金屬壓力加工張力控制問(wèn)題及對(duì)策分析

【摘 要】在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，很多行業(yè)如冶金、造紙等都存在張力控制問(wèn)題，恒張力控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件，但是在加工中張力控制問(wèn)題卻無(wú)法得到有效的控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量，本文主要研究金屬壓力張力控制問(wèn)題及對(duì)策分析，希望能為相關(guān)人員帶來(lái)一些幫助。

【關(guān)鍵詞】金屬壓力加工；張力控制；關(guān)鍵技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)中常會(huì)遇到卷繞控制問(wèn)題，這就要求恒張力控制。在金屬加工中，恒張力控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件，張力控制將會(huì)直接影響帶材軋制厚度以及表面光潔度等，本文主要分析金屬壓力加工張力控制問(wèn)題及對(duì)策。

1.金屬壓力張力控制問(wèn)題的提出

當(dāng)前公司已經(jīng)逐漸形成了金屬精密加工生產(chǎn)基地，完成帶鋼的冷軋軋制和平整兩道工序。隨著市場(chǎng)的需求逐漸加大，公司逐漸調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)極薄帶鋼中出現(xiàn)不少的問(wèn)題，其中最為突出的便是張力控制問(wèn)題，控制精確度不足。新開(kāi)發(fā)的鋼材質(zhì)本身比較軟，在加工中，張力要求比普通的鋼板銷(xiāo)，在生產(chǎn)0.15mm的帶鋼中，開(kāi)卷卷曲張力設(shè)定為750kg，按照原系統(tǒng)的控制精度無(wú)法達(dá)到目標(biāo)。在金屬壓力加工中常出現(xiàn)張力波動(dòng)造成的鋼表面鼓包、褶皺等情況，因此需要盡快解決。

2.應(yīng)對(duì)措施

冷軋帶鋼最顯著的特點(diǎn)在張力軋制上，張力能夠降低軋制壓力，并能夠改善鋼板板型，可以說(shuō)冷軋軋鋼必須通過(guò)張力才能實(shí)現(xiàn)。在可逆式單機(jī)冷軋機(jī)上，軋機(jī)和卷取機(jī)之間生產(chǎn)張力，形成后的張力卷取機(jī)處于發(fā)現(xiàn)狀態(tài)。帶鋼張力的控制精度直接影響成品質(zhì)量和金屬軋制的穩(wěn)定性，直接張力控制通過(guò)張力計(jì)算檢驗(yàn)張力的實(shí)際值，形成閉環(huán)控制。間接張力控制通過(guò)其他參數(shù)講解的進(jìn)行恒張力控制。間接張力控制與直接張力控制相比，投資少，能夠前置預(yù)補(bǔ)償，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。我廠采用的就是間接張力控制方式。

在間接張力控制中通過(guò)開(kāi)卷、卷取機(jī)的電流控制實(shí)現(xiàn)恒張力控制。在工作中，軋機(jī)扎錕正常運(yùn)行，左卷取機(jī)加入正飽和輸入。卷取的力矩輸出完全由限幅值的變化控制。生產(chǎn)方向向左，右卷取機(jī)與軋錕之間存在給定的速度差，形成帶鋼張力T，在穩(wěn)定運(yùn)行下，張力保持穩(wěn)定。電力轉(zhuǎn)矩Md=CmΦI，Cm代表電動(dòng)機(jī)扭轉(zhuǎn)常數(shù)，I代表電鈕電流，帶鋼所需要的張力力矩Mt=DT/（2iη），式中T代表帶鋼張力，i代表機(jī)械傳動(dòng)比。忽略空載轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩，Md與Mt應(yīng)該相等，也就是2iηCmΦI/D=KΦI/D，式中K代表常數(shù)，由此公式可以看出電動(dòng)機(jī)電流通過(guò)系統(tǒng)通過(guò)直徑D和系統(tǒng)磁通Φ來(lái)控制。

我廠采用的張力控制系統(tǒng)是西門(mén)子6RA7025全數(shù)字可逆直流調(diào)速器，配備SPC420軟件包，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、卷徑計(jì)算以及負(fù)飽和設(shè)定能夠在T400控制板中實(shí)現(xiàn)，速度調(diào)節(jié)和扭矩限幅為6RA70傳動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)功能。在穩(wěn)態(tài)情況下，張力設(shè)定T乘以張力系統(tǒng)調(diào)節(jié)因數(shù)H200和鋼卷直徑D，作為控制傳動(dòng)電流，達(dá)到控制帶鋼張力的目的。卷取機(jī)總力矩MD=M0+Mf+Mt+Md，式中Md、M0、Mf、Mt、Md分別代表電動(dòng)機(jī)的總扭矩、空轉(zhuǎn)力矩、摩擦力矩、張力力矩以及動(dòng)態(tài)力矩。

在實(shí)際的軋鋼生產(chǎn)中，加在帶鋼上的張力是預(yù)先固定的，也就是張力T是外部設(shè)定的，其他力矩則是物理補(bǔ)償，6RA70調(diào)速器優(yōu)化能夠精確計(jì)算出空轉(zhuǎn)力矩和摩擦力矩，T400的參數(shù)H230-H235中設(shè)定摩擦力矩補(bǔ)償。在卷取機(jī)加速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)總力矩需要加速分量，導(dǎo)致帶鋼張力實(shí)際值出現(xiàn)波動(dòng)情況，波動(dòng)大小與加速率存在關(guān)系，因此必須及時(shí)的給予補(bǔ)償，精確控制過(guò)程量值。卷取機(jī)在實(shí)際工作中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由多方面的因素決定，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是固定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jf=Jmoter+Jgeur+Jcore/i2，鋼卷屬于變動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jv=Πρb（D4-Dcore）/（32×1012×i2）。可逆式軋機(jī)在帶鋼的軋制中不僅要求穩(wěn)定性，還要求在穩(wěn)定狀況下保持張力T的恒定。在張力控制中需要考慮變速階段的張力控制，減少速度變化造成的動(dòng)態(tài)扭矩對(duì)張力的影響；在穩(wěn)定階段需要克服卷徑變化帶來(lái)的張力波動(dòng)；其他參數(shù)變化帶來(lái)的影響。

根據(jù)以上的原理分析，在張力控制中需要解決生產(chǎn)速度和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償問(wèn)題。靜態(tài)張力計(jì)算值與卷徑有關(guān)，卷取機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償精度存在關(guān)系。在間接張力控制系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)調(diào)整卷徑D，通過(guò)D=V/（Πnd）計(jì)算，式中nd代表開(kāi)卷機(jī)速度，V代表帶鋼運(yùn)行線(xiàn)速度。在運(yùn)行中，一旦運(yùn)轉(zhuǎn)夾送測(cè)速錕機(jī)，就會(huì)產(chǎn)生速度信號(hào)，根據(jù)公式就能計(jì)算出實(shí)際D值。卷徑計(jì)算后還需要進(jìn)行判定，因此需要設(shè)定卷徑的初始值，這是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。一般情況下開(kāi)卷機(jī)的卷徑初始值設(shè)定為1870mm。

在主機(jī)變速階段中需要采取動(dòng)態(tài)力矩補(bǔ)償，根據(jù)速度的變化計(jì)算力矩。西門(mén)子T400工藝控制板內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力矩補(bǔ)償患者，為規(guī)范調(diào)試過(guò)程，在本研究中分為兩步調(diào)試，齒輪級(jí)別對(duì)應(yīng)600米/分檔改為0.6，切換相反邏輯，卷徑計(jì)算調(diào)整參數(shù)設(shè)定為1.0，H222=0.326，根據(jù)實(shí)際卷徑偏差，調(diào)整H210參數(shù)。在速度設(shè)定中，微分采樣時(shí)間設(shè)定為5000毫秒。變動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量H227=nNrb（D4-D04）ΔV/（29.18iDmaxPntb）=37.2%。變動(dòng)部分H228=JfnNiΔV/（2.865DmaxPntb）=0.66。溫度補(bǔ)償不在于精細(xì)在于平滑，因此在此基礎(chǔ)上加上0.3%的補(bǔ)償。固定部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償因數(shù)，觀察卷取機(jī)部分出口帶鋼，直至達(dá)到要求，確定變動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，同時(shí)修改左右卷參數(shù)。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要分析金屬壓力加工張力控制問(wèn)題對(duì)策，依照本文所論述的幾個(gè)階段的調(diào)試工作，金屬壓力加工張力控制比較穩(wěn)定，出入口張力波動(dòng)很小，沒(méi)有形成鼓包等現(xiàn)象，隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于張力控制問(wèn)題有更高的要求，這些還需要人們共同去研究。

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