..........XX聯合大學輕工學院QINGGONGCOLLEGE,HEBEIUNITEDUNIVERSITY畢業設計說明書將其修改為實際的論文提交日期,不用此信息時,刪除此框。將其修改為實際的論文提交日期,將其修改為實際的論文提交日期,不用此信息時,刪除此框。將其修改為實際的論文提交日期,不用此信息時,刪除此框。論文題目：拉矯機的延伸率控制學生__學號：專業__學部：指導副教授20XX05月20日..拉矯機延伸率控制摘要冷軋薄板屬于高附加值鋼材品種,是汽車、機械、建筑、電工電子、食品等行業必不可少的原材料。平直度是衡量冷軋帶材產品質量的重要指標之一,隨著用戶對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。拉伸彎曲矯直技術是消除帶材板形缺陷,改善帶材質量的重要途徑。由于拉伸彎曲矯直過程涉及拉彎、彈復變形等多方面問題十分復雜。延伸率是拉彎矯直過程中重要的形變標準,如何準確對其進行控制就是一個十分關鍵的問題。因此對其展開研究,具有重要的理論和實際意義。本文介紹了連續拉伸彎曲矯直技術的產生與發展過程,分析了拉伸彎曲矯直的原理和特點,闡述了延伸率的定義和產生的原因,詳細論述了延伸率自動控制系統的基本原理和具體實現方法。結合某公司拉伸彎曲矯直機組項目的設計要求,對延伸率自動控制系統做出了設計、調試。通過現場調試和正常生產,證明了這種控制方式的優越性和實用性。最后,闡述了拉彎矯直機組在現場運行中存在的一些不確定因素對延伸率控制的影響,給出了現場的調試結果,找出應用的不足之處和改進方法。關鍵詞：帶材；拉伸彎曲矯直機；延伸率自動控制...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...目錄拉矯機延伸率控制I摘要IABSTRACTII目錄III第1章緒論11.1引言11.2關于冷軋帶鋼板形的介紹11.3帶材矯直技術的發展31.4課題研究的意義和主要內容5本課題研究的意義5本課題研究的內容6第2章拉伸彎曲矯直機組的工作原理及組成72.1拉伸彎曲矯直原理及特點7拉伸彎曲矯直原理7連續拉伸彎曲矯直技術優點92.21450mm拉伸彎曲矯直機組設備及參數9拉伸彎曲矯直機組的主要性能指標9主要組成設備及其參數92.3拉伸彎曲矯直機組生產工藝流程13第3章拉伸彎曲矯直機的延伸率控制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193.2.1延伸率的選擇方法19延伸率的檢測方法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張力輥的動態負荷分配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開卷機與卷取機的控制34概述35張力轉矩36損失轉矩37動態轉矩40卷徑計算47第4章1450mm拉伸彎曲矯直機組自動控制系統494.11450mm拉伸彎曲矯直機組PROFIBUS-DP網絡50PROFIBUS-DP的介紹501450mm拉伸彎曲矯直機組的PROFIBUS-DP網絡組成514.21450mm拉伸彎曲矯直機組的PLC控制系統51PLC的定義和特點51PLC控制系統的基本結構52PLC的基本結構521450mm拉伸彎曲矯直機組PLC控制系統534.31450mm拉伸彎曲矯直機組傳動系統554.3.1傳動系統結構55逆變器的選型566SE70變頻裝置主要調試步驟574.4上位機畫面設計及其功能61上位機的硬件組成與InTouch概述61上位機畫面構成與作用62第5章延伸率自動控制系統的現場應用和分析665.1延伸率自動控制系統現場調試結果66延伸率自動控制系統現場應用及主要性能指標66現場影響延伸率控制精度的因素685.2延伸率控制系統的改進方案68結論70參考文獻71謝辭74......第1章緒論1.1引言我國作為鋼鐵大國,鋼產量近4億噸,但是總體上來說還遠不是鋼鐵強國。近幾十年來我國宏觀經濟發生了重大變化,買方市場已經基本形成,內需不足問題日益突出。與此同時由于自主開發創新能力弱,工業發展缺少新技術的支撐,高技術含量和高附加值產品的開發滯后,生產能力明顯不足。比如,二十世紀90年代以來,我國高技術產品貿易一直保持逆差,1994年最高達到142.6億美元。就是在國內生產規模很大的時候,一些產業的主體設備和技術也嚴重依賴進口。我國作為鋼鐵生產大國,年產鋼已經突破2.7億噸,且已出現產品嚴重積壓和價格走低現象,但冷軋薄板、冷軋帶鋼、冷軋硅鋼、鍍鋅板、不銹鋼薄板等技術含量高、附加值高的生產用材則嚴重短缺。由于冷軋板帶的消費市場前景廣闊,應用極其廣泛,其產量占軋材的比例逐年不斷攀升。但與國外相比,差距還是很大。世界上美、俄、日等主要產鋼國家,冷軋板卷占軋材總產量的比例大都在30%以上,而我國冷軋板卷占軋材總量比例僅為4%,每年都需要大量進口冷軋板卷,自給率僅達40%左右。目前國內需要的高精度帶材主要依賴進口的局面與軋制控制技術落后有關。目前美國等發達國家不僅大力推進薄板坯連鑄連軋生產線的建設,生產低成本薄規格的熱軋寬帶鋼,同時還加速建設和改造冷軋寬帶鋼軋機,擴大冷軋寬帶鋼和涂鍍層板等高附加值產品在鋼材生產中的比例。建設冷軋寬帶鋼軋機模式多樣化,例如美國近年來除新建和改造冷軋寬帶鋼連軋機組外,還大量在新建的薄板坯連鑄連軋生產線后建設現代化的高產量高效率的單〔雙機架可逆式軋機,形成冷軋寬帶鋼生產模式,節省了中間退火環節,降低了成本。從經濟角度來看,隨著社會發展和科學技術的進步,用戶對鋼材的質量、品種、性能的要求也越來越高,其指標要求已達到一個相當高的程度。鋼材質量的高低已經直接影響到了企業的經濟效益。1.2關于冷軋帶鋼板形的介紹帶鋼是國民經濟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指標是：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三項內容。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域內指定的某兩點的厚度差。板形平直度表示帶材在自然狀態下的平直性,它表現為帶鋼全長沿寬度方向上的不均勻延伸,從而造成帶材全長沿寬度方向不均勻的內力分布,在帶鋼的外觀上表現為各種瓢曲浪形。目前,厚度控制技術已能將厚度差穩定地控制在成品厚度±1%或±5μm甚至是±2μm的范圍以內,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形式。因此,當前提及板形不良一般都是指平直度不良。a-側彎b-中浪c-邊浪d-長度方向瓢曲e-寬度方向瓢曲圖1.1金屬帶材產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。沿板帶寬度某個部位出現縱向局部延伸現象,在帶材表面產生浪形,統稱形狀不良。浪形在板帶中部出現的叫中間波,在邊部的叫邊波,縱向纖維長度沿板寬方向變化引起帶材以其縱截面的X軸為中性軸的連續彎曲叫側彎,俗稱鐮刀彎。產生形狀不良的原因：1.工作輥及支撐輥的輥形設計不當；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,相應位置的縱向纖維延伸量不等,相鄰纖維之間互相牽制,產生了內應力較短的纖維受拉,較長的纖維受壓,當這個內應力大到一定數值時,受壓的長纖維失穩,形成局部瓢曲,出現浪形。另外,當帶材縱向厚差較大時,張力卷取也可能造成形狀不良。1.3帶材矯直技術的發展近年來,金屬帶材的冷、熱軋技術進步已經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對帶材平直度的要求,因而,在金屬帶材生產工藝中,通過板形矯直技術來改善金屬帶材的平直度的一個必不可少的工藝過程。金屬帶材矯直機按矯直方式可分為輥式矯直機、張力矯直機、連續張力矯直機和連續拉伸彎曲矯直機等四類,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中式矯直工藝的歷史最長,廣泛用于矯正多種規格、材質的金屬帶材,輥式矯直機一般都配置了11輥到21輥甚至更多更細的矯直輥。在矯直帶材時,通過調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座,使帶材的中間浪和邊浪等不良板形獲得部分矯直。但是,由于其結構和矯直工藝的局限性,對厚度為2mm以下的薄板矯直十分困難,對0.5mm以下的高強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,這類矯直機還要求操作者具有熟練的技術,矯直速度一般不高于250m/min。盡管現代化的輥式矯直機作了許多改進,如增加變凸度等,但對嚴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,將帶材兩端夾緊并且拉伸達到矯直的目的。這是一種十分費時的方法,工作效率低,同時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,加之設備制造精度問題,往往出現夾緊時帶材受力不均的現象,使矯直效果不佳,并且會造成大量的廢料頭而降低成材率。連續拉伸矯直方式是為了克服上述缺點在兩個張力輥之間進行連續拉伸矯直的方法。但其仍然存在某些缺點。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,對傳動裝置要求極高,在矯正脆性材料和屈服極限與斷裂強度接近<σs=σb>的材料時容易斷帶。1938年,美國Wallingford鋼鐵廠為適應板帶產品由單張向成卷的發展,首先建立了能成卷形式矯直帶材的生產線。為提高矯直效率,先后在機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行。Hessenber和Klenz于1951年和1956年在美國相繼提出利用張力彎曲拉伸板帶材的專利。1961年,英國有色金屬研究所P.Brock提供實驗裝置,1965年,美國Polakowski和Bachinsky兩人發表了使用浮動工作輥裝置的報告,引起了廣泛注意。以后這種方式被矯直機生產廠采用并在實際中應用,終于研制出了連續式拉伸彎曲矯直機。拉伸彎曲矯直機發揮了連續拉伸矯直和輥式矯直兩種工藝的優點,又打破了其局限性。帶材被工作輥反復彎曲的同時又在出入口張力輥組附加的張力作用下被拉伸,帶材的拉應力和彎曲部分的彎曲應力的疊加作用使帶鋼的中性層向受壓縮一邊動,使中間層產生塑性應變。通過調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,連續式拉伸彎曲矯直技術是在拉伸矯直和輥式矯直的基礎上問世的,發揮了兩種工藝的優點,又打破了其局限性。具有以下特點：1.能夠矯正帶材的波浪彎、瓢曲、鐮刀彎等三維形狀缺陷；2.與輥式矯直機相比,其結構簡單,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輥,與帶材同步運動,不會因打滑而擦傷表面；3.拉伸彎曲矯直機組中帶材的張應力小,不會斷帶,也不會影響帶材質量,能耗小；4.用于酸洗機組中,不但能改善板形,同時可獲得有效的破鱗效果,從而降低酸液消耗,提高生產效率及帶材質量,用于熱鍍鋅機組,可以使鋅花更細致,鍍層更均勻；5.帶鋼退火后進入拉伸彎曲矯直,減小或消除退火屈服平臺〔即屈服點延伸yieldpointelongation機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1000m/min。1.4課題研究的意義和主要內容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確計量因此常用延伸率來度量帶鋼的拉伸程度。延伸率計算公式如下:式中,為延伸率；為單位時間通過入口處的帶鋼長度,m；為單位時間通過出口處的帶鋼長度,m。延伸率是拉伸彎曲矯直生產中控制帶鋼力學性能的唯一形變指標,因此延伸率調節是工藝質量控制的重要內容,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定延伸率,使板帶材有適當的變形,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長度差,否則板帶材的浪形不可能得到徹底的消除。但是從鋼帶的結構性能來說延伸率又不宜過大,因為延伸率過大會降低軋件的結構性能,使帶鋼變硬變脆。所以選擇合適的延伸率顯得相當重要。在拉彎矯直過程中,為了使金屬帶材產生一定的延伸率,矯直張力和彎曲輥嚙合量可以在一個較大的范圍內組合。操作工人往往根據自己的習慣、經驗來制定工藝參數,這樣不僅費時而且往往不夠精確,其結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,隨著材料和規格的變化,操作工人的經驗往往不能滿足客戶的要求。由此可見,對金屬帶材連續拉伸彎曲矯直過程中延伸率的自動控制系統進行深入的研究,具有十分重要的意義。1.4.2本課題研究的內容本論文是以某公司板帶項目"1450mm拉伸彎曲矯直機組"為背景對拉伸彎曲矯直機的延伸率自動控制系統進行研究。該項目電氣控制系統采用了德國Siemens公司原裝生產的6SE70系列全數字交流調速器,以SIMATICS7-300系列PLC為控制核心,兩者間通過PROFIBUS-DP實現數據的高速傳送。本系統上位機主要使用了組態軟件InTouch完成人機界面程序與PLC在結構和功能上形成了一個有機的控制系統。本課題的主要內容是研究拉伸彎曲矯直機延伸率控制系統中的核心部分,由PLC、上位機和變頻器組成的計算機控制系統。具體內容有:1研究連續拉伸彎曲矯直機對帶材拉伸的原理與特點；2具體分析研究延伸率自動控制系統的控制方法,并在此基礎上,結合具體項目,得出了控制系統設計方案；3根據現場調試過程,著重敘述了延伸率自動控制系統在1450mm拉伸彎曲矯直機組中的實現和應用；4總結了延伸率自動控制系統的實際應用經驗,提出以后在這個問題上的研究和發展方向。...第2章拉伸彎曲矯直機組的工作原理及組成2.1拉伸彎曲矯直原理及特點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力變化二十世紀六十年代到七十年代初出現了拉伸彎曲矯直設備,從這種矯直設備的外形結構上看可以說是輥式矯直機和拉伸矯直機的復合形式。但實際上它的矯直過程與這兩種矯直過程存在著本質的區別。拉伸彎曲矯直時附加張力帶材的彎曲狀態與單純彎曲狀態下的帶材有明顯的差別。在單純彎曲時無論彎曲如何劇烈,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稱,發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產生偏移。帶材彈復以后,縱向截面上雖然存在殘余應變,但中間層不會產生延伸。附加張力的帶材在彎曲時則不同,由于張應力與彎曲應力相互疊加,使縱向截面上的拉伸應力區擴大壓縮應力區減小,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過一個彎曲輥劇烈彎曲時各個縱向截面上應力分布的變化。由圖可以看出帶材經過彎曲輥時其彎曲曲率是逐漸加大的其變化規律近似呈雙曲線形狀,因而帶材表層的應力也逐漸加大。在0-2段帶材處于彈性變形狀態。此后表層應力超過屈服極限進入彈塑性變形狀態。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力和與之相對應的應變的變化由應力分布圖可以看出,帶材張力引起的拉伸應變是ξT。帶材彎曲時原來的A0A0截面轉至A1A1截面。帶材進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離輥子一側的拉伸應變明顯增大,并且中間層的應變ξc大于純拉伸應變ξT。在位置4,由于彎曲變形曲率最大ξC值也達到最大值。帶材經過輥子后將產生彈復。由于此時張力仍然存在,因而只是彎曲變形的彈復。A3A3截面圍繞中間層彈復,中間層的拉伸應變ξc變得以保留。彈復后的殘余曲率將是下次反向彎曲時的原始曲率。經過幾次拉伸狀態下的彈塑性正反反復彎曲帶材產生均勻的塑性延伸。帶材瓢曲或有邊緣浪形的部分所受的張應力均小于平直的部分反向彎曲時產生的值也小于平直部分。因而帶材經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帶材拉伸彎曲時縱向截面上的應力和應變連續拉伸彎曲矯直技術優點拉彎矯直機的根本特點便是能在張應力水平遠低于材料屈服極限的情況下而使帶材產生了塑性延伸,一般只需要<σs>。而且只有在矯直輥作用下的很小一段帶材是處在塑性狀態而在張力輥之間的其余部分僅產生彈性變形。即使在帶材產生塑性變形的區域內,也總是只有一小部分帶材截面處于塑性變形狀態,不容易出現在帶材邊部的缺陷處帶材斷裂的危險。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,而且其所能達到的延伸率能達到并超過單純拉伸矯直時的延伸率。此外,因為所需要的矯直張力比單純拉伸矯直時小得多因此張力輥組需要輸出的轉矩也相應地較小,從而減小了拖動電機的功率,降低了設備成本。2.21450mm拉伸彎曲矯直機組設備及參數2.2.1拉伸彎曲矯直機組的主要性能指標：1.機組最大線速度：220m/min2.張力輥最大轉速：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：2.06<max>主要組成設備及其參數-1開卷機：開卷機一臺布置在機組最左端。其主要作用是為機組提供原料鋼帶并與入口張力輥組形成一定張力。設備組成為電動機、減速箱、卷筒和壓輥、自動對中裝置。開卷機卷筒為懸臂液壓四棱錐結構。開卷機設有機座浮動液壓缸通過CPC裝置控制浮動缸的動作從而實現開卷機自動對中。基本參數：1.型式：懸臂式浮動開卷機帶活動外支撐帶碟式剎車。2.鋼卷規格內徑：φ508mm,外徑:maxφ1900mm,minφ1000mm3.開卷機傳動：交流變頻電機：22kw,工作電壓380V。帶增量型編碼器,型號PB1024Z5/28P25X3PR,工作電壓DC24V,1個。4．開卷機外支撐,液壓缸驅動。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組共設有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。矯直段左側靠近開卷機的一組是入口張力輥組,其主要作用是控制矯直段張力；矯直段右側靠近卷取機的一組是出口張力輥組,其主要作用是控制拉彎矯直機組速度。基本參數：1.型式：防滑膠面張力輥帶氣動壓輥。2.規格：本項目中第1~8張力輥規格相同,如下：輥徑：φ700mm輥身長：1450mm3.張力輥傳動系統：1#張力輥傳動電機：功率30kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；2#張力輥傳動電機：功率45kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；3#張力輥傳動電機：功率75kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；4#張力輥傳動電機：功率110kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；出口1#張力輥傳動電機：功率135kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；出口2#張力輥傳動電機：功率90kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；出口3#張力輥傳動電機：功率75kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；出口4#張力輥傳動電機：功率45kW,額定轉速1470r/min,額定電壓：AC380V,數量1；每根張力輥均配有增量式編碼器：PB1024Z5/28P25X3PR圖爾克DC24V,數量1。-3彎曲矯直輥組本課題所研究的拉伸彎曲矯直機是由兩組彎曲輥和兩組矯直輥組成的。彎曲輥單元有多對小直徑彎曲輥〔輥系,它的作用是使帶材在張力作用下,經過劇烈的反復彎曲變形達到工藝要求的延伸率。矯平輥單元有多個矯平輥〔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。本套機組的兩組彎曲輥和兩組矯直輥均為非傳動特殊結構的上下輥組。配有上輥組的中心高度調節裝置和傾斜調節裝置；下輥組可以通過驅動電機上下移動,并且就有可記憶自動定位功能。根據被矯帶材的材質、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,通過彎曲矯直機時產生不同的縱向拉應力與橫向彎曲應力從而達到改善板形的目的。主要參數：1.規格：彎曲輥輥徑：φ25mm輥身長：1550mm中間輥：共兩根輥徑：φ35mm輥身長：1550mm支承輥：8套/列,共3列輥徑：φ65mm輥身長：152mm上矯直輥：輥徑：φ50mm輥身長：1550mm下矯直輥：輥徑：φ70mm輥身長：1550mm2.下輥組的升降及定位裝置：傳動電機：額定功率:5.5Kw,額定電壓：AC380V,數量4個。下輥組精確定位：絕對值編碼器,工作電壓DC24V,,數量4個。-4切邊剪本套機組配有兩套切邊剪,分別位于矯直段兩側。在拉彎矯直過程中,與鋼帶同步運行,對帶鋼邊部進行修剪,改善帶鋼質量的同時通過調節切邊剪剪刃開口度精確調整剪掉的廢邊鋼帶寬度從而實現對帶鋼精確定寬。-5廢邊卷取機本套機組配有兩套廢邊卷取機,分別位于矯直段兩側。在拉彎矯直過程中,負責收集切邊剪剪掉的帶鋼廢邊。兩個卷筒分別由一臺變頻電機驅動,電機功率：5.5kW采用轉矩控制方式,使帶鋼在廢邊卷筒和切邊剪之間形成一定張力。-6卷取機卷取機一臺布位于機組最右端端。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。設備組成為：電動機、減速箱、卷筒和壓輥、自動對中裝置。卷取機卷筒為懸臂液壓四棱錐結構。卷取機設有機座浮動液壓缸,通過EPC裝置,控制浮動缸的動作,從而實現卷取機自動對中。基本參數：1、型式：懸臂式可漲縮卷筒2、鋼卷規格：內徑：φ508mm外徑：maxφ1900mm3、卷取機傳動：交流變頻電機：110kw,工作電壓380V。帶增量型編碼器,型號PB1024Z5/28P25X3PR,工作電壓DC24V,1個。4、卷取機外支撐由液壓缸驅動。5、卸卷小車：液壓缸控制鋼卷升降最大卷重25t。2-2-2-7液壓系統液壓系統主要作為電動、氣動之外的其它機械動作的動力源。如卷取機卷筒的漲縮小車的升降、橫移等都是由液壓操作實現的。1.液壓站主電機：功率30kW,轉速1470r/min,工作電壓AC380V,共3臺〔兩用一備。2.系統工作壓力：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：液壓油L-HM46；2.3拉伸彎曲矯直機組生產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。拉彎矯直機組示意圖如圖2.3所示。冷軋或退火后需要進行拉彎矯直的原料鋼帶經檢查確認后,由吊車運至開卷機前放置臺上,等待上卷。上卷小車將鋼卷從放置臺運送到開卷機前,液壓上升裝置將鋼卷抬至和開卷機的卷筒軸線一致位置后,小車繼續前移,使開卷機的卷筒套入鋼卷中空內,然后開卷機的卷筒漲開使鋼卷孔與開卷機卷筒緊密貼合,保證其能隨開卷機的卷筒轉動并且不發生打滑現象。閉合外支撐,上卷小車上升裝置下降,小車返回到放置臺處,等待下一個鋼卷。卷筒漲緊鋼卷后,壓輥壓緊鋼卷,然后開卷機和壓輥開始向前聯動,帶鋼頭部經由引料導板進入夾送輥,夾送輥夾緊帶鋼并開始轉動,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備,因為在軋制或者退火的過程中帶鋼頭部的質量很難保證,而且在鋼卷運輸過程中帶鋼頭部也極易受到損壞,如果不將其剪掉會影響焊接質量。切頭后的帶鋼由夾送輥送至焊機區,焊機把前一個鋼卷的尾部和后一個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效率。焊接完成后,開卷機與卷取機建張,8個張力輥同步點動運行,將焊縫點動至出口液壓剪處。點動期間矯直段的張力為開卷機張力,保證點動期間帶鋼不發生打滑跑偏現象,同時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,點動卷取機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,控制卸卷小車進行卸卷,其過程與上卷相反。卸卷完成后,鋼卷由電動平車送到成品場地進行包裝入庫。當前一個鋼卷由卷筒卸下后,卷取機外支撐閉合,卷筒漲開,助卷器擺進到位,做好下一次卷取的準備。然后,聯合點動張力輥組、出口段的夾送輥和卷取機,將下一卷帶鋼的頭部通過皮帶助卷器送入卷取機進行卷取,卷取五至六圈后停止點動,全線建張,皮帶助卷器自動松開,機組準備正常運行。拉伸彎曲矯直機組在正常工作之前,操作人員根據在生產實踐中積累起來的經驗,按照材料強度、帶鋼來料厚度、帶鋼寬度和板形狀況的不同等級在HMI中預先設置帶材的延伸率。機組運行速度,開卷機和卷取機張力,以及彎曲輥和矯直輥的切入深度等參數。在拉彎矯直過程中,操作人員可以根據實際拉彎矯直效果和張力輥的轉矩輸出情況對預先設置的上述參數進行修正,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構的電機控制的,可以分別點動或低速調整,每個輥組的下降停止位置只設定一個,上升位置根據需要可以不相同,編碼器記憶調整后的位置,以保證輥組下降后再升起時自動復位。接近開關限定最高上升位置以防止編碼器故障時損壞設備。正常運行時入口張力輥組S1產生向后張力,即開卷機方向,出口張力輥組S2產生向前張力,即卷取機方向。出口1#張力輥是出口張力輥組S2的主輥,同時也是全線的速度基準,入口4#張力輥是入口張力輥組S1的主輥,其輸出轉矩的大小決定著矯直段張力的大小。當開卷機上的鋼帶將要用盡時,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定位置〔編碼器控制上輥組位置不變。點動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,為焊接做準備,然后將帶尾點動送至焊機處,等待與下一卷的帶頭進行焊接,開始下一卷的生產。在正常生產過程中,根據用戶對寬度的需要以及帶鋼邊部的板形情況,可以利用切邊剪對帶鋼的邊部進行剪裁。通過手動操作按鈕,可以調整切邊剪重疊量的多少進而控制剪切量。切邊剪的線速度與帶鋼運行速度實時保持一致,在生產線的兩側設有兩個廢邊卷取機,收集剪下來的邊部廢料。兩臺廢邊卷取機分別由兩臺力矩電機驅動,可以根據帶鋼的型號手動設定力矩的大小。本套拉彎矯直機組還配備了靜態涂油機,位于出口張力輥組和出口剪之間,其作用是對拉彎矯直后的帶鋼進行涂油,防止帶鋼在存放或運輸過程中生銹。...第3章拉伸彎曲矯直機的延伸率控制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,伸長量與原始長度的百分比。即<3-1>式中,為延伸率；為拉矯前鋼帶長度,mm；為拉矯后鋼帶長度,mm；由拉伸彎曲矯直原理分析可知,在拉伸彎曲矯直時,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座升降電機通過蝸輪蝸桿以及傳動絲杠調節,對某些需要精細調節的工作輥還可以用手輪微量調節。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,但是經生產實踐證明拉彎矯直的理想工藝情況應該是:小張力、大彎曲。因為較低的張力不容易發生斷帶,有利于提高生產效率,同時也有利于降低拖動電機的負載,節約能源。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,當切入深度達到一定位置后,包纏角的增加將不會使彎曲應力發生大的變化,因此彎曲矯直輥的切入角度調整范圍一般控制在10°—30°。延伸率控制的基本原理當前拉矯機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,對矯直段兩側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。這種方法思路簡單,但是在實現過程中存在很多問題。最主要的問題是在轉速的控制過程中,很難準確的控制電機的輸出轉矩,所以很容易造成矯直段的張力發生波動,導致張力輥打滑,延伸率失控。延伸率間接控制法主要通過矯直張力自動調節控制延伸率。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。本套拉彎矯直機組的延伸率控制系統采用矯直張力自動調節的方式來控制延伸率,它的基本原理是實時檢測帶鋼的延伸率,然后和給定的延伸率進行比較,當反饋延伸率大于給定延伸率時,減小矯直張力；當檢測值小于給定值時,加大矯直張力。從而實現恒延伸率控制。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性能的最重要變形指標,因此延伸率調節是工藝質量控制的重要內容。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,使板帶材有適當的變形才能得到較好的板形。從消除板形缺陷的角度來看,拉矯時帶材的延伸率必須大于來料板形波浪的相對長度差,但是若延伸率過大,又會降低軋件的結構性能。所以選擇合適的延伸率顯得相當重要。延伸率的大小是由來料的材質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,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,、帶鋼鐮刀彎的長度和高度。3、為了消除浪形和鐮刀彎,在拉伸時還要加入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：在實際生產中,一般可以利用下表初步確定延伸率,然后根據實際生產情況進行微調。表3.1帶鋼延伸率的選擇原則3.2.2延伸率的檢測方法通過延伸率控制的基本原理可知,只有實時準確的檢測出帶鋼在拉彎矯直段的延伸率,才能對帶鋼延伸率進行準確控制。式3—1雖然簡單直接的給出了一種延伸率計算方法,但是其只適合計算一段帶鋼的總延伸率,不利于實時的計算當前處于矯直段帶鋼的延伸率,所以在實際中一般利用拉彎矯直機組出口和入口鋼帶的線速度的不同來檢測帶鋼的延伸率,方法如下：〔3-2為帶鋼長度,；為帶鋼線速度,；為時間,。<3-3>延伸率,矯入口鋼帶線速度,；出口鋼帶線速度,；為時間,。由上式可知,通過拉矯機出口和入口鋼帶的線速度就可以檢測出鋼帶的延伸率,在本套拉彎矯直機組,我們利用裝在張力輥S1.4和張力輥S2.1上的旋轉編碼器來檢測張力輥的角速度進而計算出入口、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組的延伸率控制系統采用矯直張力自動調節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根張力輥產生的,其中入口張力輥組S1總得輸出轉矩直接決定矯直張力的大小,出口張力輥組S2的主要作用是產生與S1張力輥組相應張力,其方向與S1的張力方向相反,同時控制全線的運行速度。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,帶材張力逐級放大,在S1.4與S2.1#張力輥之間達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減小,在卷取段恢復到較小的張力值。這樣既增大了整個機組的張力調節范圍,減小了開卷機和卷取機張力值,又降低了每根張力輥上的轉矩載荷,提高了張力調節精度。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分析張力輥對張力的放大原理。由圖3.3可知〔3—4式中,入為入口張力,KN；為S1.1張力輥產生的張力,KN；為經S1張力輥放大后的張力,KN。而S1.1#張力輥是通過其拖動電機的輸出轉矩產生張力的：〔3—5式中：為張力輥拖動電機的輸出轉矩,N?m；為張力輥直徑,m；為張力輥與拖動電機之間的減速比。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S1.1#張力輥放大后的張力F1和S1.1#張力輥拖動電機的輸出轉矩T1.1成正比,但是這種正比關系是有上限的,根據歐拉公式可知：〔3—7為張力輥的最大放大系數,為帶鋼與張力輥面的摩擦系數,為帶鋼與張力輥的包角,rad。如果F1/F入>Kmax張力輥就會出現打滑現象。所以在保證每根張力輥的張力放大倍數K小于Kmax的情況下,張力輥對張力的放大倍數可以通過調節其拖動電機輸出轉矩的方式進行調節。此套1450mm拉伸彎曲矯直機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共同決定的,出口張力輥和卷取機的張力跟隨入口張力變化,其關系如下：〔3—9式中：分別為S1.1～S1.4#張力輥的張力放大倍數,為入口張力輥組總得放大倍數。本套拉彎矯直機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也相同,均為0.18,所以每根張力輥的最大張力放大系數為2.06。入口4根張力輥組總得最大放大倍數為,理論上可以產生的最大矯直張力206KN,遠大于所需的矯直張力,所以只要合理的設置入口張力值,然后通過調節入口張力輥組拖動電機的輸出轉矩進而改變入口張力輥組總的放大倍數就可以準確得到所需的矯直段張力。3.3．2張力輥的動態負荷分配-1張力輥的動態負荷分配的原因在實際生產過程中,即使是一種材質比較均勻的帶材,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是有極限的,某一根張力輥前后的張力放大倍數超過設計極限就會出現張力輥打滑現象。假設S1.4#或S2.1#張力輥出現打滑現象,由于延伸率自動控制系統是通過檢測的S2.1#張力輥與S1.4#張力輥的線速度來計算帶材的實際延伸率,如果帶材與輥面存在相對速度,控制系統將無法獲得準確的延伸率反饋,進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S1.4#與S2.1#張力輥不打滑而其它張力輥打滑時,由于打滑的張力輥不能建立穩定的轉矩,導致其下一級張力輥也無法建立相應的轉矩,最終將使S1.4或S2.1#張力輥也打滑。綜上所述,只要有張力輥發生打滑,延伸率控制已不可能。因此如何保證在機組的高速運行中根據矯直段所需的張力大小合理分配每一根張力輥的負荷,保證不出現張力輥打滑現象就是一個十分關鍵的問題。-2入口張力輥組動態負荷分配的原理由張力輥的放大原理可知,〔3—10式中,為S1.1#張力輥的輸出轉矩,。為S1.2#張力輥的輸出轉矩,。為S1.3#張力輥的輸出轉矩,。為S1.4#張力輥的輸出轉矩,。為張力輥的輥徑,mm。為張力輥的減速比。本套拉彎矯直機組每根張力輥的最大張力放大系數Kmax=2.06,為簡化計算,令Kmax=2。為保證不出現張力輥打滑現象必須保證下式成立,〔3—11令,〔3—12對式〔3—11求解可得,〔3—13由式〔3—13可知,此種負荷分配方法的矯直張力調節范圍是<,16>,最大入口張力為12KN,其最大矯直段張力為192KN,遠大于所需的矯直張力。所以只要合理的設置入口張力值,并按照式<3—12>所示關系,調節入口各個張力輥拖動電機的輸出轉矩就可以得到所需要的矯直張力。-3入口張力輥組動態負荷分配的方法入口張力輥組S1總得輸出轉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矩控制方式,只對其進行轉矩給定,其速度跟隨出口張力輥組S2。其中S1.4#張力輥作為入口張力輥組S1的主輥,其轉矩設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矩給定值為S1.4#張力輥轉矩反饋的一半即:；S1.2#張力輥為S1.3#張力輥的輔助輥其轉矩給定值為S1.3#張力輥轉矩反饋的一半即：；同理,。綜上所述,只要合理的設置入口張力值,通過調節S1.4#張力輥的轉矩設定值,就可以得到矯直段所需的張力值并且保證不出現張力輥打滑現象。-4出口張力輥組S2的動態負荷分配與入口張力輥組相同,出口張力輥組S2也設有一根主輥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,其轉矩由其速度調節器自動控制,不進行人為干預。其余三根張力輥為輔助輥,采用轉矩控制,以S2.1#張力輥的轉矩反饋為基準進行負荷分配,保證在機組運行中不發生出口張力輥打滑現象。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時檢測出的帶鋼實際延伸率值和給定的延伸率進行比較,當反饋延伸率大于給定延伸率時,減小S1.4#張力輥的轉矩給定進而減小矯直張力,當檢測值小于給定時,S1.4#張力輥的轉矩進而加大矯直張力,從而實現恒延伸率控制。延伸率控制器主要由兩個環節構成,一部分是延伸率比較環節,另一部分是延伸率調節環節。比較環節作用是比較實際延伸率和設定延伸率差值,當差值的絕對值大于設定延伸率的10%,延伸率調節環節使能,當差值小于設定延伸率的10%時,調節作用不啟動。延伸率調節環節實質上是一個PI調節器,其傳遞函數為：它主要控制調節過程中,矯直段張力給定的初始值和給定斜率,以防突加過大的調節量引起矯直段張力突變,甚至出現張力輥打滑現象,不利于延伸率控制精度。在調試過程中,需要依據入口張力輥組轉矩調節器的響應快慢,調節參數和。延伸率控制程序的編寫本套1450mm拉彎矯直機組利用SiemensPLC300作為延伸率控制器,通過編寫程序來完成控制功能。假設E為延伸率設定值,為實際延伸率反饋值,為設定延伸率與反饋延伸率差值的絕對值,為S1.4#張力輥的轉矩當前設定值,為每個掃描周期S1.4#張力輥的轉矩調節量。按照延伸率控制器的調節原理,設計的程序框圖如圖3.4所示,圖3.4延伸率控制器程序設計流程圖延伸率控制器程序語句表如下所示：符號表：DB101FC101局域變量輸入局域變量輸入輸出局域變量臨時變量FC102局域變量輸入局域變量輸出局域變量臨時變量由于程序中有閉環比例環節,由于OB1程序掃描時間不固定,所有將閉環比例環節放入OB35中。通過FC103進行比例環控制,輸出轉矩給傳動,傳動通過轉矩控制的外環,電流控制的內環,輸出電流給電機,調節電機轉速,進而達到調節張力。電機的編碼器通過計數器模塊FM350,將實際轉速給PLC,通過FC102算出實際延伸率。實際延伸率反饋給FC103,使其形成閉環控制系統。FC102是實際延伸率計算。FC101是比例環控制3.5開卷機與卷取機的控制概述在帶鋼拉彎矯直過程中,卷機和卷取機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,而且開卷機和卷取機的張力控制精度將直接影響成品的質量。因為由張力輥的張力放大原理可知,開卷機張力是拉矯機入口張力輥張力放大的基礎,卷取機張力是拉矯機出口張力輥張力放大的基礎,他們的張力將會通過張力輥傳遞到矯直段,如果其張力發生波動會直接影響矯直段張力造成延伸率波動。基于以上分析,為保證延伸率穩定開卷機和卷取機一般采用恒張力控制。拉彎矯直機組入口和出口部分沒有張力檢測設備,因此開卷機和卷取機的張力控制一般采用間接張力控制方法,張力穩定與否主要取決于其拖動電動機的轉矩給定精度。開卷機和卷取機正常運行時其輸出轉距主要包括張力轉矩、損失轉矩、動態轉矩三部分,其關系如式〔3—14：〔3—14式中,為開卷機/卷取機電機總得輸出轉矩,；為張力轉矩,；為損失轉矩,；為動態轉矩,。開卷機與卷取機的控制思想大致相同,都是實時的計算出損失轉矩與動態轉矩然后通過改變其拖動電機總的輸出轉矩對其進行補償,從而保持張力轉矩不變,實現恒張力控制。但也有一些差別,拉彎矯直機組正常工作時,開卷機的輸出轉矩方向與其轉動方向相反,處于發電運行狀態,卷取機的輸出轉矩方向與轉動方向相同,處于電動運行狀態。損失轉矩的方向是與系統的運行方向相反,所以開卷機的損失轉矩補償值是正的,而開卷機的損失轉矩補償值是負的。雖然補償值的符號有所區別但是這三部分轉矩的計算方法對于開卷機和卷取機來說都是相同的,下文將以卷取機為例詳細介紹張力轉矩、損失轉矩、動態轉矩的計算方法。張力轉矩卷取機在卷繞帶鋼時,必須具有一定卷取張力以保證帶鋼卷取的質量,其張力值大小取決于卷取機工作狀態和產品規格。不合適的張力數值會直接影響產品質量,過大的卷取張力會影響產品內部金相組織,以及使設備電機容量增大,反之過小的卷取張力亦會影響產品質量以及出現帶鋼跑偏。可見卷取張力數值過大過小均會直接影響卷取機正常工作。因此,張力數值的選擇應該慎重。一般可按下列經驗公式進行初步計算,然后再根據實際生產情況進行一些微調。〔3—15式中,為卷取機張力,KN；為單位張力,Mpa；為帶鋼寬度,mm；為帶鋼厚度,mm。單位張力值,可按下列經驗公式進行計算,〔3—16式中,為帶鋼厚度,mm;系數由卷取機工作情況來決定,其選值按下表選取。表3-2系數選擇原則提供該張力的卷取電機輸出轉矩部分即為張力轉矩。〔3—17式中,為折算到電機軸上的張力轉矩,N?m；為卷取機上帶鋼的瞬時卷徑值,m；為卷取機的張力,N；為卷取機與電動機之間的傳動比。由上式可知只要得到實時卷徑值就可以利用式〔3-17實時的計算出電機軸上的張力轉矩值。損失轉矩圖3.5卷取機傳動結構示意圖對于卷取機來說,其傳動部分包括卷取電機減速齒輪箱和卷筒三個部分,如圖3.5所示。這些組件在轉動過程中存在摩擦力,會對電機產生一定的阻轉矩,同時在機械傳動中也是有功率損耗的,而且不同的設備損耗也不同,即傳動效率不同。把這些空載時就會產生的阻轉矩和效率損失的總和定義為損失轉矩,如下式所示：〔3—18式中,為卷取機損失轉矩,N?m；為電機的輸出轉矩,N?m；為減速比；為傳動效率；為由于摩擦造成的阻轉矩,N?m。如果我們通過公式〔3-18計算損失轉矩不但過程繁瑣而且一些參數主要取決于設備設計者所給出的參數值,而這些參數值在初始計算中就已經進行了簡化計算我們得到的只是一些近似值,在許多電氣改造項目中一些舊設備的參數值根本無法得知,所以很難保證損失轉矩的計算精度,另外,現場調試時要求時間短、精度高。面對這些新情況,上述方法就顯得不方便了,因此,作者結合實踐經驗在本套系統中采用了一種新的損失轉矩計算方法。-1計算原理損失轉矩在系統運行當中一直都存在,并且在不同速度時的大小是不一樣的,而且由于每套卷取機的自身特點,機械設備的不同,電機的不同,安裝以及現場情況的不同,其不同轉速對應的損失轉矩也是不同的,我們無法得到一個通用的函數來描述所有卷取機損失轉矩相對其速度的變化規律,但是對于每一套設備來說,這種關系又是客觀存在的。這里作者給出一種新方法來測定不同速度時的損失轉矩,以便對其進行準確的補償。由于當前工程中廣泛的采用了全數字傳動技術,控制精度高且傳動系統的原始數據測量方便。所以我們可以很容易測得卷取機損失轉矩在一些單個速度點上的值,這樣我們就可以利用函數逼近的方法來解決這個問題用一個插值多項式來逼近損失轉矩關于速度的函數。根據插值多項式的存在性與唯一性可知,若函數在區間上n個不同點,且其函數值為,則存在唯一的次數不超過n次的多項式：使。此性質保證了x與P的一一對應,即速度與損失轉矩的一一對應。為了計算方便,本文筆者采用的是牛頓插值多項式,如式〔3-19所示。〔3—19式中：為函數的n階均差；為設定的測定點轉速,；為轉速為時的損失轉矩,；x為實時時轉速,。由式〔3-19可知,只要我們給定n個轉速并且計算出其所對應點的損失轉矩,帶入式〔3-19中,就可以逼近出損失轉矩相對于速度變化的函數。-2計算方法本文在5種不同的速度時檢測相應的損失轉矩,即：n的取值圍是0到4。對應于卷取機額定轉速的20%,即20%,為40%,為60%,為80%,為100%,檢測過程中電機電流與轉速的對應關系如圖1所示。在空載狀態下,給卷取機電機施加一個速度給定〔即為電機額定轉速的20%,當反饋轉速也為后檢測電機的反饋轉矩。為了得到準確的反饋轉矩,卷取機須在給定的速度上保持一定的時間t,本文設置為1min而且應在10%t到90%t時間段內,即圖1中的C1部分,均勻的檢測三個點的反饋轉矩值,取其平均數作為轉速為時的損失轉矩。因為從圖3.5中我們可以看出,當卷取機的速度發生變化時會發生一定的轉矩波動,因此如果測試點取的太靠近速度變化的零界點,所測損失轉矩得會受到動態轉矩的影響而不準確,所以我們必須在C1部分檢測反饋轉矩。同理我們可以計算出其它四種轉速所對應的損失轉矩。圖3.6卷取機損失轉矩測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就可以準確的計算出在<0,100%>范圍內任何轉速x時的損失轉矩了。動態轉矩從圖3.6中我們可以明顯的看出當卷取機的速度發生變化時其拖動電機的輸出轉矩發生了較大的波動,其產生原因如下所示：<3—21>式中,為電機的輸出轉矩,N?m；為電機的損失轉矩,N?m；為傳動系統的轉動慣量,；為角速度,1/s；為時間,s。式〔3-21為拖動系統旋轉運動方程式,由式〔3-21可知,當卷取機的速度發生變化時角加速度不再為零,而機械設備轉動時又存在轉動慣量J,會產生一定的動態轉矩,即：〔3—22因此,為保證加減速時卷取機張力恒定,動態轉矩的精確計算是必不可少的。動態轉矩的補償精度主要由兩方面決定,第一,動態轉矩的計算精度；第二,補償時機的準確性。由于目前廣泛采用了全數字傳動技術,補償時機是可以滿足要求的,關鍵在于如何準確的計算出動態轉矩。從式<1>中可看出,動態轉矩的大小主要決定于卷取機的角加速度和其轉動慣量。通過全數字傳動技術我們可以準確得到卷取機的角加速度,所以動態轉矩的補償精度很大程度上決定于卷取機轉動慣量的計算精度。電機軸上總的轉動慣量可以分為兩部分。一部分為可變的轉動慣量,它等于鋼卷的轉動慣量等效到電機軸上的部分。另一部分為固定不變的,它等于電動機、減速箱及卷筒的轉動慣量等效到電機軸上的部分。即：〔3—23-1可變轉動慣量的計算以往工程中主要是根據下面的公式計算卷取機的可變轉動慣量:〔3—24式中：為帶鋼寬度,mm；為帶鋼密度,；為實時卷徑,mm；為卷筒直徑,mm；為減速比；為鋼卷的緊密系數。這種方法是有一定局限性的,鋼卷的緊密系數s只能根據經驗給定,而且設定后一般是不變的,但是緊密系數會受到板厚、板形、卷取機張力等多種因素的影響,其數值是變化的。這會嚴重影響可變轉動慣量的計算精度。因此,作者結合實踐經驗,提出了一種新的可變轉動慣量的計算方法。可變轉動慣量的計算原理圖3.7鋼卷示意圖卷取機上的鋼卷是一個空心圓柱體,可以看成由兩個實心圓柱體鋼卷組成,如圖3.7所示,內圓柱體的轉動慣量為取負值,外圓柱體的轉動慣量為取正值,且內外圓柱體的密度是相等的,即:〔3—25式中,為鋼卷的可變轉動慣量,、分別為內外圓柱體鋼卷的質量,kg、分別為內外圓柱體鋼卷的半徑,m。由于帶鋼之間是有縫隙的,整個鋼卷的密度不再簡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算圓柱體鋼卷的質量,但是在拉彎矯直前后帶鋼的質量是不會變的,這樣我們就可以通過拉彎矯直機組入口流入的帶鋼質量計算卷取機上的實際帶鋼質量,如下式所示：〔3—26式中,為卷取機上帶鋼的質量,kg；為拉矯機入口流入帶鋼的長度,m；為帶鋼的寬度,m；為帶鋼的厚度,m。因為:其中,〔3—27式中,、分別為內外圓柱體的體積,為圓柱體鋼卷的整體密度。由式〔3-26、式〔3-27可以解得：〔3—28又因為空心圓柱體鋼卷的轉動慣量折算到電機軸上的關系為：〔3—29所以,通過式〔3-25〔3-28〔3-29我們可以得出：〔3—30實現方法利用上述原理編寫程序功能塊FB6來計算卷取機的可變轉動慣量,如圖〔3.8所示。以拉矯機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得流入卷取機原料鋼帶的總長度l,從卷取機卷徑計算功能塊中讀取實時的卷,再通過以太網上的工控機得到帶鋼的密度ρ、寬度b、厚度h和減速比j,把上述參數一一對應的連接到功能塊FB6的輸入端口,功能塊會自動的根據式〔3-30實時準確的求得可變的轉動慣量。圖3.8可變轉動慣量計算程序功能塊-2固定轉動慣量的計算1計算原理當卷取機在空載變速運動時電動機的輸出轉矩除了克服卷取機的損失轉矩外,還使整個系統沿著電動機輸出轉矩的作用方向產生了角加速度。而角加速度的大小與卷取機的固定轉動慣量成反比。這種關系可用如下方程式表示:式中:為電動機輸出轉矩,N?m；為損失轉矩,N?m；為角速度,1/s；為卷取機的固定轉動慣量,；為時間,s。根據損失轉矩的計算公式我們可以計算出任意速度時的卷取機損失轉矩并對其進行補償,補償后上式可變為：〔3—32對上式左右進行<0,t>范圍內的定積分可變形為：〔3—33如果有兩個不同的電動機輸