金屬帶材壓力加工中張力控制系統探究

摘 要： 在進行金屬帶材壓力的加工時，張力控制系統的應用十分重要，但是其系統有著一定的復雜性。因此，在實際應用時，需要全面考慮到各環節，不斷的探索金屬帶材的壓力加工過程，以應用張力控制系統的方法，實現對產品的質量、效率的全面提升。

關鍵詞： 金屬;帶材;壓力加工;張力控制系統

一、 張力控制概述

張力控制包括了直接張力控制與間接張力控制。直接控制系統就是對張力傳感器的高效利用，張力傳感器當中測量得到的張力就是加工系統的實際張力，將所得的這個實際張力與系統給定的張力進行對比研究，然后從中得到一個偏差值，再根據這個偏差值對系統進行有效的控制，使實際張力與給定的張力無限的接近，直到達到一致。由于這是一個測量—對比—調節的過程，所以直接控制也被稱為反饋控制，具有良好的精確性與實時性，一般用于對精度和速度要求比較高的張力控制場合。間接張力控制系統不必使用任何檢測器來對實際張力進行測量，而是只給定一個張力設定值，工作人員通過對各種影響張力的因素的參數進行綜合的分析，然后再根據分析的結果對其進行一定的調節，以達到保持張力穩定的目的。由于間接張力控制不用形成相對閉環的控制，而是通過對電流的有效調節來保持張力的恒定，所以間接張力控制也叫作補償張力控制。

二、 軋機工作的工藝要求以及系統設計思想分析

（一）軋機工作的工藝要求

冷軋精軋機的具體工作流程如下：開卷機工作將帶材送入開卷夾送輥中，然后再將帶材送入軋機進行軋制工作;軋制完成后，帶材從軋機中被送到卷取夾送輥，然后由收卷機將帶材卷取并脹緊。另外，軋機還要滿足一系列的參數要求：

1. 尺寸要求：冷軋精軋機開卷機的卷筒直徑為0.5m，最大可開卷直徑為1.4m的帶材。開、收卷卷筒寬度為550mm，卷筒最大漲縮直徑為510mm。

2. 速度要求：冷軋精軋機的卷取速度要保持在0～10m/s之間，軋制速度控制在0～8m/s之間，同時電動機的轉速要控制在0～1560r/min之間。

3. 其他要求：軋制過程中的張力控制在300～4000N之間可調，同時軋制電機的輸出功率要穩定為145kW;卷取機需設置大小電機，根據帶材厚度自由選取。另外，帶材厚度、帶材寬度等都有一定的技術要求。

（二）張力控制系統的設計思想分析

1. 軋機在開始工作的加速階段或者結束工作的減速階段，張力控制系統要補償因速度變化造成動態力矩的變化而引起的張力變化，要使軋機的工作速度與卷取機的工作速度保持一致，從而減少張力的變化。

2. 控制因卷徑的變化而引起的張力變化，從而減少張力變化對帶材軋制質量造成的影響。

3. 處理因卷徑和卷取機負載質量的增加以及外界其他因素變化而造成的控制系統模塊參數改變的問題，保持整個控制系統的穩定性，從而避免張力發生變化，控制帶材軋制質量。

為解決以上三個問題，一般采用張力間接控制法以及張力直接控制法等兩種方法結合的方式對軋制過程中的張力進行控制。例如：在張力出現以及張力消失的階段采用間接控制法，此時對張力進行動態補償;在穩定工作階段，采用直接控制法，從而精確的控制張力。可以說以上三個問題不僅只是張力控制系統中需要面對的問題，而且還是張力控制系統的設計指導思想。

三、 控制原理的分析

（一）間接張力控制方法

在建張、消張的過程中，應用間接張力控制的方法，就如之前所說的還有很多間接張力控制方法，但是在現階段應用最為廣泛的是最大力矩法。最大的力矩控制的系統就有下面幾點：

1. 在磁場范圍內的電機，隨著其線圈直徑變化而變化，選擇方面不會受到阻礙，實現制造出標準化的電機。

2. 低速輥直徑沒有實現最大化的價值，進而對機械的應力和損耗都有所減少。

3. 應該先升壓弱磁控制地方式，在全磁電機的啟動過程中，可以有效地減少無功率所造成的影響。

4. 在電機的全電壓狀態下，能夠有效的提升其功率，在進行軋制的時候應該實現控制其加速、減少變化，比如說：在每一批不同寬度條帶直徑，與夾送輥和卷取機摩擦之間的變化量被認為是卷取機的轉矩。它主要是在連接張力時進行調節的，是張力控制系統的設計和調試關鍵。

（二）直接張力控制法

在軋制階段進行穩定的時候，要使用張力控制方法，其中主要是通過電流調節器的控制原理，并且其主要組成部分有轉速和張力調節器，以及控制對象等。

1. 在整個投入運轉的過程中，我們要在整個系統啟動和停止時間進行有效的調速處理，從而使其能夠正常運轉。

2. 在長時間的卷取機的工作中，在構建張力中剪裁掉了調節速度的調節器，并且把速度環路進行有效的解除，而且在單圈工作中，其電路的輸入端是非常緊張的，從而形成了一個閉環的結構。在氣壓的流通中，其張力環都是進行詳細的操作的。在間接張力控制系統中，其最大的轉矩控制方式得到理論進一步的推廣和應用，從而有利于控制張力的目的。

3. 在整個工業工程加工中，如果其張力存在不足的時候，要對設備進行進一步的調節，從而來擴大張力，這樣可以達到工廠加工的需求，但是在整個控制過程中，雙向調節是非常重要的，并且還要與其系統結合來完成。

參考文獻：

[1]田瑜，王京，李靜，雙機架可逆冷軋機張力控制系統的研究[J]，電氣傳動，2016（18）.

[2]單秀慶，金屬帶材壓力加工中張力控制系統的探究[J]，科技創業家，2013（20）.

作者簡介：? 占偉，江西贛安安全生產科學技術咨詢服務中心。