重卷拉矫机组中张力辊与拉矫机的运用

陈一通 陈志君

摘要：根據重卷拉矫机组的工艺需求，建立了拉矫机与张力辊组的控制系统，结合生产中拉矫机不同的工作状态，介绍张力辊的速度控制方式及延伸率的定义和实现方式。

关键词：重卷拉矫机 延伸率 张力辊

0 前言

拉伸弯曲矫直单元主要由拉伸弯曲矫直机（简称拉矫机）和张力辊组组成，拉矫机是一种带材料平直度矫直设备，在张力辊拉伸和拉矫机连续交替反复弯曲的联合作用下使带材产生塑性延伸而获得平直度矫直，能消除带材的瓢曲、边缘浪形和镰刀弯等三元形状缺陷，明显提高板型质量。张力辊组是拉伸弯曲矫直单元的重要组成部分，可保证拉矫张力，同时控制入口和出口张力辊组之间的速度差，得到带材拉伸所需要的延伸率。

控制系统必须尽快响应加减速过程中带材、张力辊组和拉矫机的惯量变化，否则带材和辊子之间会打滑，产生质量缺陷。本文介绍的拉矫机的控制方式，有效提高了延伸率稳定性及响应速度，保证了带材表面质量。

1 拉矫机原理

拉矫机综合了连续张力矫直与辊式矫直的特点，是一种在张力辊组的弯曲、拉伸辊连续反复交替弯曲的联合作用下使得带材产生塑性延伸而获得矫直的工艺过程。处于张力作用下的带钢带材，经过弯曲辊的弯曲时，由于弯曲应力和拉伸应力两种不同方向的力的联合作用，产生塑性延伸变形，丛然使得三元形状缺陷得以消除，随后再经过矫直辊将残余曲率矫平，经过拉矫机的带钢带材大大提高了成材率。

2 张力辊组及其控制

张力辊组一般由拉矫机入口和出口呈S形分布的张力辊组成，作用是使带钢带材产生一定的张力，后张力辊组的线速度略微高于前张力辊组，即前后张力辊组存在一定的速度差，带钢的张力就是由线速度差产生的。入口张力辊组的作用是提高入口段张力，提供带钢达到所需的拉矫张力;出口张力辊组的作用是使带钢张力降低到拉矫后序工艺所需张力。常见的张力辊组一般有入口2辊出口2辊和入口4辊出口4辊两种结构形式。张力辊的数目及布置形式决定于带钢带材矫直所需要的最大拉矫张力和拉矫前后工艺段带钢张力。张力辊的包角和辊面摩擦系数对张力辊前后的张力有着一定的影响。

张力辊张力和包角的关系如图1。

张力辊组张力分配关系如图2。

通常拉矫机前后张力辊组为前后4辊的分布如图3。

其中，4#张力辊为入口张力辊组速度基准辊，5#张力辊为出口张力辊速度基准辊。为保证张力辊组之间的负荷平衡，张力辊组之间的辊子的负荷都是根据电机的功率大小进行分配。

根据欧拉公式（eix=cosx+isinx），辊组中的每一个辊子的电机在选型时都考虑了相关的放大系数，给与每个辊子一定比例的力矩百分比，就能实现辊与辊之间负荷平衡控制。其中，传动系统通过DP网络从PLC信号中获得速度与张力给定信号。

3拉矫机及延伸率控制

拉矫机采用2弯2矫形式，其构造如图4所示。

带钢进入拉矫机后，先经过弯辊再经过矫直辊，辊系打开闭合可通过液压设备快开快合，也可通过涡轮涡杆调整控制辊系。

延伸率即是发生永久变形而不至于断裂的性能，计算公式为：

公式中，L0为带钢拉矫前的长度，L为带钢拉矫后长度。

由于带钢长度与线速度成正比，实际的延伸率可以写成：

公式中，V0为入口张力辊线速度，V为出口张力辊线速度。

4#5#张力辊上的编码器收集的数据信号作为延伸率的测量值，根据设定的延伸率调整拉矫机的张力，进而实现延伸率的闭环控制。

延伸率一般通过2种方法控制，一是速度控制，二则是张力控制。

速度控制就是拉矫机前后张力辊组均为速度控制，前后张力辊的速度差产生一定的延伸率，即拉矫机前张力辊速度设定为V，拉矫机后张力辊速度为（1+φ）V。

张力控制就是拉矫机后张力辊组做速度控制，前张力辊组开环控制，通过调节前张力辊组的转矩限幅来得到所需要的延伸率。

对于拉矫机的工作方式，一般拉矫机会有2种控制方式，其一是拉矫机压下进行延伸率控制，另一种则是拉矫机处于打开状态不做延伸率控制。

拉矫机投入压下做延伸率控制，可通过PLC选择速度控制方式或者张力控制方式来实现延伸率的控制，目前产线中的机组采用的是通过速度控制方式实现延伸率控制，计算出入口的速度差得到实际延伸率。

拉矫机处于打开状态，拉矫机前后张力辊组中间无间隔，速度基准只有一个，所以拉矫机出口张力辊组作为基准速度进而做速度控制，入口的张力辊组做开环张力控制。

在拉矫机开环控制中，由于工艺没有提供张力设定值，为在不投入拉矫机延伸率控制时候仍然保持拉矫段张力恒定，给与一个固定的转矩，将此固定转矩作为转矩限幅投入开环张力控制中，从而保持维持拉矫段张力恒定。拉矫机入口张力辊开环张力控制系统框图如图5所示。

在实际的生产过程中，延伸率的响应过程的速率对带材带钢的影响也比较大，当机组中拉矫段投入了延伸率控制模式时候，机组起车到达一定的速度，延伸率控制便会投入。

现场实际生产中延伸率的变化如图6所示。

从图6中可见，随着机组速度的变化，延伸率也会有着对应的响应，当机组速度开始提升至高速时候，通过6秒左右的响应，延伸率的实际值趋于稳定。

4结语

带钢通过连续退火之后，部分带钢还存在一定的缺陷，经过重卷拉矫机组，通过张力辊的控制及拉矫机的延伸率控制的实现，改善了带钢板型，大大提高了重卷拉矫机组的带钢成材率的同时，也保证了机组运行的稳定性。

参考文献

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