CN104001733A

CN104001733A - 防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法

Info

Publication number: CN104001733A
Application number: CN201410087222.1A
Authority: CN
Inventors: 许磊; 刘栩; 蒋婷
Original assignee: GUANGXI LIUZHOU YINHAI ALUMINUM INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: GUANGXI LIUZHOU YINHAI ALUMINUM INDUSTRY Co.,Ltd.
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: CN104001733B

Abstract

本发明公开了一种防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，包括预先测定相关系数；轧机机组开始穿带后，系统通过临界条件判别式实时判断带材与张力测量辊之间是否存在打滑现象；当判别式不被满足时，电磁离合器保持闭合状态，张力测量辊由电机直接传动；当判别式被满足时，电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动；当实际张力值达到或超过预设定的张力值时，若系统仍然判断存在打滑现象，则需继续增大张力值，直至系统判断不存在打滑现象时，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。本发明能够使张力测量辊在最恰当的时机转为惰性辊且不与带材间发生打滑，带材的下表面可得到有效的保护，张力测量辊的使用寿命也能够得到延长。

Description

防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法

技术领域

本发明涉及金属压力加工技术领域，尤其是一种防止热连轧机组间张力测量辊与带材接触时打滑的控制方法。

背景技术

热连轧机组在对带材进行轧制时，需要通过升起机架间的张力测量辊与带材进行接触。其目的在于一方面可对建张后的带材张力进行测量，另一方面由于张力测量辊升起后的高度略高于轧制标高线，可对带材起到一定的张紧作用。张力测量辊通过电机进行传动，但若电机传动张力测量辊的旋转速度与带材的速度不匹配时，张力测量辊与带材的下表面就会打滑，既损害了带材的下表面质量，又磨损了张力测量辊表面的镀层(一般采用碳化钨镀层)，极大的减少了张力测量辊的使用寿命。因此，张力测量辊一般为空心辊，质量较轻，转动惯量小，这样可保证即使施加较小的力也能令其旋转，为建张后仅作为被动辊使用创造了条件，即建张后不再由电机传动，而由带材与其辊面接触并形成一定包角，进而利用相互之间的摩擦力传动。由于前滑等因素的存在，机架间带材的速度很难精确计算。因此，张力测量辊的速度控制成为一个亟待解决的问题。现有的一种方案是，在张力测量辊辊端与传动电机之间的联接轴上安装有电磁离合器，穿带时离合器处于连接状态，电机驱动张力测量辊转动；当带材咬入张力测量辊后一台轧机的辊缝，且安装在张力测量辊下方的张力计检测到张力时，离合器即由闭合状态转入分开状态，张力测量辊由带材带动旋转。该方式的不足之处在于，即使张力计已经检测到带材张力施加在张力测量辊上的压力，但由于此时张力可能还未达到张力预设定值或张力预设定值偏小，都有可能导致带材与张力测量辊之间无法达到静摩擦的状态，摩擦力不足以带动张力测量辊旋转，则仍然存在打滑。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，本发明考虑通过找到离合器分开的最佳时间点，并建立对张力预设定值的校核机制，从而解决现有连轧机组间张力测量辊与带材接触时打滑的技术方案来该难题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，在前后两台轧机之间的张力测量辊上安装张力计，张力测量辊经电磁离合器与电机连接，其特征在于包括以下步骤：

A、测定带材与张力测量辊之间的摩擦力系数；

B、测定张力测量辊空载时，由电机驱动张力测量辊的实测扭矩值；

C、轧机机组开始穿带后，基础自动化控制系统通过调整各轧机的轧制速度使带材的张力逐渐趋于一预设定的张力值，并实时判断带材与张力测量辊之间是否存在打滑现象；

是否存在打滑现象通过对张力值的临界条件来判断，其判别式如下：

当张力实际值满足上式时，带材与张力测量辊不存在打滑现象；

带材的张力实际值T的计算式为：

联立上两式可得：

经简化得张力计直接测量的数值的临界条件判别式：

其中，为张力计直接测量的数值，该数值是带材张力施加在张力测量辊上的压力值，单位为N；是在无带材与张力测量辊接触的条件下，由电机直接传动张力测量辊所得到的实测扭矩值，单位是N·m；是张力测量辊的辊子半径，单位是mm；为自然底数，；是带材与张力测量辊间的摩擦系数，经摩擦系数仪测量得到；是带材与张力测量辊间所形成的包角，单位为度；为前一台轧机与张力测量辊间的带材与水平线的夹角，单位为度；为后一台轧机与张力测量辊间的带材与水平线的夹角，单位为度；G为张力测量辊的自重，单位为kg；

带材与张力测量辊间所形成的包角的计算式为：

其中，为张力测量辊中心线和前一机架工作辊中心线的水平距离，单位为mm；为张力测量辊中心线和后一机架工作辊中心线的水平距离，单位为mm；为张力测量辊上辊面高度与轧制标高线的垂直距离，单位为mm；

当张力计直接测量的数值不满足临界条件判别式时，带材与张力测量辊存在打滑现象，此时，张力测量辊的电磁离合器保持闭合状态，张力测量辊由电机直接传动；

当张力计直接测量的数值满足临界条件判别式时，带材与张力测量辊不存在打滑现象，此时，基础自动化控制系统向张力测量辊的电磁离合器发送打开信号，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动；

D、当实际张力值达到或超过预设定的张力值时，若基础自动化控制系统仍然判断带材与张力测量辊间存在打滑现象，则说明机架间张力预设定值偏小，此时，需通过调整轧机的轧制速度来继续增大张力值，直至基础自动化控制系统判断带材与张力测量辊间不存在打滑现象时，向电磁离合器发送打开信号，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。

上述增大张力实际值的方法中，更具体的技术方案还可以是：张力测量辊由电机直接传动时，基础自动化控制系统实时地计算带材的速度，以带材的速度作为目标值来控制张力测量辊的速度；

驱动张力测量辊的电机的输出线速度的计算式为：

其中，为轧机的实测转速值，单位为mm/s；为张力测量辊的传动电机输出线速度，单位为mm/s；

前滑值的计算式为：

其中，为该台轧机的入口厚度，单位为mm；为出口厚度，单位为mm；为轧辊半径，单位为mm。

进一步的，步骤D中继续增大张力值，通过降低张力测量辊前一台轧机的轧制速度来调整。

进一步的，每次降低张力测量辊前一台轧机的轧制速度的速降步长设定为5mm/s。

本发明的工作原理是：通过建立对张力预设定值的校核机制，找到安装于传动电机与张力测量辊轴端之间的电磁离合器的最佳分开时间点，并给出当实际张力值不能确保带材与张力测量辊之间处于无打滑状态时的传动电机设定线速度的计算方法。通过利用张力测量辊的反馈值、带材与张力测量辊间摩擦系数的离线测定、张力测量辊的空载扭矩测定值以及带传动的相关理论等参数和方法对张力预设定值进行校核，计算出带材与张力测量辊间处于无打滑状态的张力临界值。当实测张力小于该临界值时，电磁离合器处于闭合状态，由传动电机向张力测量辊提供转矩。当实测张力大于该临界值时，由基础自动化系统向电磁离合器发送打开信号，此时张力测量辊成为惰性辊，依靠带材对其进行传动，并确保两者之间无打滑。同时对张力设定值进行校核，当张力设定值不能满足要求时，可通过增大张力设定值来确保两者之间无打滑。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：对张力测量辊的传动电机转速和电磁离合器进行控制，能够使张力测量辊在最恰当的时机转为惰性辊且不存在打滑现象，则带材的下表面可得到有效的保护，大大提高成材率。

附图说明

图1是张力测量辊与前后轧机配合轧制带材的状态示意图。

图2是张力测量辊工作时的受力分析示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述：

如图1所示，在热连轧机组中，前一机架工作辊1和后一机架工作辊2之间设置有张力测量辊3，在张力测量辊3的下端安装有张力计4，张力测量辊3通过电磁离合器与电机传动连接。带材5在穿带并且未建立张力时，张力测量辊3的电磁离合器处于闭合状态，张力测量辊3由电机直接驱动，此时，基础自动化控制系统实时地计算带材5的速度，以带材5的速度作为目标值来控制张力测量辊3的速度，在张力测量辊3端安装有测速编码器来测定张力测量辊的实际转速，可实时反馈辊子转速并形成控制闭环，从而尽量减小摩擦面的相对滑动；当机架间的带材5初步建立起张力后，由基础自动化控制系统实时判断带材5与张力测量辊5间是否存在打滑现象，若存在打滑现象，电磁离合器维持闭合状态，则张力测量辊仍然由电机进行传动，速度控制方法参照建张前的步骤；若不存在打滑现象，则向电磁离合器发送打开信号，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动；当机架间的带材初步建立起张力后，基础自动化控制系统通过调整各机架的轧制速度使张力逐渐趋于一事先设定好的张力值，即微恒张力控制技术；带材张力的设定值一般是根据工艺人员的经验来确定，张力预设定值的确定为现有技术，如“铝热连轧中带材的张力及张力控制”（2003年第11期《轻金属》第57至第58页所公开的技术方案以及类似技术方案）；当张力的实际值已经达到张力预设定值时，基础自动化控制系统实时判断带材与张力测量辊间是否存在打滑现象，若存在打滑现象，则说明机架间张力预设定值偏小，需继续增大张力值，电磁离合器维持闭合状态，张力测量辊由电机进行传动，张力值增大至基础自动化控制系统判断带材与张力测量辊间不存在打滑现象时，向电磁离合器发送打开信号，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。

下面对防止带材和张力测量辊打滑的控制步骤逐一进行具体介绍。

A、测定带材与张力测量辊之间的摩擦力系数。

B、测定张力测量辊空载时，由电机驱动旋转的实测扭矩值。

C、轧机机组开始穿带后，由穿带到稳定轧制的过程中，基础自动化控制系统通过调整各轧机的轧制速度使带材的张力由小变大，逐渐趋于一预设定的张力值，并实时判断带材与张力测量辊之间是否存在打滑现象；

由图2的几何关系和受力分析可知，各主要参量之间存在以下关系：

（1）

其中，为张力计直接测量的数值，该数值是带材张力施加在张力测量辊上的压力值，单位为N；为带材对张力测量辊施加的垂直压力，单位为N；为由张力计检测到的力换算得到的张力实际值，单位为N；G为张力测量辊的自重，单位为kg；为前一台轧机与张力测量辊间的带材与水平线的夹角，单位为度；为后一台轧机与张力测量辊间的带材与水平线的夹角，单位为度；

由式(1)可知，张力实际值T为：

（2）

判断带材与张力测量辊之间是否存在打滑现象的张力值的临界条件的推导过程如下：

首先在无带材与张力测量辊接触的条件下，由电机传动张力测量辊并记录电机传动控制柜所测量到的实测扭矩值，该扭矩值是电机通过传动轴直接传动张力测量辊的轴心所得到的，也是当通过带材传动张力测量辊时，带材施加在张力测量辊上的圆周力所需要克服的阻力矩，假设该实测扭矩值为，则换算成带材施加在张力测量辊上的圆周力需满足以下条件(无打滑的情况下)：

（3）

其中，是在无带材与张力测量辊接触的条件下，由电机直接传动张力测量辊所得到的实测扭矩值，单位是N·m；R为张力测量辊的辊子半径，单位为m；当圆周力时，则圆周力无法克服张力测量辊自身旋转的阻力矩，则必然会产生打滑现象。当带材所传递的圆周力超过带材与辊面之间的极限摩擦力总和时，带材与辊面将发生显著的相对滑动，因此，需要求出圆周力的最大有效圆周拉力；由带传动相关理论可知，带传动的最大有效圆周拉力为：

（4）

上式表明张力、包角、摩擦系数越大，带传动的最大有效圆周拉力越大，带传动的承载能力也越高。由于，因此联立上两式可得：

（5）

当张力实际值满足上式时，带材与张力测量辊不存在打滑现象。

将式(2)代入式(5)可得：

(6)

其中，为自然底数，；是带材与张力测量辊间的摩擦系数，经摩擦系数仪测量得到；是带材与张力测量辊间所形成的包角，单位为度。

实施例中的带材与张力测量辊间的摩擦系数的测定过程如下：取带材和张力测量辊的金属表面各一块，尺寸均为8 cm×20cm，测定时在试样的接触面上喷淋实际轧制过程中所使用的冷却润滑液，此外需保证试样的温度与实际轧制时的温度一致，以保证测定环境与实际情况尽量相符；将一个试样的实验表面向上，平整的固定在水平实验台上，试样与试验台的长度方向应平行；将另一试样的试验表面向下，包住滑块毛毡的一面，用胶带在两侧固定；将固定有试样的滑块无冲击的放在第一个试样中央，并使两试样的试验方向与滑块方向平行且测力系统恰好不受力，将标准滑块与传感器连接，在软件界面点击运行试验，试验结束后，取下滑块，点击回位，目的是保护传感器。应测试多组试样，由仪器统计分析实验结果，并打印出结果。

如图1和图2所示，带材与张力测量辊间所形成的包角的推导计算过程如下：

前一机架与张力测量辊间的带材与水平线的夹角为：

（7）

则后一机架与张力测量辊间的带材与水平线的夹角为：

（8）

带材与张力测量辊间所形成的包角的计算式为：

（9）

其中，为张力测量辊中心线和前一机架工作辊中心线的水平距离，单位为mm；为张力测量辊中心线和后一机架工作辊中心线的水平距离，单位为mm；为张力测量辊上辊面高度与轧制标高线的垂直距离，单位为mm。

当张力计直接测量的数值不满足临界条件式（6）时，带材与张力测量辊存在打滑现象，此时，张力测量辊的电磁离合器保持闭合状态，张力测量辊由电机直接传动；张力测量辊由电机直接传动时，基础自动化控制系统实时地计算带材的速度，以带材的速度作为目标值来控制张力测量辊的速度；

驱动张力测量辊的电机的输出线速度的计算式为：

前滑值的计算式为：

当张力计直接测量的数值满足临界条件式（6）时，带材与张力测量辊不存在打滑现象，此时，基础自动化控制系统向张力测量辊的电磁离合器发送打开信号，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。将的临界值代入式(2)可得张力实际值的临界值，即带材与张力测量辊间不发生打滑的临界张力值，张力预设定值大于该临界张力值，则表明该张力预设定值可以确保带材对张力测量辊进行无打滑传动，无需对张力预设定值进行更改。

D、当实际张力值达到或超过预设定的张力值时，若基础自动化控制系统仍然判断带材与张力测量辊间存在打滑现象，则说明机架间张力预设定值偏小，张力测量辊仍然由电机进行传动，可略微降低该张力测量辊前一台轧机的轧制速度，来继续增大张力值，每一次的速降步长可设定为5mm/s，降速后利用临界条件对张力测量辊与带材间是否打滑进行判断，若仍然打滑，则再次将张力测量辊前一台轧机的速度降低5mm/s，如此反复，直至基础自动化控制系统判断带材与张力测量辊间不存在打滑现象时，向电磁离合器发送打开信号，将电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。

实施例1

设置张力测量辊中心线和前一机架工作辊中心线的距离为1900mm；张力测量辊中心线和后一机架工作辊中心线的距离为3600mm；张力测量辊上辊面高度与轧制标高线的垂直距离为200mm；张力测量辊的自重为200kg；某两个机架间的张力预设定值为12000N；经过测定带材与张力测量辊辊面的摩擦系数为0.15。则前一机架与张力测量辊间的带材与水平线的夹角为：

则后一机架与张力测量辊间的带材与水平线的夹角为：

带材与张力测量辊间所形成的包角为：

在无带材与张力测量辊接触的条件下，由电机传动张力测量辊并记录电机的实测扭矩值为610N·m；张力测量辊的半径为0.08m。经推导张力计的测量值需满足以下条件时不发生打滑：

即N时，带材与张力测量辊间不发生打滑。

在张力测量辊前后机架均穿带成功的情况下，由基础自动化PLC系统实时判断实测张力值是否满足式（6），当N时，式(6)得以满足，此时张力测量辊的电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。将的临界值代入式(2)可得张力实际值的临界值为：

N

其中为带材与张力测量辊间不发生打滑的临界张力值，

则张力预设定值12000N大于，表明该张力预设定值可以确保带材对张力测量辊进行无打滑传动，无需对张力预设定值进行更改。

在由穿带到稳定轧制的过程中，张力值是一个由小变大，逐渐向设定值逼近的值，当张力计的测量值未满足式(6)时，即实际张力值还未达到能确保带材与张力测量辊间无打滑的临界状态时，电磁离合器为闭合状态，设置张力测量辊的前一台轧机的入口厚度为13mm；出口厚度为6mm；该轧机的实测转速值为3000mm/s，轧辊半径为500mm。前滑值的计算式为：

电机设定速度的计算公式为：

mm/s

当张力值逐渐增大，直到N 时，由基础自动化控制系统向电磁离合器发送打开信号，此时由带材对张力测量辊进行传动，不再由电机对张力测量辊进行传动。

实施例2

设置张力测量辊中心线和前一机架工作辊中心线的距离为1900mm；张力测量辊中心线和后一机架工作辊中心线的距离为3600mm；张力测量辊上辊面高度与轧制标高线的垂直距离为200mm；张力测量辊的自重为200kg；某两个机架间的张力预设定值为60000N；经过测定带材与张力测量辊辊面的摩擦系数为0.11。则前一机架与张力测量辊间的带材与水平线的夹角为：

则后一机架与张力测量辊间的带材与水平线的夹角为：

说明该时刻的实际张力值已到达预先的设定值，即。

带材与张力测量辊间所形成的包角为：

在无带材与张力测量辊接触的条件下，由电机传动张力测量辊并记录电机的实测扭矩值为5110N·m；张力测量辊的半径为0.08m。经推导张力需满足以下条件时不发生打滑：

即N时，带材与张力测量辊间不发生打滑。

在张力测量辊前后机架均穿带成功的情况下，由基础自动化PLC系统实时判断实测张力值是否满足式（6），当N时，式(6)得以满足，此时张力辊电磁离合器分开，张力测量辊由带材进行传动。将的临界值代入式(2)可得张力实际值的临界值为：

N

其中为带材与张力测量辊间不发生打滑的临界张力值。

由于张力预设定值小于，表明即使实际张力值已经达到预先的设定值，但仍然不能确保带材与张力测量辊之间处于无打滑状态，可以考虑增大张力值。可通过略微降低该张力测量辊前一台轧机轧制速度的方式，使张力值逐渐增大，轧机的速降步长可设定为5mm/s。当轧机完成降速后，张力实际值已增至N，已满足N的条件，由基础自动化PLC系统发出张力测量辊的传动轴与传动电机间离合器脱开的信号，张力测量辊不再由电机传动，而由带材进行传动，并可以保证带材与张力测量辊间无打滑。

当实测张力值未满足式(6)时，张力测量辊仍然由电机进行传动。利用电机进行传动的时间包括张力实际值达到设定值所用的时间和实际值达到设定值之后的轧机速降调节时间。设该台轧机的入口厚度为15 mm；出口厚度为10mm；该轧机的实测转速值为4000mm/s。轧辊半径为500mm。前一台轧机轧制时的前滑值的计算式为：

电机设定线速度的计算公式为：

mm/s

通过降低张力测量辊前一台轧机的轧制速度，使得实际张力值逐渐增大，直到N时，由基础自动化系统向电磁离合器发送打开信号，此时由带材对张力测量辊进行传动，不再由电机对张力测量辊进行传动。

Claims

1.一种防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，在前后两台轧机之间的张力测量辊上安装张力计，张力测量辊经电磁离合器与电机连接，其特征在于包括以下步骤：

A、测定带材与张力测量辊之间的摩擦力系数；

带材的张力实际值T的计算式为：

联立上两式可得：

经简化得张力计直接测量的数值的临界条件判别式：

其中，为张力计直接测量的数值，该数值是带材张力施加在张力测量辊上的压力值，单位为N；是在无带材与张力测量辊接触的条件下，由电机直接传动张力测量辊所得到的实测扭矩值，单位是N·m；是张力测量辊的辊子半径，单位是m；为自然底数，；是带材与张力测量辊间的摩擦系数，经摩擦系数仪测量得到；是带材与张力测量辊间所形成的包角，单位为度；为前一台轧机与张力测量辊间的带材与水平线的夹角，单位为度；为后一台轧机与张力测量辊间的带材与水平线的夹角，单位为度；G为张力测量辊的自重，单位为kg；

带材与张力测量辊间所形成的包角的计算式为：

2.根据权利要求1所述的防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，其特征在于：张力测量辊由电机直接传动时，基础自动化控制系统实时地计算带材的速度，以带材的速度作为目标值来控制张力测量辊的速度；

驱动张力测量辊的电机的输出线速度的计算式为：

前滑值的计算式为：

3.根据权利要求1或2所述的防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，其特征在于：步骤D中继续增大张力值，通过降低张力测量辊前一台轧机的轧制速度来调整。

4.根据权利要求3所述的防止张力测量辊相对于连轧带材打滑的控制方法，其特征在于：每次降低张力测量辊前一台轧机的轧制速度的速降步长设定为5mm/s。