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热轧带钢的卷取控制设计
jiang_0514 发表于 2009/8/30 13:03:00 2664 查看 3 回复 [上一主题] [下一主题]
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关键字: 张力控制 AJC
Abstract: Because it is becoming an important quality guide line of the coil shape in the hot steel making.The and also the work roller AJC controll affect steel shape. The paper gives the tension control model according to the fact. The AJC design is good.It has important values for design of the steel making.
KEYWORDS: tension control AJC
1 概述
莱钢1500mm热轧带钢是一条年产300万吨的生产线，其生产工艺为加热、粗轧、热卷、精轧、层冷、卷取。卷取区由2台地下卷取机组成。带钢头部离开精轧机时，卷取机已经处于准备工作状态。带钢进入卷取机时，张力辊借助导板装置，在张力辊和卷筒之间形成封闭路径，使带钢顺利卷上卷筒。
在带钢卷入卷筒的头几圈，助卷辊进行踏步控制。待带钢卷上3-5圈后，带钢在卷筒和轧机之间即能建立稳定的张力。此时，上张力辊放松，传动电机采用“零电流”控制，助卷辊全部打开（卷厚带钢时，第一个助卷辊要始终压住带钢），进入正常卷取状态。
带尾即将离开轧机时，卷取机进入收卷状态，轧机和卷取机同时降速，助卷辊合拢，压住外层带卷。当带钢脱离末机架时，张力辊压紧，传动电机处于发电状态，使带钢在张力辊和卷筒之间建立张力，避免带尾跑偏或钢卷外层松散。
2 卷取张力控制模型设计
卷取张力控制控制的效果直接关系到1500mm热轧带钢热连轧生产线的成品和产量。张力控制的目的在于保证正常卷取时，1号或2号卷取机上的带钢张力恒定在设定值。为保持卷取机带钢张力的恒定，卷取机张力控制时主要考虑张力矩、弯曲力矩、摩擦力矩、随卷径变化的转动惯量补偿和加减速时的动态补偿力矩。
在实际控制中，卷取机有两种工作状态：速度控制状态和张力控制状态。在点动和穿带期间，它们工作在速度控制状态，穿带时，当卷取张力建立后，它们工作在张力工作状态。
从速度控制状态切换到张力控制状态是在切换逻辑控制下自动进行的。在切换到张力控制状态运行后，尽管卷取机的速度给定略高于精轧机组速度基准给定值。由于精轧机组和卷取机之间通过带钢的刚性连接，卷取机的实际速度不可能达到速度给定值，卷取机的速度调节器的输出饱和，传动系统转入张力控制。
由于速度调节器的输出达到限幅值，张力给定值由张力矩、摩擦力矩、弯曲力矩、加减速力矩的计算等的结果决定。
2.1卷径计算
卷取机上钢卷的卷径可以通过安装在卷取机及其相应的测速辊上的脉冲发生器的计数值计算出来。计算方法是在卷取机卷筒上定义一个旋转角度αh，测量与该角度相对应的带钢长度，即可计算出钢卷的卷径。
钢卷卷径按下列公式计算：
D = 2L / αh
其中：
αh 表示在卷取机卷筒上的旋转角度（以弧度表示）
D表示钢卷卷径
L表示与αh相对应的带钢长度
卷取机上钢卷卷径的每次采样的讨算结果都需要校验，对卷取机来说就是每次的计算结果都要大干上次的计算值，另外，还要采取必要的滤波方法，以滤去由于错误的采样值而导致的错误的计算值。
2.2张力力矩计算
带钢张力矩的计算公式如下：
Mz = F ＊ D / 2i
其中：
Mz表示张力矩
F表示张力设定值
i表示传动比
带钢张力设定值由操作站自动预设定，操作人员也可以修改
2.3弯曲力矩的计算
带钢弯曲力矩的计算接下列公式求得：
其中：
Mb表示弯曲力矩
h表示带钢厚度
δy表示屈服系数
L表示带钢宽度
2.4加速力矩的计算
卷取机电机的加速力矩由折算到电机轴上的转动惯量和带钢线加速度等参数计算出来。转动愤量包括固定部分和与钢卷规格有关的可变部分。固定部分由卷取机传动机构、卷筒等部分的转动惯量组成。可变部分由钢卷直径、带宽、钢的比重等参数决定。
由线速度变化和卷径变化决定的加速力矩计算公式如下：
其中：
K1表示固定部分的转动惯量系数
K2、K3表示取决于卷径变化的变化部分的转动惯量系数
L表示带钢宽度
D表示钢卷卷径
dv/dt表示加速度
系数K1、K2、K3在机组调试期间可以作一些调整，并最后确定。
钢卷的转动惯量由下列公式计算：
其中：
B表示带钢宽度
i表示减速比
ρ表示钢的比重
D0表示卷筒的胀开直径
K表示转动惯量计算修正系数
2.5摩擦力矩的计算
摩擦力矩补偿量是速度的非线性函数。该函数按设计经验和惯例将在调试阶段根据实际试验决定。
3 助卷辊踏步控制
卷取机结构简图如图1：
图1 卷取机结构简图
卷取机有三个助卷辊和弧形裙导板 ,它们的作用是引导带钢头部使之弯曲成形 ,卷紧在卷筒上,它是具有耐磨表面的实形体。每个助卷辊的径向合拢和张开方式 ,是通过电机、齿轮机 （速比i=1 ）和方向接轴来实现的。要求每个助卷辊都以相同的压力压在钢卷上 （压紧力由液压缸产生 ） ,助卷辊和裙导板是可更换的耐磨件。
助卷辊和卷筒之间的辊缝是可调的 ,辊缝δ大小直接影响卷取质量。δ值过大 ,钢卷不易卷紧 ,而头几圈容易打滑 ;δ值过小 ,带钢咬入时会产生撞击 ,引起助卷辊跳动 ,同样钢卷也不易卷紧 ,甚至打滑。通常卷取机根据带钢厚度、材质以及助卷辊的压力由计算机设定来确定辊缝δ值。
助卷辊具有辊子转动速度控制、助卷辊调节液压缸位置及压力控制功能。
3.1卷取机的踏步控制功能
自动跳步控制功能的实现，有赖于助卷辊的径向运动控制采用具有高响应性的液压伺服控制系统，以及精密的带头检测装置和准确的数学模型。
自动跳步控制的基本原理是：自动跟踪计算带钢位置并给电气控制发送信号。每个助卷辊都装有位置和压力控制器，在带钢卷取过程开始后，每当带钢头部转到距离任一助卷辊很近的位置时，该助卷辊都迅速抬起，和带钢脱离接触;而当带钢头部通过助卷辊后，该助卷辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢，并按压力控制方式运行。该过程将持续到卷取若干圈后全部助卷辊打开为止。良好的踏步控制系统应在保证带钢头部不与助卷辊相撞的前提下，尽可能缩小助卷辊和带钢脱离的时间，使卷形不受影响。
三个助卷辊跳跃时 ,总有两个助卷辊处于压力控制 ,以防止钢卷松散。为了安全起见 ,助卷辊的跳跃量略大于带钢厚度。
3.2 AJC功能主要控制内容
1#和2#卷取机均采用三助卷辊全液压地下卧式卷取机，卷形质量较好。三个助卷辊具有液压踏步控制功能（AJC）。
自动跳步控制是现代带钢热连轧机的一个新的控制功能，其目的是尽可能减小在卷取时由于带头和助卷辊相撞在带钢上产生的压痕。对带钢表面质量的这种损伤在带钢较厚时更为明显。AJC控制系统如图2:
图2: AJC控制系统简图
4 结论
本系统由于采用了很好的张力控制和AJC控制模型,所以故障率低,控制稳定，钢的卷形好,产品质量高,满足了市场需求,创造了巨大经济效益,是一套成熟的卷曲控制方案,可以在类似系统中推广应用。
参考文献:
〔1〕彭剑.非对称交叉轧制研究〔D〕.北京：清华大学，1990.
〔2〕卢秉林.轧辊非对称交叉控制板形的技术〔J〕.轧钢，1994 专辑：356～365.
〔3〕卢秉林.轧辊非对称交叉轧制交叉角控制模型〔J〕.钢铁，1996,31（2）:30～33.