张力设置及驱动控制浅谈MicrosoftWord文档

连续生产线张力设置及驱动控制浅谈一.张力的作用及数值选择1.张力的作用及其影响连续生产线的带钢必须在张力之下运行，张力的最基本作用是保证带钢的正常运行，即使带钢尽可能沿着生产线中心线运行而不致因走偏造成边部刮伤甚至断带。同时，纠偏辊也只有在张力足够的情况下才能起到纠偏的作用。在镀锌生产线上，连续进行着各种工序，不同的工序各有其特点，张力的产生和作用也不尽相同。有了张力辊，就可以把各个区域的张力隔开，在不同的区域设置不同大小的张力。1.1开卷张力开卷张力主要是防止开卷时具有弹性的轧硬卷发生松动，在开卷机轴上发生横向偏移，形成喇叭状，影响带钢沿着中心线进入生产线。1.2清洗段张力清洗段一般需要较大的张力，因为清洗段有很多的挤干辊、刷洗辊，不管其是在动力作用之下主动运转还是无动力作用之下被动运行，它们对带钢都有一定的作用力，如果其轴线与生产线中心线不垂直，或其水平度偏差较大，都会造成给带钢的作用力与生产线运行方向不一致的现象，会有一个侧向分力，使带钢沿辊子的表面向侧面滑行，严重时被箱体内的机件刮伤，造成断带事故，如图所示。生产实际表明，这种现象经常发生。防止这一事故发生的办法除严格检测挤干辊、刷洗辊的垂制度、水平度以外，就是适当加大清洗段的张力。1.3活套张力卧式活套的张力过小除易造成钢带走偏以外，还会使钢带严重下垂，活套摆壁开合时对钢带造成刮伤甚至断带，也会使钢带和卷扬机钢丝绳产生振动而引起张力的波动。一般卧式活套之后带钢便进入炉区，活套张力过大会影响到炉区张力的稳定。1.4炉区张力炉区张力控制是镀锌生产线的重点和难点，这是因为炉区内带钢必须被加热到再结晶温度范围以上，而生产线出现故障，速度下降或停车时，带钢的温度会更高。在700～800℃下的带钢的抗拉强度极低，塑性很高。如果张力较高，甚至由于张力波动造成的瞬时张力过高，都会使带钢拉断而造成停产事故的发生。在生产线正常运行的情况下，张力的作用也会使炉区带钢受到拉伸而发生宽度变窄的现象。表１800℃时炉内带钢宽度变窄数值带钢厚度（mm）带钢宽度变窄数值（mm）0.40～0.5660.57~0.7450.75~1.5041.503而在相同张力作用之下带钢在炉内宽度变窄的数值随炉温的升高而加大。因而，在保证带钢正常运行的情况下炉内张力必须尽可能小。但正常情况下，均会造成带钢一定数值的宽度变窄，必须靠选择原材料时适当增加轧硬卷的宽度来弥补。大部分情况下，带钢都或多或少地存在边部波浪现象。带钢通过辊子时中间接触较紧，受到的力大一些，而边部接触较松，甚至不接触，受到的力小一些，甚至没有。炉内张力过大还会造成薄板在高温下连续发生打折的现象。这是因为在辊子附近整个带钢的横截面方向上张力不均匀，而在离辊子一定距离的地方相对均匀，这样在过渡区就会产生一对由两侧向中心的侧向力，加上带钢在炉内的强度较低，极易使带钢中部鼓起，以打折状态进入炉鼻辊。如图２所示，有时板形不良时，带钢上会形成斜方向的应力流，也会产生斜状打折。这种现象一旦产生，就会使侧向力加大，形成恶性循环，很难恢复，造成大量的废品，必须立即降低板温和炉内带钢的张力才能消除。炉内张力还会影响到板形。张力过小时，带钢在重力作用之下的下垂现象加大，而边部的下垂现象更加明显，在高温之下边部浪形加重，给带钢通过气刀带来困难，也加大了以后矫直的难度。如适当提高张力可以使带钢中心部位在高温下产生少量的塑性变形，抵消部分边部浪形。1.5工艺段的张力在工艺段，带钢从沉没辊到冷却塔顶转向辊之间的距离很长，如果张力过小会造成带钢的振动，影响镀锌的均匀性，如果带钢有少量边部缺口，也易被气刀刮断。当然，如果张力过大，同样会使带钢产生C形弯曲，即在横截面的方向上的弯曲，影响横截面方向上的镀层均匀性，并加大边部缺口被刮断的倾向。相对而言，工艺段的张力必须比炉区张力大一些，才能达到理想状态。1.6光整机张力光整机对带钢的作用相当于压下量较小的轧机，必须要更高的张力，才能使带钢产生一定量的塑性变性，并消除屈服平台。光整机张力由光整机专门控制。1.7拉矫机张力拉矫机处张力最高，正是在极高的张力作用之下，带钢在尺寸较小的矫直辊上产生塑性变形，消除波浪、改善板形，并消除屈服平台。1.8出口活套张力出口活套一般是立式活套，活套张力的作用主要是防止钢带走偏。1.9卷取张力卷取张力影响到钢卷的松紧。张力小了易塌卷，张力大了又会使边缘过厚、气刀痕等缺陷的影响扩大化，造成卷取翘边、抽筋等缺陷，钢卷再打开时产生严重的边浪或中部波浪。在处理质量异议时经常出现客户反映远距离运输后厚板在外圈数圈同一位置发生局部变黑的现象，这是因为卷取张力太小，板与板之间的间隙过大，在运输中受力部位发生相互摩擦造成的，因而厚板的张力必须足够大，保证板子之间紧密接触。2.张力数值的决定2.1一般而言，带钢的总张力与其横截面积大体成正比关系。带钢单位面积的张力叫单位张力，单位张力的大小有一定的经验数据可以参考，表2是镀锌线各区域的单位张力参考数据，可以采用单位张力乘以截面积的方法来计算带钢的总张力。式中：T——某区域的带钢张力，kg；q——某区域的单位张力，；b——带钢宽度，mm；h——带钢厚度，mm。表2镀锌线各区域单位张力参考数据表生产线区域形式单位张力（）开卷正常化学处理过的钢卷0.8～1.51.3～2.2入口活套立式活套水平活套0.6～1.51.6～2.5退火炉立式炉（带有热张辊）卧式炉（带有热张辊）卧式炉（无热张辊）0.6～1.20.5～1.20.8～2.0工艺段1.5～2.5光整拉矫一般老外亲自上手调试高张力区，专门控制出口活套立式活套0.5～1.2卷取一般涂油卷1.8～3.22.0～4.0表3彩涂线各区域张力系数参考数据表（）区域入口入口活套清洗段初涂段精涂段出口活套卷取张力系数0.85～1.01.0～1.21.5～2.5～3.0～3.01.3～2.0～2.52.2张力与厚度和宽度的关系前面介绍了张力与厚度和宽度基本是线性关系，但对于某一生产线而言，必须保证一定数值的张力才能克服被动辊子的摩擦力，保证辊子的同步运转，同样最大张力也受到一定的限制，所以在生产的产品厚度范围内，当厚度较小的区段和厚度较大的区段，实际张力和厚度都不是线性关系变化的，斜率相对要小一些，如下图所示。同样，在某一生产线生产的产品宽度范围内，实际张力取值也不是按绝对线性关系确定的，比如1200mm宽的板子张力一般不是1000mm宽的板子的120％，而是取110％左右。2.3张力与钢种的关系生产线带钢的张力与钢材的屈服强度有一定的关系，可按下面的公式进行验算。——张力系数，它是带钢实际张力与带钢屈服极限的比值。张力系数的经验公式如下：式中——系数，根据机组的类型选取；对于电解清洗机组，；对于重卷和准备机组，；对于纵切机组，；对于连续退火和镀层机组，；对于张力矫直机组，。在生产实际中，一般根据理论上的经验公式计算出一个不同规格不同区域的张力表进行试用，根据试用中表现出的电机电流情况，钢带运转情况，产品质量情况等一系列综合结果，结合各区域张力之间的协调关系，进行调整，再投入试用，并不断调整，最终才能得到一个比较合理的张力表。下面是某公司实际使用的张力表，供参考，其中光整机和拉矫机张力是初始设置数据，正常运行时由控制系统自动控制。表4镀锌线张力表举例（kg）厚度Mm开卷机入口活套炉区工艺段光整机拉矫机出口活套卷取机0.2026030019043020803204500.2226532023045021003405000.2528034025047021503806000.282903802904903600/415022004406800.323104203205503700/420023005007800.373304603806003800/440025005808800.423605004206203950/460027006409800.473905704506404100/4900300069011000.57430670540720330078012500.67470750580800350088013500.72490790610840360092014400.87540840650890370099015600.975608706809203800102017001.17600910700960390010401900二.生产线张力的产生及协调关系1.从拔河游戏看生产线张力的关系生产线的张力是由开卷机、张力辊、活套卷扬机、卷取机等张力设备对钢带施加力量，而且是共同作用的结果。为了更直观地理解这一点，我们不妨把生产线看成是一个复杂一些的拔河运动，把钢带看成是拔河的绳子，而把各种张力设施看成是拔河运动员。所不同的是这条“绳子”——钢带不是在一条直线上，而是在生产线上绕来转去；除头尾的两个“运动员”——开卷机和卷取机是各自朝前拉和朝后拉的以外，中间“运动员”——张力辊不是分成两队对拉，而是穿插在中间，有的朝前拉，有的朝后拉；“绳子”——带钢也不是固定不动的，而是不断向前运动的，是一种动中的平衡。另外带有转向辊的拉力装置，我们可以把它看成是生产线的活套，不管是水平的或立式的，其作用力是一样的。我们可以画出绳子上的张力分布图，从中可以看出从左到右，如小人往左拉，就使张力升高，如小人往右拉，就使张力下降。张力由零开始上升，经过有升有降的整个过程后又归于零，即向左拉的合力和向右拉的合力为零，处于平衡状态。活套不改变钢带的张力，但活套卷扬机必须提供带钢根数倍的力量来平衡前后的拉力。2.生产线实际张力的分布与平衡关系下面以新大中3号线为例来分析张力的分布情况。从图７上可以看出，张力辊设备有4种不同的情形：（1）2号S辊、3号S辊、8号S辊和卷取机是向前拉动钢带，要消耗网上的电能，将电能转换成带钢的张力。（2）开卷机、热张辊、5号S辊虽然也在向前运转，但是靠钢带拉动向前运转的，而且电机通过减速箱给带钢施加了反方向的阻力矩，或者说带钢的张力传递给了电机，电机不但不消耗电能，反而还能发电，而往上提供电能。（3）1号S辊、5号S辊和7号S辊分别是入口段、工艺段、出口段的速度辊，它们虽然也能给带钢施加张力，但其主要作用是保证生产线的速度，在保证速度的前拉下提供必要的张力。（4）入口活套和出口活套一直处于拉动钢带的状态，即使正常运行时不运转，但也提供扭矩，消耗电能。在生产线稳定运转的状态下，如果不考虑摩擦、钢带通过辊子时弯曲消耗的能量等损耗，处于电动状态的电机提供的张力和处于发电状态的电机提供的反方向的张力是大小相等、方向相反的，电动机消耗的能量和发电机的能量也是相同的。但在事实上这种情况是不可能实现的，所以生产线还是需要消耗动力。另外，必须引起足够重视的是张力的波动问题。从理论上讲在正常运转的情况下，整个生产线上所有的辊子都是作匀速转动，张力也是平衡的。但会有各种各样的因素影响张力的平衡。比如入口停车焊接时，平衡关系就会被打破，开卷机张力很快由一定的数值下降为零，1号S辊由向前运转立即停止向后拉动带钢，活套也由保持状态转为放套状态，靠3号S辊将活套内的带钢拉向炉内。出口停车剪切也是同样的情况。另外还有生产线速度的升速和减速、板形的变化、局部区域张力的调整、某个辊子的故障等等。这些情况不但会给电机和传动系统带来冲击，也会使生产线的张力或速度造成很大的波动。事实证明整个生产线的张力都是相互联系的，牵一发而动全身，入口发生的情况也影响到出口，出口发生的情况也会影响到入口。这些张力波动达到一定的数值就会造成断带事故的发生。防止办法一方面就是靠操作时平缓的升速，平缓的减速、停车，另一方面必须在进行驱动设计时，设置专门机构来消除张力的波动。有一家公司在生产薄板入口停机时经常发生1号S辊处断带事故，到了无法正常生产的程度，给公司带来的损失很大。起初都认为是原材料问题，确实生产某些公司的原材料时断带事故少些，而生产另一些公司的原材料时断带多一些。但本人经现场观察分析，断口是被瞬时较大的张力拉断的，于是判断是入口停车速度过快，开卷机巨大的拉力瞬时消失，1号