钛及钛合金砂带磨削生产线张力控制器的简介、应用及校正

马铭+吴公平+张瑜

摘 要：文章主要介绍德国HAEHNE张力控制器在钛及钛合金带砂带磨削生产线上的两段张力段中的应用，同时又根据生产工艺的不同介绍了张力的分段投入使用，以及张力控制器的简单校正方法。

关键词：钛；钛合金；砂带磨削；生产线；张力控制器

中图分类号：TQ585.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0159-02

钛及钛合金带砂带磨削生产线是我单位主要的带材表面处理成套設备，可以实现砂磨和脱脂两套工艺。

1 生产线介绍

卷带透过设备线砂箱运作对卷带表面做修磨加工或清洗脱脂处理。

砂磨工艺流程：吊卷-放卷-引带-矫头-切头-前脱脂-前清洗-前除水-砂磨-除油-脱脂-清洗-后除水-烘干-冷却-检验-横剪-引出后驱-纠偏-收卷-打包-下卷。

脱脂工艺流程：吊卷-放卷-引带-矫头-切头-前脱脂-前清洗-前除水-脱脂-清洗-后除水-烘干-冷却-检验-引出后驱-横剪-纠偏-收卷-打包-下卷。

起始加工流程作业穿带顺畅，不必借助外在工具或增设焊接机，可一次性完成双面砂磨的加工作业，砂磨前清洗设备，可预先清洗热轧钛带表面油渍，确保砂磨质量。

砂磨机主动力采伺服电机，转距输出稳定，长期使用又有节能效益。操控系统采IPC搭配PLC及人机接口，操作简易方便。自动化结构为二级系统，预留三级接口。

2 张力

张力的重要性为人们所熟知，特别在带材生产加工的各项工艺过程中是不可或缺的重要因素，例如轧制工艺，拉弯矫直工艺等，同时在脱脂砂磨工艺过程中，张力也具有重要意义。（如图1）

张力，在单机生产的设备上通过卷取机构（如卷取机，打卷机，拉盘等）和开卷机构与压力轧制或加紧设备的速度差产生。可见，由于各类设备间存在速度差致使带材说道一定的拉力，这个力就是日常所称的张力。

脱脂砂磨生产线有两段张力段：第一段张力段，称为中段张力段，从后除水至引出后驱。第二段张力段，称为后段张力段，从引出后驱至收卷机。中段张力的投入防止带材在砂磨过程出现堆料等现象，保证了带材在砂磨过程的稳定，以及带材表面光洁度和板型良好。后段张力的投入防止在卷取过程中卷成塔形，使带材能准确进入卷取，并卷取均匀，保证带材的平直度。

3 德国HAEHNE张力控制装置介绍

3.1 带材张力测量系统基本资料

张力传感器利用应变原理作为测量单元，使用高稳定直流源（电压源或电流源）进行激励，可获得对力的变化（或负载变化）的快速反应。张力测量系统除用于现代高速冷连轧带钢轧机外，还可用于有色金属带材轧机、造纸机、纺织机以及其他工业的带材张力的精确测量和控制。

3.2 张力测量基本原理

在钢铁行业对带材张力进行张力检测时，张力传感器既可用于垂直法张力测量，又可用于水平法进行张力测量。

张力测量原理：带材（带钢或纸带）张紧在张力辊上，张力辊安装在张力传感器上，根据张力传感器的工作形式，既可通过测量水平分力、也可通过测量垂直分力来测量带材的张力。

其中：T-代表张力，张力辊加轴承座的重量用电气法补偿。

如果使用垂直式张力传感器，则通过测量张力的垂直分力FV来测量张力；如果使用水平式张力传感器，则通过测量张力的水平分力FH来测量张力。

如果带材通过张力辊的夹角恒定（已知），则传感器的输出信号与张力的大小成正比。则可测得张力大小。

测量方向的分力计算如下：

FV=T（sinα+sinβ）+FT（垂直法） 则 T=Fv-FT/（sinα+sinβ）

FH=T（conα+conβ） （水平法）

砂磨生产线安装的张力传感器都是采用水平法来测量张力的。

3.3 张力传感器的工作原理

HAEHNE的张力传奇的工作原理为电阻应变原理：当传感器的弹性题在测量方向受到力（F）的作用时，弹性体发生变形（L），黏贴到弹性体上电阻应变片也随之变形，电阻应变片的电阻值发生变化（R），利用惠斯顿电桥，将应变片的电阻变化转换成电压或电流的变化（V或L），在经过信号放大处理之后从而测出力的大小。惠斯顿电桥能及其精准的测量微小扰动，无需温度补偿。输出电压与所施压力成比例。

4 张力传感器的实际应用

生产线采用的是三菱PLC以及安川变频器进行整线的电气控制，同时采用了前段、中段和后段3座远程操作台。（如图2）

牵引部分：牵引一般采用速度控制的动力机构，他的主要任务是牵引着产品向前运行。

张力检测部分：它处于牵引和放卷或收卷之间，当生产的产品经过张力检测部分时，它能检测出动态瞬时的张力的大小。它是对张力直接进行检测，与机械紧密地结合在一起，是没有移动部件检测方式。通常采用两个张力传感器配对使用，将它们装在检测导向辊两侧的端轴上。原料通过检测导向辊施加压力，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值。

张力检测部分：它处于牵引和放卷或收卷之间，当生产的产品经过张力检测部分时，它能检测出动态瞬时的张力的大小。它是对张力直接进行检测，与机械紧密地结合在一起，是没有移动部件检测方式。通常采用两个张力传感器配对使用，将它们装在检测导向辊两侧的端轴上。原料通过检测导向辊施加压力，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值。

张力控制方式一般分为开环控制方式和闭环控制方式两种。开环控制是直接用具有类似卷绕特性n=kD（n为转速，k为常数，D为卷辊直径）的电动机来传动卷绕机构，采用PLC直接运算获得近似的恒张力运行，它是没有张力检测环节，开环控制随机性差，控制精度低。闭环张力控制有张力检测环节控制，在实际生产过程中，将被调量即张力进行反馈给PLC，与给定张力相比较，然后利用差值由PLC进行运算调节，对被控对象进行调节，使输出张力满足实际需求，这种控制方式称为直接张力闭环控制，这种方法不必考虑各种补偿，可以消除稳态误差，控制精度较高。

4.1 后段张力段

后段张力段采用了最简单的手动控制模式，生产人员根据带材的厚度和宽度算出收卷时所需的张力，然后通过旋钮手动在后段收卷转矩张力控制模块中输入计算出的张力值，再由后段的三菱CC-LINK数位传输模块传将所需的张力值输到中段操作台中的数据传输模块，中控台装有三菱PLC的远程数据传输模块负责与电气控制柜力的PLC进行通讯，数据输入PLC后，再由PLC控制收卷电机以及后驱动电机的变频器的输出，调节两台的速度，达到所需要的张力。后段张力是整线中一个阶段的控制，采用手动控制模式，同时配合CPC边部对齐装置，可以解决带卷塌卷、塔形等问题。

4.2 中段张力段

中段张力只有在生产线进行砂磨工艺时才投入使用，张力控制器采用了和后段张力控制器内部不同的管脚接法，实现全自动控制模式。

5 张力计的校正

我们在平时的工作中也会对张力计做简单的校正工作，方法如下：用一根软布带，一头绑在收卷机的芯轴上，另外一头模拟带材生产时的形式，穿过后驱动的两辊之间，再吊在天车的吊钩秤上，同时使张力传感器上升到极限位置。首先要校正张力计的零位，提升天车吊钩，使软布带绷紧贴在传感器上，吊钩秤显示0kg，这时我们调节张力计放大器上的旋钮，使张力计准确的显示0。然后提升天车一次校正500kg，1000kg，2000kg及3000kg，我们也会调节放大器上的旋钮保证张力计显示的数值与吊钩秤的数值一致，从而达到了对张力计的简单的校正。

参考文献：

[1]徐鹤贤.冷轧带材张力及其控制工艺探讨[J].特钢技术.

[2]孙铁凯，刘承杰，赵永和.冷轧带材张力测量[J].鞍钢技术.

[3]德国海纳电子有限公司.德国HAEHNE张力控制装置讲座 基础篇[Z].endprint