同的,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。可見卷取張力數(shù)值過大過小均會(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)?！?—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)工作情況來決定,其選值按下表選取。表3-2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〔3-17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)矩圖3.5卷取機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)于卷取機(jī)來說,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,如圖3.5所示。這些組件在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中存在摩擦力,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)矩和效率損失的總和定義為損失轉(zhuǎn)矩,如下式所示：〔3—18式中,為卷取機(jī)損失轉(zhuǎn)矩,N?m；為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,N?m；為減速比；為傳動(dòng)效率；為由于摩擦造成的阻轉(zhuǎn)矩,N?m。如果我們通過公式〔3-18計(jì)算損失轉(zhuǎn)矩不但過程繁瑣而且一些參數(shù)主要取決于設(shè)備設(shè)計(jì)者所給出的參數(shù)值,而這些參數(shù)值在初始計(jì)算中就已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)算我們得到的只是一些近似值,在許多電氣改造項(xiàng)目中一些舊設(shè)備的參數(shù)值根本無法得知,所以很難保證損失轉(zhuǎn)矩的計(jì)算精度,另外,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)要求時(shí)間短、精度高。面對(duì)這些新情況,上述方法就顯得不方便了,因此,作者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在本套系統(tǒng)中采用了一種新的損失轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法。-1計(jì)算原理損失轉(zhuǎn)矩在系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中一直都存在,并且在不同速度時(shí)的大小是不一樣的,而且由于每套卷取機(jī)的自身特點(diǎn),機(jī)械設(shè)備的不同,電機(jī)的不同,安裝以及現(xiàn)場(chǎng)情況的不同,其不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的損失轉(zhuǎn)矩也是不同的,我們無法得到一個(gè)通用的函數(shù)來描述所有卷取機(jī)損失轉(zhuǎn)矩相對(duì)其速度的變化規(guī)律,但是對(duì)于每一套設(shè)備來說,這種關(guān)系又是客觀存在的。這里作者給出一種新方法來測(cè)定不同速度時(shí)的損失轉(zhuǎn)矩,以便對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的補(bǔ)償。由于當(dāng)前工程中廣泛的采用了全數(shù)字傳動(dòng)技術(shù),控制精度高且傳動(dòng)系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)測(cè)量方便。所以我們可以很容易測(cè)得卷取機(jī)損失轉(zhuǎn)矩在一些單個(gè)速度點(diǎn)上的值,這樣我們就可以利用函數(shù)逼近的方法來解決這個(gè)問題用一個(gè)插值多項(xiàng)式來逼近損失轉(zhuǎn)矩關(guān)于速度的函數(shù)。根據(jù)插值多項(xiàng)式的存在性與唯一性可知,若函數(shù)在區(qū)間上n個(gè)不同點(diǎn),且其函數(shù)值為,則存在唯一的次數(shù)不超過n次的多項(xiàng)式：使。此性質(zhì)保證了x與P的一一對(duì)應(yīng),即速度與損失轉(zhuǎn)矩的一一對(duì)應(yīng)。為了計(jì)算方便,本文筆者采用的是牛頓插值多項(xiàng)式,如式〔3-19所示?！?—19式中：為函數(shù)的n階均差；為設(shè)定的測(cè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)速,；為轉(zhuǎn)速為時(shí)的損失轉(zhuǎn)矩,；x為實(shí)時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速,。由式〔3-19可知,只要我們給定n個(gè)轉(zhuǎn)速并且計(jì)算出其所對(duì)應(yīng)點(diǎn)的損失轉(zhuǎn)矩,帶入式〔3-19中,就可以逼近出損失轉(zhuǎn)矩相對(duì)于速度變化的函數(shù)。-2計(jì)算方法本文在5種不同的速度時(shí)檢測(cè)相應(yīng)的損失轉(zhuǎn)矩,即：n的取值圍是0到4。對(duì)應(yīng)于卷取機(jī)額定轉(zhuǎn)速的20%,即20%,為40%,為60%,為80%,為100%,檢測(cè)過程中電機(jī)電流與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。在空載狀態(tài)下,給卷取機(jī)電機(jī)施加一個(gè)速度給定〔即為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的20%,當(dāng)反饋轉(zhuǎn)速也為后檢測(cè)電機(jī)的反饋轉(zhuǎn)矩。為了得到準(zhǔn)確的反饋轉(zhuǎn)矩,卷取機(jī)須在給定的速度上保持一定的時(shí)間t,本文設(shè)置為1min而且應(yīng)在10%t到90%t時(shí)間段內(nèi),即圖1中的C1部分,均勻的檢測(cè)三個(gè)點(diǎn)的反饋轉(zhuǎn)矩值,取其平均數(shù)作為轉(zhuǎn)速為時(shí)的損失轉(zhuǎn)矩。因?yàn)閺膱D3.5中我們可以看出,當(dāng)卷取機(jī)的速度發(fā)生變化時(shí)會(huì)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)矩波動(dòng),因此如果測(cè)試點(diǎn)取的太靠近速度變化的零界點(diǎn),所測(cè)損失轉(zhuǎn)矩得會(huì)受到動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的影響而不準(zhǔn)確,所以我們必須在C1部分檢測(cè)反饋轉(zhuǎn)矩。同理我們可以計(jì)算出其它四種轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的損失轉(zhuǎn)矩。圖3.6卷取機(jī)損失轉(zhuǎn)矩測(cè)定過程示意圖把求得的=代入式〔3-19中,并令等于牛頓插值多項(xiàng)式中的n階均差值,即：式〔3-19可變形為：〔3—20利用式〔3-20就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出在<0,100%>范圍內(nèi)任何轉(zhuǎn)速x時(shí)的損失轉(zhuǎn)矩了。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩從圖3.6中我們可以明顯的看出當(dāng)卷取機(jī)的速度發(fā)生變化時(shí)其拖動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生了較大的波動(dòng),其產(chǎn)生原因如下所示：<3—21>式中,為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,N?m；為電機(jī)的損失轉(zhuǎn)矩,N?m；為傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,；為角速度,1/s；為時(shí)間,s。式〔3-21為拖動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式,由式〔3-21可知,當(dāng)卷取機(jī)的速度發(fā)生變化時(shí)角加速度不再為零,而機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)又存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩,即：〔3—22因此,為保證加減速時(shí)卷取機(jī)張力恒定,動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的精確計(jì)算是必不可少的。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償精度主要由兩方面決定,第一,動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算精度；第二,補(bǔ)償時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確性。由于目前廣泛采用了全數(shù)字傳動(dòng)技術(shù),補(bǔ)償時(shí)機(jī)是可以滿足要求的,關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確的計(jì)算出動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。從式<1>中可看出,動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的大小主要決定于卷取機(jī)的角加速度和其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。通過全數(shù)字傳動(dòng)技術(shù)我們可以準(zhǔn)確得到卷取機(jī)的角加速度,所以動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償精度很大程度上決定于卷取機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算精度。電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以分為兩部分。一部分為可變的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,它等于鋼卷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效到電機(jī)軸上的部分。另一部分為固定不變的,它等于電動(dòng)機(jī)、減速箱及卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效到電機(jī)軸上的部分。即：〔3—23-1可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算以往工程中主要是根據(jù)下面的公式計(jì)算卷取機(jī)的可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:〔3—24式中：為帶鋼寬度,mm；為帶鋼密度,；為實(shí)時(shí)卷徑,mm；為卷筒直徑,mm；為減速比；為鋼卷的緊密系數(shù)。這種方法是有一定局限性的,鋼卷的緊密系數(shù)s只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定,而且設(shè)定后一般是不變的,但是緊密系數(shù)會(huì)受到板厚、板形、卷取機(jī)張力等多種因素的影響,其數(shù)值是變化的。這會(huì)嚴(yán)重影響可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算精度。因此,作者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出了一種新的可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法。可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算原理圖3.7鋼卷示意圖卷取機(jī)上的鋼卷是一個(gè)空心圓柱體,可以看成由兩個(gè)實(shí)心圓柱體鋼卷組成,如圖3.7所示,內(nèi)圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為取負(fù)值,外圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為取正值,且內(nèi)外圓柱體的密度是相等的,即:〔3—25式中,為鋼卷的可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,、分別為內(nèi)外圓柱體鋼卷的質(zhì)量,kg、分別為內(nèi)外圓柱體鋼卷的半徑,m。由于帶鋼之間是有縫隙的,整個(gè)鋼卷的密度不再簡(jiǎn)單等于帶鋼自身的密度,所以不能用帶鋼密度乘以體積的方法來計(jì)算圓柱體鋼卷的質(zhì)量,但是在拉彎矯直前后帶鋼的質(zhì)量是不會(huì)變的,這樣我們就可以通過拉彎矯直機(jī)組入口流入的帶鋼質(zhì)量計(jì)算卷取機(jī)上的實(shí)際帶鋼質(zhì)量,如下式所示：〔3—26式中,為卷取機(jī)上帶鋼的質(zhì)量,kg；為拉矯機(jī)入口流入帶鋼的長(zhǎng)度,m；為帶鋼的寬度,m；為帶鋼的厚度,m。因?yàn)?其中,〔3—27式中,、分別為內(nèi)外圓柱體的體積,為圓柱體鋼卷的整體密度。由式〔3-26、式〔3-27可以解得：〔3—28又因?yàn)榭招膱A柱體鋼卷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸上的關(guān)系為：〔3—29所以,通過式〔3-25〔3-28〔3-29我們可以得出：〔3—30實(shí)現(xiàn)方法利用上述原理編寫程序功能塊FB6來計(jì)算卷取機(jī)的可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,如圖〔3.8所示。以拉矯機(jī)入口張力輥處的鋼帶流量作為入口流量,利用張力輥上的編碼器的脈沖反饋測(cè)得流入卷取機(jī)原料鋼帶的總長(zhǎng)度l,從卷取機(jī)卷徑計(jì)算功能塊中讀取實(shí)時(shí)的卷,再通過以太網(wǎng)上的工控機(jī)得到帶鋼的密度ρ、寬度b、厚度h和減速比j,把上述參數(shù)一一對(duì)應(yīng)的連接到功能塊FB6的輸入端口,功能塊會(huì)自動(dòng)的根據(jù)式〔3-30實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的求得可變的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。圖3.8可變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算程序功能塊-2固定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算1計(jì)算原理當(dāng)卷取機(jī)在空載變速運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩除了克服卷取機(jī)的損失轉(zhuǎn)矩外,還使整個(gè)系統(tǒng)沿著電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的作用方向產(chǎn)生了角加速度。而角加速度的大小與卷取機(jī)的固定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成反比。這種關(guān)系可用如下方程式表示:式中:為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,N?m；為損失轉(zhuǎn)矩,N?m；為角速度,1/s；為卷取機(jī)的固定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,；為時(shí)間,s。根據(jù)損失轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式我們可以計(jì)算出任意速度時(shí)的卷取機(jī)損失轉(zhuǎn)矩并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償后上式可變?yōu)椋骸?—32對(duì)上式左右進(jìn)行<0,t>范圍內(nèi)的定積分可變形為：〔3—33如果有兩個(gè)不同的電動(dòng)機(jī)輸