汽車板帶材用直拉彎矯直機組的應用

1拉矯和平滑拉矯機組平整度和拉張是保證冷帶鋼成品質量的最后兩個關鍵過程，它對提高產品的質量控制，保證冷帶鋼的成品質量，在提高產品的質量控制和制造板的技術方面發揮著重要作用。1450mm平整拉矯機組把拉矯和平整集成在一套系統中,使設備和空間得到了有效利用;在生產過程中帶鋼的平整和拉矯能夠一次完成,并可以實現對不同厚度帶鋼的延伸率要求,從而簡化了生產工序,有效地提高了生產效率并減少了原料浪費。2帶材拉伸張力矯正在輥式矯直機上矯正時,板材在矯直輥作用下產生的是純彎曲變形,其中性層位于板材的幾何中心線(層);帶材在純拉伸張力矯直機上矯正時,在超過帶材屈服極限拉力的作用下,橫截面上產生的是均勻拉伸變形;而帶材在拉彎矯直機上矯正時,既受到拉伸力的作用,又受到彎曲輥的反復彎曲力作用,在拉伸與彎曲變形共同作用下產生塑性延伸,從而使帶材獲得矯正。3拉橋機的生產工藝總結3.1帶鋼的張力控制平整拉矯機組工藝流程簡圖如圖1所示。整條生產線可分為入口段、平整段、拉矯段和出口段,共有平整入口S輥、平整出口S輥、拉矯出口1#S輥、拉矯出口2#S輥共4組S輥,其作用主要是為各段提供穩定的張力,并根據工藝需要調節各段張力的大小,以達到控制板型、實現延伸率的目的。由于在生產過程中,帶鋼板型的控制和延伸率的實現,都與張力的控制密不可分,所以S輥的張力控制在平整拉矯機組中,顯得尤為重要。在帶鋼的平整拉矯生產過程中,帶鋼先從開卷機經由平整入口S輥進入平整機,再經過平整出口S輥進入拉矯機,最后經兩組拉矯出口S輥到卷取機。在機組的入口段和出口段,分別安裝有焊接機和剪切機,通過前后兩卷帶鋼間的焊接與切割,保證了生產過程的連續性,避免了多次穿帶的繁瑣操作,能有效提高生產效率。本文所分析的1450mm平整拉矯機組的主傳動部分由11臺直流電機組成,具體參數如表1所示。3.2表面活性劑的選擇平整拉矯機組具有3種工作方式,分別為平整方式、拉矯方式和平整拉矯方式。其中單獨的平整和拉矯方式只在一些特定情況下使用,而平整拉矯方式是該機組的主要工作方式。平整拉矯機組工作方式的選擇,主要由來料厚度和帶鋼材料特性決定。對于1.0mm以上的厚料,由于靠張力調節延伸率的效果幾乎為0,需要通過調整平整機軋制力來達到設定延伸率;而對于0.4mm以下的薄料來說正好相反,調整軋制力并不能實現帶鋼的延伸,這時帶鋼的延伸率應該主要通過調節拉矯段的張力來實現。也就是說,帶鋼越厚,使用軋制力調節帶鋼延伸率的效果越好,帶鋼越薄,用張力來調節帶鋼延伸率的效果越明顯。帶鋼的延伸率與兩種控制方式的關系,可參考圖2。3.3u3000平衡控制及工作方式卷取機(開卷機)的電氣傳動需要采取張力調節系統,張力控制方法可分為間接法和直接法兩種。由于現場沒有安裝張力傳感器,對卷取機(開卷機)的控制方式采用間接張力控制方式。卷取機(開卷機)數字控制系統除基本傳動裝置以外,另外配置一套帶卷取軟件的工藝模板,來實現卷取機的轉矩設定計算、卷徑計算、轉矩補償計算和恒張力控制,本系統采用西門子公司T400工藝控制模板。間接張力控制,不需要張力傳感器或張力測量裝置,控制系統中不用張力調節器,張力給定值乘以卷徑實際值,作為轉矩設定值作用于系統,電動機電流隨著卷徑的增加而線性增加,張力保持恒定。這種控制方式,直流裝置的速度調節器通過輸入一個飽和設定而保持在限幅狀態,即轉矩限幅控制狀態,實現卷取(開卷)過程的恒定張力控制。平整拉矯機組共有4組S輥,每一組S輥具有各自獨立的傳動電動機和完整的雙閉環速度控制系統。由于輥與輥之間材料的存在,S輥承受一定張力,為使兩輥達到負荷平衡,兩個輥之間采取主從控制方式。當點動或穿帶時,兩者都處于速度控制狀態,采用統一的速度設定n,兩套系統具有獨立的脈沖速度反饋控制,速度調節器不飽和。當系統建張處于工作條件下時,系統轉為主從控制,兩套系統速度調節器的輸出都處于飽和狀態,即轉矩限幅控制狀態。傳動系統通過PROFIBUS網從上級PLC獲得速度和張力給定,張力給定作為速度調節器輸出的轉矩限幅,電動機的輸出轉矩間接反映鋼帶的張力。S輥主輥的實際力矩通過peertopeer通訊傳送給同組的S輥從輥,通過裝置的S00軟件中PID調節器調節從輥來完成主從負荷平衡的控制。根據具體情況不同,需要對上位機所設置的張力給定及速度給定做適當的調節。下面分別討論不同工作方式下的具體情況。1)在平整方式下,彎曲輥和矯直輥的輥縫打開,拉矯機不投入使用。此時機組全線以平整機D4為速度基準。在入口段,通過在D1～D3上分別加上逐個減小的負方向的速度附加給定,來實現系統工作狀態下開卷機、平整入口S輥速度調節器的飽和;在出口段,通過D5～D11分別加上逐個增大的正方向的速度附加給定,來實現平整出口S輥、拉矯出口1#S輥、拉矯出口2#S輥和卷取機速度調節器的飽和;從而實現轉矩控制。平整機入口張力由D1～D33臺電機共同提供,平整機出口張力由D5～D11共同提供。2)在拉矯方式下,平整機輥縫打開,D4不投入使用,機組全線以D6為速度基準。D6之前各機架分別設定逐漸減小的負方向的速度附加給定,D6之后各機架分別設定逐漸增大的正方向的速度附加給定,用以轉矩控制。在此工作方式下,通過上級PLC的選擇方式設定,D6處于速度控制狀態,無轉矩限幅。3)在平整拉矯方式下,全線仍以D4為速度基準,附加給定的設定原則與平整方式下基本相同。不過需要說明的是,由于拉矯機前后的S輥應該朝相反方向出力,來保證拉矯段有足夠大的張力來實現拉矯段設定延伸率,所以平整出口S輥的設定線速度應小于平整機的設定線速度,在帶鋼不打滑的情況下,D5,D6處于發電狀態,可以滿足工藝要求。而拉矯機之后的各機架的設定線速度應大于平整機的設定線速度。4延長率控制4.1拉矯機測量的測量周期本文中提到的延伸率指帶鋼在軋制力與拉伸張力的作用下長度所產生的增量部分,占原始長度的百分比,可用以下公式表示:δ=L2?L1L1(1)δ=L2-L1L1(1)式中:L1為帶鋼原始長度;L2為帶鋼成品長度。延伸率的測量就是以式(1)為依據的。在生產過程中,我們要測量帶鋼在平整段和拉矯段兩處的實時延伸率,這就需要在平整機的入口與出口及拉矯機的入口和出口各安裝一個脈沖編碼器。PLC在同一時間段內采集入口與出口兩個脈沖編碼器的脈沖數,這個數值正比于經過入口和出口的帶鋼長度,設在同一時間段內入口脈沖編碼器采集的脈沖數為N1,而出口脈沖編碼器采集到的脈沖數為N2,可以認為δ=N2?N1N1=L2?L1L1(2)δ=Ν2-Ν1Ν1=L2-L1L1(2)把這個比值作為延伸率測量值,在確定測量周期的時候,要綜合考慮選擇合適的時間間隔,間隔太短會增大誤差,使測量值不準確,但平滑性好;測量時間間隔過長,測量誤差比較小,但延伸率的波動大,會對測量結果的實時性產生影響。4.2實現延伸率的方法前面已經介紹過,不同厚度的帶鋼,需要用不同的方式來實現延伸率。下面對平整段和拉矯段的延伸率實現方式分別進行介紹。1agc系統的選擇平整段延伸率以調節平整機的軋制力為主,配合調節平整入口、出口的張力。由于平整段控制的復雜性,需要一套AGC系統進行軋制力調節及延伸率控制,此處不做展開討論。應當注意的是,應該避免軋制力過大而使帶鋼出現邊浪,影響板型。2s輥的張力控制拉矯段是把前后S輥按照2臺電機為一組進行控制,延伸率可以通過速度控制方式和張力控制方式兩種方法來實現。速度控制方式是把入口S輥和出口S輥作為速度系統來控制,當設定延伸率為δ,入口S輥的設定速度為v時,出口S輥的設定速度應該為(1+δ)v。這種控制方式對張力而言實際上是一種開環控制,張力大小不是由張力系統控制,而是完全由前后S輥的速差來決定,轉矩限幅是放開的。而出口和入口S輥的速差越大,帶鋼延伸率也就越大。張力控制方式中把前S輥作速度基準。在工作過程中,根據實際延伸率與設定延伸率的偏差來調節前后S輥的力矩限幅,使實際延伸率滿足工藝要求。5應用中的問題和解決方案5.1拉矯段投入使用會影響成品質量在實際調試過程中,由于工程現場機械的加工安裝及編碼器的精度等多方面原因,在拉矯段不投入使用時,在拉矯入口的原始鋼帶長度和拉矯出口所測得成品鋼帶長度都會存在一個偏離于真實值的誤差,拉矯段投入使用后,這個固有誤差仍然會存在。當這個誤差比較大時,就會影響到成品的質量。為了提高系統的精度,在調試過程中我們應當把這一固有誤差考慮在內,并進行修正,盡量減小這一誤差對延伸率的影響。5.2平整機輥徑為了防止帶鋼打滑,S輥一般使用膠輥,經過長時間的使用不可避免地會發生磨損,引起輥徑