立式活套輔助輥控制原理

金 琳， 孫 抗， 李文波， 呂 劍

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司冷軋作業部， 河北 唐山 063210）

連續產線的目標在于實現工藝段的連續生產，入口段、出口段和工藝段之間通過活套進行分割[1-3]。活套的張力必須保持在一個預設的范圍內[4]。如果活套帶有多個輔助輥，這些輥子的慣量損失與帶鋼的慣量損失在加減速過程中對活套張力的影響很大，因此需要在活套內設置驅動輥來限制活套的張力損失[5-8]。本文將對立式活套輔助輥的控制方案進行研究，并重點分析輔助輥速度與加速度計算、輔助輥慣量補償兩個方面的內容。

1 輔助輥的速度與加速度計算

立式活套建張運行時，如果活套入口側和出口側的速度不同，那么輔助輥將會以不同的速度旋轉[9-10]。旋轉的速度根據輔助輥在活套中的位置確定，每個輔助輥在活套中都有一個位置編號。活套內的第一個輔助輥位置編號為1，如果在某一個輥上的帶鋼速度較上一個輥有所提高，那么輔助輥編號加1。因此可根據輔助輥的位置編號確定輔助輥的速度與加速度，位置編號起到了速度與加速度計算中的“質量因子”的功能。輔助輥的速度與加速度設定值如下：

式中：VrollX為輔助輥X 的線速度設定值，m/s；Vin為活套的入口線速度，m/s；Vout為活套的出口線速度，m/s；ArollX為輔助輥X 的加速度設定值，m/s2；Vin為活套的入口加速度，m/s2；Vout為活套的出口加速度，m/s2；NX為輔助輥的位置編號，Nlooper為活套的道次數。

圖1 活套輔助輥位置與區域劃分

2 輔助輥的慣量補償

輔助輥的慣量補償可以采用兩種方法：僅補償帶驅動輔助輥的慣量損失；分區域對所有輔助輥的慣量損失都進行補償。

2.1 驅動輥的慣量補償

驅動輥的慣量補償只對帶驅動的輔助輥進行慣量補償，此時需要補償的慣量損失包括驅動輥的慣量和電機的慣量兩個部分，驅動輥補償轉矩如下：

式中：TQDVDT為驅動輥補償的慣量損失，N·m；JMOT為驅動輥電機的轉動慣量，kg·m2；JROLL為驅動輥的轉動慣量，kg·m2；AROLL為驅動輥的加速度，m/s2；i 為電機與輥之間的減速比；D 為驅動輥直徑，m。

2.2 區域慣量補償

區域慣量補償就是對活套劃分區域，對區域內所有輔助輥的慣量損失進行補償，其補償效果更好。每一個區域中包含一個帶驅動的輔助輥，區域內所有輔助輥的慣量損失由這個帶驅動的輔助輥進行補償。活套區域通過固定輔助輥的一半進行劃分，半輥在區域內造成的張力損失只能計算一半。為了折算驅動輥的補償轉矩，應先計算出區域輔助輥造成的張力損失：

式中：TX為輔助輥X 產生的張力損失，N；TQX為輔助輥X 的慣量轉矩損失，m；JROLIX為輔助輥X 的轉動慣量，AROLIX為輔助輥X 的加速度，m/s2；DX為輔助輥X的輥徑，m。

因此可計算出區域輔助輥張力損失之和：

式中：TZONE為區域所有輔助輥的張力損失，N；T1為1號輔助輥的張力損失，N；T2為2號輔助輥的張力損失，N；TX為X號輔助輥的張力損失，N。

根據區域輔助輥的張力損失可計算驅動輥的補償轉矩為：

式中：TQD1為區域輔助輥慣量轉矩補償，Nm。

驅動輥電機的慣量損失可通過轉動慣量計算：

式中：TQD2為驅動輥電機的慣量轉矩補償，Nm。

在一個活套區域內驅動輥的補償轉矩為全部輔助輥與電機補償轉矩之和：

式中：TQD為驅動輥的區域慣量轉矩補償，Nm。

2.3 驅動輥帶鋼慣量補償

活套內帶鋼重量所產生的慣量損失可通過驅動輥進行補償，采用驅動輥補償帶鋼慣量時其牽引能力應大于速度變化時輥的輸出轉矩。區域帶鋼慣量損失通過驅動輥補償時應先計算區域帶鋼慣量所產生的張力損失。如圖2，活套區域1 包含4個道次的帶鋼，每個道次的帶鋼質量分別為m1-m4，對應的加速度如表1 所示。

通過對照表1 可計算區域1 內帶鋼慣量產生的張力損失如下：由于不同道次的帶鋼質量相同，帶鋼加速度呈等差數列，即有以下關系:

因此活套區域1 中帶鋼慣量產生的張力損失可表示為：

式中：TINERTIA_STRIP為活套區域1 內帶鋼慣量產生的張力損失，N；ρ 為帶鋼密度，kg/m3；Sact為活套套量，m；為帶鋼的寬度，m；Lwidth為帶鋼的厚度，m；Lthick為區域1 內的帶鋼道次數。

根據活套區域1 內帶鋼慣量導致的張力損失可計算區域1 驅動輥的帶鋼慣量補償轉矩為：

圖2 活套區域帶鋼慣量計算

表1 區域帶鋼質量與加速度對照表

3 結論

1）活套輔助輥的運行速度、加速度與其在活套內的位置有關，文中給出了輔助輥速度和加速度的計算方法。

2）活套輔助輥的慣量補償可分為驅動輥的慣量補償和區域慣量補償，文中給出了在兩種驅動輥補償轉矩的計算方法；

3）活套帶鋼的慣量補償可通過卷揚電機或輔助輥其一進行補償，文中給出了通過輔助輥補償帶鋼慣量的方法。