金屬壓力加工張力控制及對策淺析

楊雨浩

（廣西大學，廣西 南寧 5 3 0 0 0 0）

金屬壓力加工張力控制及對策淺析

楊雨浩

（廣西大學，廣西 南寧 5 3 0 0 0 0）

在冶金與造紙行業(yè)當中，恒張力的控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的根本要求，但是在實際的生產(chǎn)過程當中張力的控制卻存在著較多的問題，對產(chǎn)品的質(zhì)量造成了嚴重的影響。本文對金屬壓力加工張力控制進行研究，并以此為基礎(chǔ)總結(jié)了對應的解決策略。

金屬；加工；張力；控制；對策

在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，恒張力控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施，張力的控制會對產(chǎn)品表面的軋制厚度以及粗糙度等產(chǎn)生重要的影響。但是從總體來看，當前階段我國的工業(yè)在張力控制方面還存在一些問題，對于這方面的研究還不夠深入，缺少合適的解決辦法。基于此種目的，本文結(jié)合的實際工作經(jīng)驗，總結(jié)了當前階段我國金屬壓力加工當中張力控制的相關(guān)對策。

1 問題的提出

隨著各種金屬制品的不斷出現(xiàn)，以及對工業(yè)生產(chǎn)原料的質(zhì)量要求越來越高，許多工業(yè)產(chǎn)品已不能滿足需求，特別是在精密加工領(lǐng)域當中，對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高，例如在生產(chǎn)帶鋼的過程當中，由于大部分的帶鋼本身的材質(zhì)偏弱，因此，帶鋼當中的張力一般情況下相對于普通的鋼板要小，這也導致了一系列的問題。例如在生產(chǎn)0.1 5 mm厚鋼板的張力控制過程中，將開卷卷曲的張力設(shè)定在0.7 5 t左右，而系統(tǒng)最初所設(shè)置的精度根本無法滿足這種要求。因此，必須要對現(xiàn)階段的張力控制策略進一步的研究，只有這樣才能夠制造出品質(zhì)更加優(yōu)良的產(chǎn)品。

2 應對措施

張力控制是冷軋帶鋼最為明顯的一個特征，軋制的壓力可以通過張力的控制得到有效的控制，并進一步改善鋼板的版型，可以說張力控制也是冷軋帶鋼最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在利用可逆式單機冷軋機進行張力控制的過程當中，張力的產(chǎn)生是由軋機與卷曲機共同產(chǎn)生的，在形成之后，張力卷曲機一直處于工作狀態(tài)，而產(chǎn)品質(zhì)量主要是由張力的實際值所決定的，同時對于其穩(wěn)定性也存在著較大的影響。再通過張力的計算對張力的實際值進行精度控制，閉環(huán)控制也是在這個過程當中逐漸產(chǎn)生的。在采用間接措施進行張力控制的過程當中，需要通過相關(guān)參數(shù)的控制才能達到恒張力的控制。與直接張力控制相比而言，間接張力控制的投資較小，在實際的工業(yè)生產(chǎn)當中已經(jīng)具有較為廣泛的運用，在我廠就是采用此種控制方式，此外在本地的許多企業(yè)當中也都是采用此種控制方式。

在進行間接張力控制的過程當中，影響恒張力控制的最根本因素在于開卷與卷取機之間的電流控制，這也是最根本的因素，在實際的工作過程當中，軋輥與軋機的工作一直會維持在正常的狀態(tài)當中，而左卷曲機則會進行正飽和輸入。在這個過程當中卷取的力矩完全是由限幅值所決定的，但是生產(chǎn)所采用的方向是自右向左運行的，這就必然導致二者之間會存在著一定的速度差，這種差值就是產(chǎn)生張力的最根本力量。

在運行穩(wěn)定的前提之下，張力也必然會保持穩(wěn)定，電力轉(zhuǎn)矩的公式為：

式中C m所表示的是電機扭轉(zhuǎn)常數(shù)，I則代表對應的電流。

鋼板轉(zhuǎn)動所需要的張力為：Mt=D T(2 i x)

式中i的意思是轉(zhuǎn)動比，T則代表著鋼的張力。

從上式當中我們可以發(fā)現(xiàn)，如果我們忽略了空載的轉(zhuǎn)矩以及摩擦的轉(zhuǎn)矩，Md與Mt是一致的，同時我們也可以發(fā)現(xiàn)，通過直徑D與系統(tǒng)的磁通量φ的控制，我們可以間接地控制電動機當中的電流。

筆者所在的單位所采用的張力控制系統(tǒng)為西門子公司所生產(chǎn)的6 RA 7 0 2 5全數(shù)字可逆直流調(diào)速器。在軟件方面則配置的是S P C 4 2 0軟件，在T 4 0 0控制板當中可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩動態(tài)補償、卷徑計算以及負飽和設(shè)定。度調(diào)節(jié)和扭矩限幅為6 RA 7 0，傳動系統(tǒng)標準傳動功能。系統(tǒng)在穩(wěn)定的狀態(tài)下，張力設(shè)定T乘以張力系統(tǒng)調(diào)節(jié)因數(shù)H2 0 0和鋼卷直徑D，作為控制傳動電流,達到控制帶鋼張力的目的。

卷取機總力矩：MD=MO+Mf+Mt+Md

式中Md、MO、Mf、Md分別代表電動機的總扭矩、空轉(zhuǎn)力矩、摩擦力矩、張力力矩以及動態(tài)力矩。

在實際的張力控制過程當中，在實行控制之前，帶鋼就已經(jīng)被設(shè)定了張力值，剩下的其他力矩則是屬于一種物理補償。6 RA 7 0調(diào)速器優(yōu)化可以將空轉(zhuǎn)力矩與摩擦力矩精確的計算出來，T 4 0 0的參數(shù)則可以設(shè)定摩擦力矩補償。在控制的過程當中，卷取機會不斷加速，同時卷取機在加速的過程當中，由于總力矩需要一定的加速分量，這就導致了張力值會產(chǎn)生明顯的波動，同時波動的大小與加速率之間存在著很大的區(qū)別，因此為了達到精準控制的目的，必須要給予必要的補償。卷取機的實際工作過程當中的轉(zhuǎn)動慣量會受到多方面的影響，可逆式軋機不僅對穩(wěn)定性具有較高的要求，同時對張力的恒定也具有較高的要求，在加速階段的當中必須要考慮好張力的控制問題。

通過上文的論述我們發(fā)現(xiàn)，在實際的生產(chǎn)領(lǐng)域當中，如果要實現(xiàn)精準的張力控制，必須要妥善處理好速度與動態(tài)補償之間的平衡關(guān)系。

卷徑會對靜態(tài)張力產(chǎn)生嚴重的影響，而動態(tài)補償?shù)木扰c卷取機的轉(zhuǎn)動慣量之間存在著很大的關(guān)系，因此，在張力控制的過程當中必須要對卷取半徑進行動態(tài)的調(diào)整。

同時主機在變速階段必須要給予一定的動態(tài)力矩補償，根據(jù)速度的變化計算出對應的力矩。西門子T 4 0 0工藝控制板中包含了動態(tài)的力矩補償，為了使得調(diào)試的過程更加的規(guī)范化，在本文當中調(diào)試被分為兩個不同的步驟，將齒輪的級別對應于6 0 0米/分的檔位轉(zhuǎn)變?yōu)?.6，同時將相反的邏輯切換掉，同時將卷徑的計算參數(shù)參數(shù)設(shè)定為1.0，H2 2 2為0.2 3 5，同時根據(jù)卷徑的實際偏差對H2 1 0的參數(shù)進行調(diào)整。

同時在設(shè)定速度參數(shù)的過程當中，微分采樣時間設(shè)定為5 0 0 0 ms，則變動部分的轉(zhuǎn)動慣量H2 2 7=n Nr b（D 4-D O4）V/(2 9.1 8 i D P n t b)。則變動部分H2 2 8=J f n Ni V/(2.8 6 5 D P n t b)=0.6 6。而溫度補償?shù)年P(guān)鍵并不在于精細，而是在于需要平滑，因此需要以此為基礎(chǔ)，在增添0.3%的補償。

3 結(jié)語

當前階段在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程當中，張力控制已經(jīng)是較為重要的問題，對產(chǎn)品的質(zhì)量會產(chǎn)生嚴重的影響。基于此種情況國內(nèi)外已經(jīng)有許多專家與學者對該問題進行了必要的研究。在本文當中，筆者首先對該問題提出的背景進行了研究，指出了研究的必要性，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合自己的實際工作經(jīng)驗，總結(jié)了相關(guān)的策略，希望能對現(xiàn)階段我國的金屬加工行業(yè)的張力控制有所幫助。同時筆者在實際的工作過程當中發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過調(diào)試之后，張力的控制呈現(xiàn)出明顯的態(tài)勢，控制質(zhì)量也明顯提高，產(chǎn)品的質(zhì)量也更高。

[1]李巧麗.金屬帶材壓力加工中復雜張力控制系統(tǒng)的應用淺析[J].科技與創(chuàng)新，2 0 1 5,0 1:1 5 0.

[2]梁永，裴仁清，趙懿峰，程志華.多絲切割機走絲系統(tǒng)的張力控制[J].機械科學與技術(shù)，2 0 0 6,0 8:9 8 0~9 8 3.

[3]汪世益，劉艷艷.多線切割金屬絲張力控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].機械設(shè)計與制造，2 0 1 2,0 7:1 7 9~1 8 1.

[4]張寶玉.鐵基合金功能表面耦合仿生激光制造工藝規(guī)律與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].吉林大學，2 0 1 5.

[5]王祝堂.鋁板帶軋制原理基礎(chǔ)[A].中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會輕金屬分會.2 0 1 3年全國鋁加工技術(shù)及應用交流會論文集[C].中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會輕金屬分會，2 0 1 3:6 8.

[6]鐘天宇，王慶豐，王海波.大慣性雙向變張力電液比例張力控制系統(tǒng)的研究[J].浙江大學學報(工學版)，2 0 0 7,0 8:1 3 9 4~1 3 9 9.

[7]禹恒洲，魯五一，郭愛紅.卷繞張力控制系統(tǒng)的建模及張力觀測器的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2 0 0 7,0 9:1 1 7 6~1 1 7 9.

[8]李革，賈元武，張華，趙勻.基于P L C的積分分離P I D算法在張力控制中的應用[J].紡織學報，2 0 0 8,0 8:1 0 9~1 1 2.

[9]王偉，惠晶.一種無傳感器的恒張力控制系統(tǒng)設(shè)計[J].江南大學學報(自然科學版)，2 0 1 1,0 5:5 5 1~5 5 4.

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