連軋時的張力設(shè)定計算和張力的自動控制

1、連軋時的張力設(shè)定計算和張力的自動控制連軋時的張力設(shè)定計算和張力的自動控制 一、張力的產(chǎn)生1.張力的產(chǎn)生：由于在軋件長度方向上存在著速度差，使得軋件上不同部位處的金屬有相對位移而產(chǎn)生張應(yīng)力 張力2.大小表示：以平均單位張力Tm 乘以所作用的橫截面積A就是作用在軋件上的張力T，即：而Tm s時，張力作用使軋件產(chǎn)生彈性變形。二、張力的種類和張力1. 張力種類前張力：與軋制方向一致的張力 后張力：與軋制方向相反的張力 2. 張力的作用：6個作用3. 連軋過程中機(jī)架之間張力與其他工藝 參數(shù)的關(guān)系 （1）連軋秒流量相等 流量方程（2）連軋機(jī)組中，制約連軋關(guān)系的因素 有4個，即：（取i 、 i+1 機(jī)架）第

2、i機(jī)架軋輥入口處帶鋼的后張力與其給定值之間的偏差 第i機(jī)架軋輥入口處帶鋼厚度與其給定值之間的偏差 第i+1機(jī)架軋輥出口處帶鋼的前張力與其給定值之間的偏差 第i和i +1機(jī)架軋輥中的金屬變形抗力與其計算值之間的偏差 上述的這些干擾和調(diào)節(jié)作用量的 反作用，同樣地會對第i機(jī)架、第i+1機(jī) 架以及活套支持器產(chǎn)生干擾作用，在 該兩相鄰機(jī)架之間又對應(yīng)有8個增量產(chǎn) 生 必須找尋并建立與這些量有關(guān)的 8個獨(dú)立的線性方程 計算機(jī)相關(guān)計 算模型 控制張力的基本方法及其原理控制張力的基本方法有：直接法、間接法和混合法三種。一、間接法控制張力的基本原理基本思路（1）卷取機(jī)卷取帶鋼而建立張力時，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為： （2）公

3、式分析： 要維持張力T恒定（即使 =C）有兩種方法：方法一：維持 =C1和 =C2：用得 較多方法二：使 而變化，即按最大轉(zhuǎn)矩原則進(jìn)行張力恒定的控制。2. 方法一的討論（1）控制系統(tǒng)的組成二部分構(gòu)成電樞電流控制部分：它是通過調(diào)節(jié)電 動機(jī)電樞電壓來維持 Ia恒定。磁場控制部分：它是通過調(diào)節(jié)電動機(jī) 的勵磁電流，使磁通隨著鋼卷直徑D 成正比例變化，從而使/D的比值保 持恒定。 （2）控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié) ，而 Ia較小，U或E的微小 變化都會引起 Ia的很大變化。 通過U來調(diào)節(jié)，很靈敏，并且反應(yīng) 快 電樞電流控制部分是主要的， 而磁場控制部分僅在卷徑D變化時 才起作用，變化較慢。（3）系統(tǒng)控制原理Ia的調(diào)

4、節(jié)控制磁場控制（4）優(yōu)缺點(diǎn)IT和D ，控制直觀。由于D ，故只要不在最大卷徑情 況下，不論是高速還是低速，電動機(jī) 都處于弱磁工作狀態(tài)，所以電動機(jī)轉(zhuǎn) 矩得不到充分利用。 3. 方法二討論（1）控制原理 U=E+IaRa =nCM+IaRa n =(U-IaRa )/CM在基速以下時，電動機(jī)按滿磁工作 在基速以上時靠電樞電壓U（或電勢E)再通過調(diào)節(jié)器GT，使電動機(jī)在弱磁狀態(tài)下工作 在正常卷取工作時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST處于飽和狀態(tài) （2）優(yōu)缺點(diǎn)不論卷徑大小，基速以下電動機(jī)均滿 磁工作，因此便可合理地利用電動機(jī) 的功率選擇電動機(jī)時，可選用弱磁 倍數(shù)小的電動機(jī)。電樞電流與張力無對應(yīng)關(guān)系，若無張 力計顯示張力值

5、，操作人員難以確認(rèn) 實時張力值。二、直接法控制張力的基本原理 1.基本原理：由張力計或活套量給出實際張力信號，并反饋給張力計算機(jī)控制系統(tǒng)，從而進(jìn)行張力恒定的控制。2.方法有二種利用張力計測量實際的張力，并將它作為張力反饋信號，使張力達(dá)到恒定利用活套建立張力，由活套位置發(fā)送器給出信號，改變卷取機(jī)的速度，維持活套大小不變，從而控制張力恒定3. 優(yōu)缺點(diǎn)控制系統(tǒng)簡單，避免了卷徑變化、速度變化和空載轉(zhuǎn)矩等對張力的影響，控制精度高。 不易穩(wěn)定。尤其是用張力計反饋的系統(tǒng)，在建立張力的過程中，有時容易出現(xiàn)“反彈”現(xiàn)象而影響控制效果采用直接法張力控制系統(tǒng)都要設(shè)法先建立張力，待建立穩(wěn)定的張力之后，再將張力閉環(huán)系統(tǒng)

6、投人工作。 三、混合法張力控制系統(tǒng) 即采用直接法和間接法的系統(tǒng)， 通常是把間接張力控制系統(tǒng)作為粗 調(diào)，而把直接張力控制系統(tǒng)作為張 力的細(xì)（精）調(diào)。熱連軋無（微）張力自動控制熱連軋無（微）張力自動控制 一、無（微）張力自動控制的提出在連軋過程中，由于：各機(jī)架的壓下量和速度設(shè)定值不合適 軋件咬入時的沖擊而引起的一定速度降軋件沿長度方向上其厚度和寬度的波動軋件沿長度方向上有水冷黑印和頭尾溫差軋件頭部溫度降低軋輥熱膨脹、磨損和軸承中油膜厚度的變化加減速時的過渡速度響應(yīng)性差等因素 上述諸因素都會在軋件上產(chǎn)生一定張力（或壓力）作用 如何保持恒定，大小又如何？ 對于熱軋，張力會引起軋件寬度、厚度和尺寸形狀等

7、的波動，而同時作用于軋件上的壓力又會出現(xiàn)異?；钐缀驼郫B而軋廢 提出了將張力自動地控制為零或在一定的最小張力值范圍內(nèi)進(jìn)行軋制的思想，構(gòu)成無張力自動控制的基本出發(fā)點(diǎn) 由此可見：熱軋時所謂的“無張力自動控 制”，其實質(zhì)為微張力控制， 以達(dá)到軋件尺寸、形狀準(zhǔn) 確，軋制過程穩(wěn)定的目的。應(yīng)用：無張力自動控制技術(shù)主要應(yīng)用于 難以形成活套的場合，如：熱軋 帶鋼的粗軋連軋機(jī)、大中型型鋼 軋機(jī)、線材棒材的粗軋和中間軋 機(jī)，得到廣泛地采用二、無張力自動控制的方式方式通常有三種電流記憶方式 （簡稱為AMTC）力矩記憶方式軋制力矩-軋制壓力記憶方式（簡稱為CFTC) 其中，電流記憶方式陳舊，力矩記憶方式經(jīng)過了改進(jìn)，而軋

8、制力矩-軋制壓力記憶方式是按軋制力矩與軋制壓力之比幾乎恒定的原理建立的，應(yīng)用最為廣泛2. 各種控制方式的控制特征及其優(yōu)缺點(diǎn)（1）概念（2）控制過程（3）優(yōu)缺點(diǎn) 三、雙機(jī)連軋時控制張力的方法 1.寬帶鋼粗軋連軋時控制張力的方法 雙機(jī)連軋時的張力控制最具代表 性的是熱連軋帶鋼粗軋機(jī)組的倒數(shù)第 一、二機(jī)架。控制張力的方法有：采用重型活套支持器進(jìn)行控制采用無張力控制 2. 兩種控制方法應(yīng)用評述（1）采用重型活套支持器進(jìn)行控制 重型活套支持器結(jié)構(gòu)笨重龐大，機(jī)械慣性很大，控制起來很不靈敏，易出事故，且排除事故較麻煩。（2）采用無張力控制 從電氣控制系統(tǒng)中采取措施，通過檢測軋制壓力和軋制力矩，經(jīng)計算機(jī)進(jìn)行控

9、制運(yùn)算，采用電流記憶、力矩記憶或軋制力矩-軋制壓力記憶的方法，來控制直流傳動的機(jī)架的速度。應(yīng)用廣泛。四、雙機(jī)連札時無張力控制的基本原理 雙機(jī)連軋時無張力控制的基本思想 以軋件僅在R3機(jī)架中軋制時所計算出來的力臂a作為軋件在R3與R4雙機(jī)連軋時的力臂，然后再按雙機(jī)連軋時的張力T與軋制力矩MCR的關(guān)系，即張力與R3機(jī)架電動機(jī)的電樞電流Ia的關(guān)系，通過R3機(jī)架電動機(jī)電樞電流的變化，來反映張力的變化，并且通過控制Ia來實現(xiàn)雙機(jī)連軋時的無張力控制。 2. 基本原理：按下列步驟分析PR3的軋制壓 力，由壓頭 直接測得；RR3機(jī)架工作 輥半徑；aR3的力臂；TR3機(jī)架上軋 件的出口張力。 （1）確定力臂 當(dāng)

10、軋件僅在R3機(jī)架中軋制時，根據(jù)壓頭測到軋制壓力PSR及由儀表測得Ia，而此時的軋制力矩MSR為： = R3與R4機(jī)架相距很近，基本上可以認(rèn)為R3機(jī)架在單機(jī)軋制與雙機(jī)連軋時的軋制條件（如R、t、h、等）無變化或變化極微可以把力臂系數(shù)入看成定值力臂也是一個定值，即由上式所定（2）雙機(jī)連軋時：R3機(jī)架的軋制力矩：張力所產(chǎn)生的力矩：只要檢測出雙機(jī)連軋時R3的電樞電流 值及軋制壓力，其余參數(shù)為已知 T 例題：P2763.雙機(jī)連軋時無張力控制系統(tǒng) （1）控制方式： 在實際控制，是借助電子計算機(jī)記憶力臂a的方式進(jìn)行的，即當(dāng)采用力臂記憶方式時，是利用壓頭和儀表將R3機(jī)架單軋時的軋制壓力和電動機(jī)力矩檢測出來，然

11、后計算出力臂a，并以此值作為R3與R4雙機(jī)連軋時的力臂值，因此在雙機(jī)連軋時，只要隨時測得軋制壓力，就可以算出張力作用的力矩。 （2）雙機(jī)連軋張力的檢測檢測手段：直接檢測：張力計測得，受溫度制約間接檢測：通過檢測軋制壓力和電動機(jī)力矩的方法來確定張力值的大小 檢測過程分析：電機(jī)力矩MD=MC+Md按各項展開后得：對于R3軋機(jī)，TH=0，則： Th=因此，只要檢測出右邊各項的值，便可以計算出機(jī)架間軋件的張力值。（3）雙機(jī)連軋時的無張力控制系統(tǒng) 首先，當(dāng)軋件在R3機(jī)架中進(jìn)行軋 制，而尚未進(jìn)人R4機(jī)架之前，R3機(jī)架 的壓頭(LC)測出其軋制壓力，經(jīng)乘法 器和求和放大器將力臂值a計算出來， 并在采樣保持器

12、中記憶保持，作為軋 件在R3和R4機(jī)架中進(jìn)行雙機(jī)連軋時計 算軋制力矩之用。 然后，當(dāng)軋件在R3和R4機(jī)架只進(jìn) 行雙機(jī)連軋時，事先將開關(guān)(SW)合上，然后通過乘法器、函數(shù)發(fā)生器、微分器和求和放大器將Th計算出來。并將Th與目標(biāo)張力值Th0進(jìn)行比較，便得張力的波動變化值T= Th Th0 。然后通過PI控制環(huán)節(jié)輸出速度偏差信號W3，并與速度偏差給定值進(jìn)行比較，經(jīng)速度控制裝置，對R3機(jī)架的電動機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，來消除存在的張力偏差值T,從而便可以實現(xiàn)無張力控制的目的?？刂圃砜驁D五、無張力控制展望體現(xiàn)在如下方面 在無張力控制方式方面在張力與尺寸之間的關(guān)系方面 自動控制的最優(yōu)化問題 其他方面還應(yīng)進(jìn)一步開

13、展對無張力控 制性能評價等方法的研究 熱連軋精軋機(jī)組連軋時的張力自動熱連軋精軋機(jī)組連軋時的張力自動 控制控制 一、精軋機(jī)組連軋的基本過程咬入階段：占12s時間（1）特點(diǎn)：軋件在咬入階段受到軋件沖 擊載荷作用后，軋機(jī)會產(chǎn)生動態(tài)速降； 由于有動態(tài)速降導(dǎo)致產(chǎn)生一定的活套 量；并且此活套量在規(guī)定的范圍內(nèi)還會 隨活套支持器的擺角而變化。（2）動態(tài)速降： = (2%3%)nmax或（3）活套量的形成 ：因動態(tài)速降造成vH(i+1) vhi，而動態(tài)速降的恢復(fù)時間約為 03s0.5s，因而在 i 和 i 十 1 機(jī)架之間便形成了一定的活套量ld， ld值較小，一般為3050mm 微套量小張力連軋是當(dāng)代寬帶鋼熱

14、連軋的一個重要特點(diǎn)。 2.穩(wěn)定軋制階段：帶鋼被軋輥完全咬入后并在機(jī)架之間已建立起小張力的階段，約為整個連軋時間的95%以上。 此階段活套輥的擺角在活套高度調(diào)節(jié)器的作下 ，在所規(guī)定的工作零位角與最 大工作角之間進(jìn)行波動。作用于帶鋼上的 張力圍繞著給定的張力值作相應(yīng)的微量波 動調(diào)節(jié)。 活套輥運(yùn)動角度為30 50。3. 拋尾階段：帶鋼尾部依次離開各機(jī)架，機(jī)架間帶鋼張力消失階段。二、機(jī)架間活套量的計算及其變化規(guī)律活套量的計算2. 討論：（1）當(dāng)=0，=0 活套零位 活套桿擺角為0。（2）當(dāng)0，0 活套處于工作 位 擺角為； 但活套處于最高處 max 工作位 0 max 3. 公式分析（1）活套量是活套

15、桿擺角的函數(shù)，即（2）確定活套量與擺角之間的關(guān)系 自動控制的數(shù)學(xué)模型 公式展開后、處理后得：即： 連軋時的活套量l，即 F() ，它是 與活套輥的擺角的平方成正比。也 即：角的變化反映出活套量的變 化， 這形成了一個重要的概念，連軋 時張力計算機(jī)控制就是對活套高度的 控制， 其實質(zhì)是控制活套輥的擺角。三、控制活套所需的力矩 包括兩部分張力力矩：活套輥給予帶鋼以適當(dāng)?shù)膹埩λ璧牧豈T重力力矩：活套支持器支持機(jī)架間帶鋼全部重量所需的力矩 MWMT的計算MW的計算控制活套所需的總力矩：M= MT + MW四、活套支持器的基本設(shè)定 計算機(jī)對帶鋼張力進(jìn)行微套量恒定小張力自動控制的控制回路有三個信息，即

16、活套高度、張力力矩和重力力矩 基本設(shè)定與之對應(yīng)活套高度的設(shè)定張力的設(shè)定重力平衡力的設(shè)定五、連軋時活套支持器的自動控制系統(tǒng) 為實現(xiàn)活套支持器的功能，活套支持器的自動控制應(yīng)完成兩方面的任務(wù)： 活套高度的自動控制，其目的在于吸收因帶鋼的速度偏差而引起的活套 張力的自動控制，其目的是保持作用于帶鋼上的張力恒定1.活套高度的自動控制：以設(shè)定值為目標(biāo)， 通過各機(jī)架的速度來控制活套高度，以保證張力的恒定。（1）控制框圖 （2）控制系統(tǒng)的組成，分四部分：活套高度基準(zhǔn)設(shè)定環(huán)節(jié) 活套高度檢測環(huán)節(jié) 活套高度控制環(huán)節(jié)（即調(diào)節(jié)器） 控制對象2.張力的自動控制 （1）目的：在實際的控制過程中，因工 藝參 數(shù)的變化（如輥縫和速度的波動 等），活套輥不可避免地要在一定的 擺角范圍內(nèi)波動，為在軋制過程中保 持恒定的張力，以補(bǔ)償因活套擺角 的波動而引起的帶鋼張力變化的一種控 制裝置。 （2）控制原理：根據(jù)實測的，按MT及MW的關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，將二者的合成值（M= MT+MW ）給予恒電流調(diào)節(jié)裝置以改變其給定值而控制張力的恒定。（3）控制系統(tǒng)四部分活套位置檢測器函數(shù)發(fā)生器乘法裝置器恒電流調(diào)節(jié)裝置 控制系統(tǒng)圖示思考題思考題1. 控制張力的基本方法有哪些？其中間接法控制張力而維持張力恒定的手段各是什么？2.