金属带材压力加工中张力控制系统

金属带材压力加工中张力控制系统

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关键词：金属带材压力加工；张力控制系统；方法

引言：

张力控制系统是最重要的轧机设备之一，张力系统的质量直接影响到带材轧制的表面光洁度，卷取松紧度，跑偏断带，板型公差和产能等情况，对生产具有十分重要意义。张力控制包括直接张力控制和间接张力控制。直接控制系统是有效地利用张力传感器对被控参数进行检测，再根据设定值和控制算法进行运算，然后输出到执行机构对生产进行控制，使被控参数稳定在给定值上，其目的是使得系统的跟踪误差趋于零。由于这是一种测量1：1调节的过程，所以直接控制也被称为反馈控制，拥有良好的精度、时效性、准确性和速度，一般应用于相对精准的张力控制系统。间接张力控制系统是外界没有以一种特定或者明确的方式对系统施加控制，而是通过系统中的有关参数或条件来达到控制系统的目的，使得该参数的估计误差趋于零，以达到维持稳定的张力。

1、张力控制系统总体结构分析

张力控制系统作为轧制生产过程中的重要设备，其结构构成比较复杂，涉及技术众多，这无疑增加了我们对带材压力加工张力控制的难度，因此文章有必要对张力控制系统的总体结构进行简要说明。

图1冷轧精轧机结构图

在上图中，数字1代表轧辊、2代表液压压下系统、3代表测厚仪、4代表张力传感器、5代表夹送辊、6代表卷筒、7代表开卷或收卷取机。冷轧精轧机的开卷工作与收卷工作是同时进行的，其中上图中的卷取机与夹送辊共同构成张力控制系统。在冷轧精轧机中由卷取机对张力进行控制。

2、轧机工作的工艺要求以及系统设计思想分析

2.1轧机工作的工艺要求

冷轧精轧机的具体工作流程如下：开卷机工作将带材送入开卷夹送辊中，然后再将带材送入轧机进行轧制工作；轧制完成后，带材从轧机中被送到卷取夹送辊，然后由收卷机将带材卷取并胀紧。另外，轧机还要满足一系列的参数要求：

2.1.1尺寸要求：冷轧精轧机开卷机的卷筒直径为0.5m，最大可开卷直径为1.4m的带材。开、收卷卷筒宽度为550mm，卷筒最大涨缩直径为510mm。

2.1.2速度要求：冷轧精轧机的卷取速度要保持在0～10m/s之间，轧制速度控制在0～8m/s之间，同时电动机的转速要控制在0～1560r/min之间。

2.1.3其他要求：轧制过程中的张力控制在300～4000N之间可调，同时轧制电机的输出功率要稳定为145KW；卷取机需设置大小电机，根据带材厚度自由选取。另外，带材厚度、带材宽度等都有一定的技术要求。

2.2张力控制系统的设计思想分析

在设计张力控制系统时，要致力于解决以下三个问题：

2.2.1轧机在开始工作的加速阶段或者结束工作的减速阶段，张力控制系统要补偿因速度变化造成动态力矩的变化而引起的张力变化，要使轧机的工作速度与卷取机的工作速度保持一致，从而减少张力的变化。

2.2.2控制因卷径的变化而引起的张力变化，从而减少张力变化对带材轧制质量造成的影响。

2.2.3处理因卷径和卷取机负载质量的增加以及外界其他因素变化而造成的控制系统模块参数改变的问题，保持整个控制系统的稳定性，从而避免张力发生变化，控制带材轧制质量。

为解决以上三个问题，一般采用张力间接控制法以及张力直接控制法等两种方法结合的方式对轧制过程中的张力进行控制。例如：在张力出现以及张力消失的阶段采用间接控制法，此时对张力进行动态补偿；在稳定工作阶段，采用直接控制法，从而精确的控制张力。可以说以上三个问题不仅只是张力控制系统中需要面对的问题，而且还是张力控制系统的设计指导思想。

3、张力控制方法分析

3.1间接张力控制方法

间接张力控制方法主要被应用在轧机开始工作张力出现以及轧机停止工作张力消失的阶段，即我们通常所说的建张以及消张阶段。在控制建张以及消张阶段的张力时，我们一般采用最大力矩法，之所以采用这种方法是因为该方法具有一定的优点：

3.1.1最大力矩法采用了先升压后弱磁的控制技术，这样就使得电动机在很长一段时间内处在满磁的状态下，从而避免了无功功率对电机的冲击，延长了电机的使用寿命，降低了生产成本。

3.1.2先升压后弱磁的技术使得电机长时间处于全电压的工作状态中，因此电动机的功率因素大大增加，工作效率明显提高。

3.1.3卷径的变化无法影响到电动机的磁场变化，导致电动机的磁场变化范围可以随意选择，这样大大降低了电动机的生产标准，从而降低了带材加工的生产成本。

3.1.4电动机工作电流不会轻易达到最大值，因此电动机的工作损耗大大减少。

3.2直接张力控制方法

在轧制工作稳定进行的阶段，需要使用直接控制方法对张力进行控制，而想实现对张力的有效控制，需要电流调节器、速度调节器、张力调节器以及控制对象等构件和环节的协同工作。

3.2.1在设备开始运行时，速度调节器开始工作，控制设备的加速度。

3.2.2当轧机进行稳定工作状态时，速度调节器的转速环停止工作，张力调节器的张力环开始工作，此时系统对张力的控制按照间接控制方法进行，从而实现对恒定张力的准确控制。

3.2.1在系统工作中，若发现张力不足，系统会自动对设备进行调节，从而稳定系统的张力，确保带材的轧制质量。

结束语：

综上所述，张力控制系统在金属带材压力加工过程中发挥着重要作用，关系到加工产品的质量。本文率先分析了冷轧精轧机的构成以及张力控制系统的构成，然后研究了设备的工作原理以及系统的设计思想，最后对生产过程中采用的张力控制方法进行了探讨，为金属带材压力加工提供了理论参考。

参考文献

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