CN106345842A - 一种卷取机传动功率计算方法及张力梯度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种卷取机传动功率计算方法，基于张力梯度与电机机械特性，包括以下步骤：设定卷取机卷取张力梯度；将钢卷等分为MAXNUM段；计算第i段钢卷直径及其对应的卷取张力；计算传动速比与传动电机功率初值，计算卷筒轴上的动态张力；卷取机以最高速度运行，计算折合到电机轴上的传动转矩以及传动电机工作频率；计算卷取机正常工作要求的传动电机机械特性曲线；本发明深入研究了卷取机动态特性，考虑了张力梯度和传动电机机械特性，形成比较完善的基于张力梯度与电机机械特性的卷取机传动功率计算方法，根据该方法计算选取传动电机，能够保证卷取机严格按照设定好的张力梯度进行卷取，有效避免传动电机能力不足，应用于带钢精整处理，效果明显。

Description

一种卷取机传动功率计算方法及张力梯度控制方法

技术领域

本发明属于带钢精整处理技术领域，特别涉及一种卷取机传动功率计算方法及张力梯度控制方法。

背景技术

经冷轧机组轧制后的带钢，必须经过精整处理加工，才能得到高质量的合格产品。精整机组主要进行重卷、纵切、横切、表面检查等工序。

在精整机组中，开卷机和卷取机是最重要的设备，其稳定运行决定了整条机组的稳定良好运行。特别是卷取机，合适的张力梯度是卷取质量优良的决定因素。张力梯度设定以后，传动电机机械特性必须能够保证卷取机按照设定好的张力梯度进行卷取。因此，卷取机传动功率计算时，必须同时考虑张力梯度和传动电机机械特性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种卷取机传动功率计算方法及张力梯度控制方法，深入研究了卷取机动态特性，考虑了张力梯度和传动电机机械特性，形成比较完善的基于张力梯度与电机机械特性的卷取机传动功率计算方法，根据该方法计算选取传动电机，能够保证卷取机严格按照设定好的张力梯度进行卷取，有效避免传动电机能力不足，应用于带钢精整处理，效果明显。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种卷取机传动功率计算方法，基于张力梯度与电机机械特性，包括以下步骤：

步骤一、设定卷取机卷取张力梯度T；

步骤二、将钢卷等分为MAXNUM段；

步骤三、自i＝1始，计算第i段钢卷直径D_i及其对应的卷取张力T_i；

步骤四、计算传动速比ratio与传动电机功率初值P₀；

步骤五、钢卷直径为D_i时，计算卷筒轴上的动态张力T_dyi；

步骤六、卷取机以最高速度v_max运行，钢卷直径为D_i时，计算折合到电机轴上的传动转矩M_i；

步骤七、卷取机以最高速度v_max运行，钢卷直径为D_i时，计算传动电机工作频率H_i；

步骤八、比较判别式i＞MAXNUM是否成立，如果不成立，令i_new＝i+1，转到步骤四，循环计算，直到判别式成立，转到步骤九；

步骤九、计算卷取机正常工作要求的传动电机机械特性曲线M_i＝f(H_i)；

步骤十、根据电机技术手册查得功率为P₀的电机机械特性曲线M＝f(H)，比较判别式M＝f(H)≥M_i＝f(H_i)是否成立，如果不成立，查找上一档功率电机的机械特性曲线进行比较，直到判别式成立，转到步骤十一；

步骤十一、得到卷取机传动电机参数：功率P、机械特性曲线M＝f(H)。

所述步骤一中，卷取机卷取张力梯度T设定为

$T=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&sigma;}}_1{B}_{max}{h}_{max}(D_0\&le;D\&le;D_1)\\ {\mathrm{\&sigma;}}_2{B}_{max}{h}_{max}(D_1<D\&le;D_2)\\ {\mathrm{\&sigma;}}_3{B}_{\max }{h}_{\max }(D_2<D\&le;D_{\max })\end{array}\right.$

式中：D₀为卷筒直径，D_max为卷径最大值，D₁、D₂分别为钢卷直径分段值，σ₁、σ₂、σ₃为各卷取段卷取张应力值，B_max为带钢宽度最大值，h_max为带钢厚度最大值。

所述步骤三中卷取张力T_i按下式确定：

$T_i=\left\{\begin{array}{c}16B_{max}{h}_{max}(D_0\&le;D_i\&le;650)\\ 14B_{\max }{h}_{\max }(650<D_i\&le;760)\\ 9B_{\max }{h}_{max}(760<D_i\&le;D_{max})\end{array}\right.$

所述步骤四中传动速比ratio按下式确定：

$ratio=\frac{{\mathrm{rN}}_0{\mathrm{\&pi;D}}_d}{1000v_{max}}$

式中，r为传动电机弱磁倍数，N₀为传动电机额定转速，v_max为机组最高速度，D_d为机组升速到v_max时的卷筒当量直径，T_a为正常加减速时间，h_min为带钢最小厚度；

所述步骤五中卷筒轴上的动态张力T_dyi按下式确定：

$T_{dyi}=\left\{\begin{array}{c}{T}_{ai}(T_{di}\&le;T_i)\\ T_{ai}(T_{di}>T_i,T_{di}-T_i\&le;T_{ai})\\ T_{di}-T_i(T_{di}>T_i,T_{di}-T_i>T_{ai})\end{array}\right.$

T_ai是卷取机加速时加速动态张力，式中：ε_a为卷取角加速度，J₁为卷取机卷筒及减速机、电机折合到卷筒上的转动惯量之和，J_2i为卷取机卷筒上直径为D_i的钢卷的转动惯量，T_a为正常加减速时间，m_i为对应直径D_i的钢卷的质量；

T_di是卷取机快停减速时减速动态张力，式中：ε_d为卷取角减速度，T_d为快停减速时间；

所述步骤六中折合到电机轴上的传动转矩M_i按下式确定：

$M_i=\frac{(T_i+T_{dyi})(D_i/1000)}{2ratio}$

所述步骤七中传动电机工作频率H_i按下式确定：

$H_i=\frac{H_0{\mathrm{ratiov}}_{max}}{N_0\mathrm{\&pi;}(D_i/1000)}$

式中：H₀为传动电机基频，N₀为传动电机额定转速。

所述步骤二中可令MAXNUM＝100。

本发明还提供了基于所述卷取机传动功率计算方法的张力梯度控制方法，根据功率P、机械特性曲线M＝f(H)，选取传动电机，从而保证卷取机严格按照设定好的张力梯度进行卷取。

与现有技术相比，本发明建立了基于张力梯度与电机机械特性的卷取机传动功率计算方法，计算卷取机传动功率时，同时考虑了设定的张力梯度和电机机械特性曲线，能够保证卷取机严格按照设定好的张力梯度进行卷取，有效避免传动电机能力不足。

附图说明

图1是本发明卷取机传动功率计算方法流程图。

图2是本发明卷取机正常工作要求的传动电机机械特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明所提出的一种基于张力梯度与电机机械特性的卷取机传动功率计算方法包括下述步骤：

步骤一、根据机械设备结构、生产工艺参数、来料带材规格及所选系列电机技术手册，输入以下参数：卷取机卷筒及减速机、电机折合到卷筒上的转动惯量之和J₁、卷筒直径D₀、卷径最大值D_max、正常加减速时间T_a、快停时间T_q、机组最高运行速度v_max、带钢最大宽度B_max、带钢最小厚度h_min、带钢最大厚度h_max、传动电机基频H₀、传动电机额定转速N₀、传动电机弱磁倍数r；

步骤二、设定卷取机卷取张力梯度T；

$T=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&sigma;}}_1{B}_{max}{h}_{max}(D_0\&le;D\&le;D_1)\\ {\mathrm{\&sigma;}}_2{B}_{max}{h}_{max}(D_1<D\&le;D_2)\\ {\mathrm{\&sigma;}}_3{B}_{\max }{h}_{\max }(D_2<D\&le;D_{\max })\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：D₀——卷筒直径，mm；

D_max——卷径最大值，mm；

D₁、D₂——钢卷直径分段值，mm；

σ₁、σ₂、σ₃——各卷取段卷取张应力值，MPa；

B_max——带钢宽度最大值，mm；

h_max——带钢厚度最大值，mm。

步骤三、将钢卷等分为MAXNUM段，令MAXNUM＝100，设i的初始值为1；

步骤四、计算第i段钢卷直径D_i及其对应的卷取张力T_i；

$D_i=D_0+(i-1)\frac{D_{max}-D_0}{MAXNUM}(1\&le;i\&le;MAXNUM)---\left(2\right)$

根据工程经验，取σ₁＝16Mpa、σ₂＝14Mpa、σ₃＝9Mpa、D₁＝650mm、D₂＝760mm，得到卷取张力T_i：

$T_i=\left\{\begin{array}{c}16B_{max}{h}_{max}(D_0\&le;D_i\&le;650)\\ 14B_{\max }{h}_{\max }(650<D_i\&le;760)\\ 9B_{\max }{h}_{max}(760<D_i\&le;D_{max})\end{array}\right.---\left(3\right)$

步骤五、计算传动速比ratio与传动电机功率初值P₀；

计算如下：

$ratio=\frac{{\mathrm{rN}}_0{\mathrm{\&pi;D}}_d}{1000v_{max}}---\left(4\right)$

式中：r——传动电机弱磁倍数；

N₀——传动电机额定转速，r/min；

v_max——机组最高速度，m/min；

D_d——机组升速到v_max时的卷筒当量直径，mm。

卷筒当量直径D_d计算如下：

$D_d=D_0+\frac{50v_{\max }{T}_a{h}_{min}}{3{\mathrm{\&pi;D}}_0}---\left(5\right)$

式中：T_a——正常加减速时间，s；

h_min——带钢最小厚度，mm。

$P_0=\frac{14B_{max}{h}_{max}{v}_{max}{D}_{max}}{60000D_{0}r\mathrm{\&eta;}}---\left(6\right)$

式中：η——传动效率，取η＝0.95。

步骤六、钢卷直径为D_i时，计算卷筒轴上的动态张力T_dyi；

卷取机加速时，加速动态张力T_ai按下式计算：

$T_{ai}=\frac{2000(J_1+J_{2i}){\mathrm{\&epsiv;}}_a}{D_i}---\left(7\right)$

式中：ε_a——卷取角加速度，rad/s²。

J₁——卷取机卷筒及减速机、电机折合到卷筒上的转动惯量之和，单位：Kg.m²；

J_2i——卷取机卷筒上钢卷(直径为D_i)的转动惯量，单位：Kg.m²。

${\mathrm{\&epsiv;}}_a=\frac{v_{\max }}{30T_a(D_i/1000)}---\left(8\right)$

式中：T_a——正常加减速时间，S。

$J_{2i}=\frac{m_i(D_i^2+D_0^2)}{8}---\left(9\right)$

式中：m_i——对应直径D_i的钢卷的质量，Kg。

卷取机快停减速时，减速动态张力T_di按下式计算：

$T_{di}=\frac{2000(J_1+J_{2i}){\mathrm{\&epsiv;}}_d}{D_i}---\left(10\right)$

式中：ε_d——卷取角减速度，rad/s²。

${\mathrm{\&epsiv;}}_a=\frac{v_{\max }}{30T_d(D_i/1000)}---\left(11\right)$

式中：T_d——快停减速时间，S。

如果，T_di≤T_i，则不考虑减速动态张力，卷取机动态张力为T_dyi＝T_ai。

如果，T_di＞T_i，分下面两种情况：(1)如果(T_di-T_i)≤T_ai，则不考虑减速动态张力，卷取机动态张力为T_dyi＝T_ai；(2)如果(T_di-T_i)＞T_ai，则不考虑加速动态张力，卷取机动态张力为T_dyi＝(T_di-T_i)。则有下式：

$T_{dyi}=\left\{\begin{array}{c}{T}_{ai}(T_{di}\&le;T_i)\\ T_{ai}(T_{di}>T_i,T_{di}-T_i\&le;T_{ai})\\ T_{di}-T_i(T_{di}>T_i,T_{di}-T_i>T_{ai})\end{array}\right.---\left(12\right)$

步骤七、卷取机以最高速度v_max运行，钢卷直径为D_i时，计算折合到电机轴上的传动转矩M_i；

$M_i=\frac{(T_i+T_{dyi})(D_i/1000)}{2ratio}---\left(13\right)$

步骤八、卷取机以最高速度v_max运行，钢卷直径为D_i时，计算传动电机工作频率H_i；

$H_i=\frac{H_0{\mathrm{ratiov}}_{max}}{N_0\mathrm{\&pi;}(D_i/1000)}---\left(14\right)$

式中：H₀——传动电机基频，Hz；

N₀——传动电机额定转速，rad/min。

步骤九、比较判别式i＞MAXNUM是否成立？如果不成立，令i＝i+1，转到步骤四，循环计算，直到判别式成立，转到步骤十；

步骤十、计算卷取机正常工作要求的传动电机机械特性曲线M_i＝f(H_i)；

M_i＝f(H_i),(0≤H_i≤rH₀) (15)

步骤十一、根据电机技术手册查得功率为P₀的电机机械特性曲线M＝f(H)，比较判别式M＝f(H)≥M_i＝f(H_i)是否成立？如果不成立，查找上一档功率电机的机械特性曲线进行比较，直到判别式成立，转到步骤十二；

步骤十二、得到卷取机传动电机参数：功率P、机械特性曲线M＝f(H)。

通过采用本发明所提出的基于张力梯度与电机机械特性的卷取机传动功率计算方法，对某汽车板重卷检查机组的卷取机传动电机选型进行计算分析。卷取机机械设备结构及工艺参数如下：卷取机卷筒及减速机、电机折合到卷筒上的转动惯量之和J₁＝28.025kgm²、卷筒直径D₀＝508mm、卷径最大值D_max＝2100mm、正常加减速时间T_a＝15s、快停时间T_q＝7.5s、机组最高运行速度v_max＝400m/min、带钢最大宽度B_max＝1880mm、带钢最小厚度h_min＝0.4mm、带钢最大厚度h_max＝2.5mm。根据所选系列电机参数，得到传动电机基频H₀＝50Hz、传动电机额定转速N₀＝990r/min、传动电机弱磁倍数r＝2.0。

主要计算结果如下：

传动速比ratio＝8.32693，功率初值645kW。

卷取机正常工作要求的传动电机机械特性曲线如图2所示。

对比所选系列电机技术手册，得到卷取机传动电机选型参数：P＝710kW。

按照计算结果，对某汽车板重卷检查机组卷取机传动电机进行了选型，实践证明，按照本发明的计算方法进行卷取机传动电机选型计算，完全满足工程需要。

Claims (5)

1.一种卷取机传动功率计算方法，基于张力梯度与电机机械特性，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、设定卷取机卷取张力梯度T；

步骤二、将钢卷等分为MAXNUM段；

步骤三、自i＝1始，计算第i段钢卷直径D_i及其对应的卷取张力T_i；

步骤四、计算传动速比ratio与传动电机功率初值P₀；

步骤五、钢卷直径为D_i时，计算卷筒轴上的动态张力T_dyi；

步骤六、卷取机以最高速度v_max运行，钢卷直径为D_i时，计算折合到电机轴上的传动转矩M_i；

步骤七、卷取机以最高速度v_max运行，钢卷直径为D_i时，计算传动电机工作频率H_i；

步骤八、比较判别式i>MAXNUM是否成立，如果不成立，令i_new＝i+1，转到步骤四，循环计算，直到判别式成立，转到步骤九；

步骤九、计算卷取机正常工作要求的传动电机机械特性曲线M_i＝f(H_i)；

步骤十、根据电机技术手册查得功率为P₀的电机机械特性曲线M＝f(H)，比较判别式M＝f(H)≥M_i＝f(H_i)是否成立，如果不成立，查找上一档功率电机的机械特性曲线进行比较，直到判别式成立，转到步骤十一；

步骤十一、得到卷取机传动电机参数：功率P、机械特性曲线M＝f(H)。

2.根据权利要求1所述卷取机传动功率计算方法，其特征在于，所述步骤一中，卷取机卷取张力梯度T设定为

式中：D₀为卷筒直径，D_max为卷径最大值，D₁、D₂分别为钢卷直径分段值，σ₁、σ₂、σ₃为各卷取段卷取张应力值，B_max为带钢宽度最大值，h_max为带钢厚度 最大值。

3.根据权利要求2所述卷取机传动功率计算方法，其特征在于，所述步骤三中卷取张力T_i按下式确定：

所述步骤四中传动速比ratio按下式确定：

式中，r为传动电机弱磁倍数，N₀为传动电机额定转速，v_max为机组最高速度，D_d为机组升速到v_max时的卷筒当量直径，T_a为正常加减速时间，h_min为带钢最小厚度；

传动电机功率初值P₀按下式确定：

式中：η为传动效率；

所述步骤五中卷筒轴上的动态张力T_dyi按下式确定：

T_ai是卷取机加速时加速动态张力，式中：ε_a为卷取角加速度，J₁为卷取机卷筒及减速机、电机折合到卷筒上的转动惯量之和，J_2i为卷取机卷筒上直径为D_i的钢卷的转动惯量，T_a为正常加减速时间，m_i为对应直径D_i的钢卷的质量；

T_di是卷取机快停减速时减速动态张力，式中：ε_d为卷 取角减速度，T_d为快停减速时间；

所述步骤六中折合到电机轴上的传动转矩M_i按下式确定：

所述步骤七中传动电机工作频率H_i按下式确定：

式中：H₀为传动电机基频，N₀为传动电机额定转速。

4.根据权利要求1或2或3所述卷取机传动功率计算方法，其特征在于，所述步骤二中令MAXNUM＝100。

5.一种基于权利要求1所述卷取机传动功率计算方法的张力梯度控制方法，其特征在于，根据功率P、机械特性曲线M＝f(H)，选取传动电机，从而保证卷取机严格按照设定好的张力梯度进行卷取。