帶鋼精整機組漸變張力助卷新技術

王 鵬，孫亞波，劉渭苗，崔衛華，段錦濤

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

經冷軋機組軋制后的帶鋼，必須經過精整處理加工，才能得到高質量的合格產品。精整機組主要進行重卷、修邊等工序。

帶鋼精整機組一般具備上開卷、下開卷和上卷取、下卷取功能。帶鋼卸卷完成后，執行自動助卷。卷取軸頭支撐抬起支撐卷筒，出口轉向輥擺動伸縮導板擺起伸出到助卷位，助卷器進入，助卷皮帶抱住卷筒，機組聯動，皮帶包裹帶鋼進入卷筒，助卷2～3圈后，助卷器退出，出口轉向輥擺動伸縮導板縮回并擺下到初始位，自動助卷完成，進行帶鋼精整處理生產。

一般自動助卷時[1-12]，帶鋼與卷筒之間以及鋼卷內圈之間由于摩擦系數很小易發生打滑，造成助卷后的鋼卷內圈溢出，大大降低了鋼卷合格率。

本文針對鋼卷內圈溢出問題，開發了漸變張力助卷新技術，顯著提高了鋼卷合格率。

1 工藝布置

上卷取自動助卷工藝布置如圖1所示，出口轉向輥擺動伸縮導板起輔助導向帶鋼穿帶作用；助卷皮帶包裹卷筒輔助實現帶鋼卷取。

1.出口轉向輥擺動伸縮導板 2.帶鋼 3.卷筒 4.助卷器圖1 自動助卷工藝布置圖(上卷取)

上卷取自動助卷工藝流程為：

(1) 卷取軸頭支撐抬起支撐卷筒；

(2) 出口轉向輥的擺動伸縮導板擺起、伸出到上卷取位置；

(3) 助卷器進入，下擺臂抱住卷筒，助卷皮帶包裹卷筒；

(4) 機組聯動，出口轉向輥的壓輥壓下，夾送帶鋼經由擺動伸縮導板進入助卷器皮帶與卷筒之間；

(5) 機組繼續聯動，卷取2～3圈；

(6) 出口轉向輥的擺動伸縮導板縮回、擺下到初始位；

(7) 助卷器下擺臂打開，退回到初始位；

(8) 機組聯動進行精整生產。

下卷取自動助卷工藝布置如圖2所示，助卷皮帶包裹卷筒輔助實現帶鋼卷取。

1.出口轉向輥擺動伸縮導板 2.帶鋼 3.卷筒 4.助卷器圖2 自動助卷工藝布置圖(下卷取)

下卷取自動助卷工藝流程為：

(1) 卷取軸頭支撐抬起支撐卷筒；

(2) 出口轉向輥的擺動伸縮導板擺起、伸出到下卷取位置；

(3) 助卷器進入，上擺臂抱住卷筒，助卷皮帶包裹卷筒；

(4) 機組聯動，出口轉向輥的壓輥壓下，夾送帶鋼經由擺動伸縮導板進入助卷器皮帶與卷筒之間；

(5) 機組繼續聯動，卷取2～3圈；

(6) 出口轉向輥的擺動伸縮導板縮回、擺下到初始位；

(7) 助卷器上擺臂打開，退回到初始位；機組聯動進行精整生產。

本文著重研究自動助卷過程中，卷取機的控制方案，通過合理控制卷取機的速度以及轉矩，使卷取機轉矩與帶鋼和卷筒以及鋼卷內圈之間的摩擦力相平衡，避免了打滑的發生，解決助卷后的鋼卷內圈溢出問題。

2 原有卷取機控制模式

通常自動助卷時，卷取機控制模式分兩種：

(1) 速度控制模式，同時設置轉矩限幅。帶鋼達到卷筒與助卷皮帶結合處前，卷取機按照預設定的速度控制，帶鋼進入卷筒與助卷皮帶之間，且負載達到轉矩限幅值后，卷取機速度保持機組速度，力矩保持轉矩限幅值。

(2) 轉矩控制模式，同時設置速度最大值。帶鋼達到卷筒與助卷皮帶結合處前，卷取機按照機組速度附加速度激勵控制，帶鋼進入卷筒與助卷皮帶之間，且負載達到轉矩預設定值后，卷取機速度保持機組速度，力矩保持轉矩預設定值。

(3) 上述兩種模式下，帶鋼進入卷筒與助卷皮帶之間后，卷取機出力為轉矩限幅值或者轉矩預設定值，均很難和帶鋼與卷筒的摩擦力匹配，從而，導致帶鋼與卷筒以及鋼卷內圈之間打滑，造成助卷后的鋼卷內圈溢出，如圖3所示。

圖3 鋼卷內圈溢出

3 漸變張力助卷新技術

為了解決帶鋼與卷筒之間以及鋼卷內圈之間打滑造成的鋼卷內圈溢出，開發了漸變張力助卷新技術。在助卷開始階段，以帶鋼和卷筒不發生打滑為原則，卷取機張力值隨帶鋼和卷筒之間摩擦力自動調整，保證內圈卷緊。在第一圈帶鋼形成后，助卷張力開始逐漸增大，直到達到設定卷取張力，此過程同樣以鋼卷內圈不發生打滑為原則，根據帶鋼與帶鋼之間摩擦力的實際值實時調整卷取機張力值，從而避免了帶鋼與卷筒之間打滑造成的鋼卷內圈溢出，控制流程如圖4所示。

圖4 漸變張力助卷控制流程圖

控制流程如下：

(1) 卷取機轉矩初段預設定值T0=T1，i=1；

(2) 比較卷取機轉矩反饋值Tf與T0的大小，如果Tf

(3) 比較卷取機速度va與vl的大小，如果va≥vl+vm，令卷取機轉矩預設定值T0=T0-Td，轉到步驟(2)繼續執行；

(4) 判斷i≤N是否成立，N為轉矩預設定值分段數，如果成立，令i=i+1，卷取機轉矩第i段預設定值T0=Ti，轉到步驟(2)繼續執行；否則，結束。

4 實例

某精整機組由于帶鋼表面涂油量大，導致帶鋼與卷筒之間以及鋼卷內圈之間的摩擦系數急劇下降，卷取后的鋼卷內圈溢出嚴重，卷取后的鋼卷都為廢品鋼卷。

將本文所提出的漸變張力助卷新技術應用于卷取機的自動助卷控制，經現場驗證，取得了良好地效果，鋼卷內圈溢出精度≤2 mm，完全達到雙方簽訂的精度≤5 mm，如圖5所示。

圖5 合格鋼卷

5 結論

本文分析了原有卷取機控制模式造成鋼卷內圈溢出的原因，提出了漸變張力助卷新技術。在助卷開始階段，以帶鋼和卷筒不發生打滑為原則，助卷張力隨摩擦系數自動調整，保證內圈卷緊。在第一圈帶鋼形成后，助卷張力開始逐漸增大，直到達到設定卷取張力，此過程同樣以鋼卷內圈不發生打滑為原則。此技術應用于某精整機組，控制效果良好，完全能夠滿足工業要求。

[1] 周國盈. 帶鋼精整設備[M]. 北京,機械工業出版社，1979.

[2] 譚剛，陳兵. 冷軋后處理機組張力輥設計計算[J]. 四川冶金,2010(02).

[3] 孫亞波，張康武. 穩定夾送輥理論設計方法[J]. 重型機械, 2012(06).

[4] 孫亞波，張康武. 帶鋼高速精整線開卷和卷取動態分析[J]. 重型機械, 2013(06).

[5] 任玉成. 拉伸彎曲矯直機基本工藝參數的確定[J]. 四川冶金，2005(02).

[6] 連家創. 矯直理論與卷取原理[M]. 北京,機械工業出版社，2011.

[7] 孫一康. 帶鋼熱連軋的模型與控制[M]. 北京：冶金工業出版社, 2007.

[8] 劉玠.冷軋生產自動化技術[M]. 北京：冶金工業出版社, 2006.

[9] 李慶揚, 王能超, 易大義. 數值分析[M]. 武漢: 華中科技大學出版社, 2001.

[10] 李健，顏云輝. 基于薄板固有特性的連續熱鍍鋅帶鋼表面質量在線控制. 機械工程學報, 2011(02).

[11] 宋建芝.帶鋼精整機組張力輥計算和設計研究.冶金設備,2009(01):43-47.

[12] 孫亞波，張康武. 帶鋼高速精整線開卷和卷取動態分析. 重型機械, 2013(06): 30-33.