CN106807760A - 冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，包括以下步骤：计算夹送辊前入口所需的最小张力；将最小张力与上压辊和夹送辊的压力之和进行比较；对张力进行优化控制。本发明的冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法既可确保活套内带钢无异常跑偏，又确保带尾无异常逃带及不影响焊接质量。

Description

冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法

技术领域

本发明涉及张力控制优化方法，更具体地说，涉及一种冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法。

背景技术

某酸轧生产线为了保证连续生产，在酸洗入口设置了1#活套，用于在入口段停车焊接时入口1#活套不间断向工艺段输送带钢。当酸洗入口停车时，入口1#活套的张力由活套前1#张力辊和1#活套卷扬所提供。甩尾至焊机时1#张力辊停车时提供的静态张力(1#张力辊上、下压辊及1#张力辊前夹送辊夹紧带钢)有限，经常出现由于在焊接甩尾过程中，由于入口1#活套内的张力问题，带尾在1#张力辊处逃带，轻则造成带钢在焊接夹板台处定位不准影响焊机自动焊接及影响到焊接质量，重则逃带后带钢(带尾)直接溜进1#活套造成设备故障停机，并且逃带后撞坏活套内的设备，处理故障停机时间长，通常都要4～8小时的停机处理时间，如图1所示。

入口1#活套张力设定值由生产线带钢不同规格、品种计算决定，并通过二级机给生产线下发数据来改变活套的张力。当开卷机上钢卷剩余50m时入口开始降速甩尾，此时1#张力辊上由气缸驱动的上、下压辊压在1#张力辊面上，1#张力辊前夹送辊由气缸驱动也压下，此时1#活套内的张力应该自动切换成放套时的张力，当带尾甩尾到焊机出口夹板台准确定位后：

此时情况一：如图1所示，焊机出口夹紧台还未关闭压上，1#张力辊停止转动，1#张力辊抱闸抱上(张力辊上的压辊还是处于压上状态)，及1#张力辊前夹送辊也压下。

此时，带尾的静态保持张力由：活套前1#张力辊停止状态下的上、下压辊压在张力辊辊面上及1#张力辊前夹送辊压下提供，当活套内张力切换成放套张力(张力大小需要验证设定优化)时也是最容易发生逃带的时刻。

此时情况二：如图1所示，带尾在焊机出口夹紧台完成定位后，出口夹紧台关闭压下，1#张力辊停止转动，1#张力辊抱闸抱上(张力辊上的压辊还是处于压上状态)，及1#张力辊前夹送辊也压下。

此时，带尾的静态保持张力由：活套前1#张力辊停止状态下的上、下压辊压在张力辊辊面上及1#张力辊前夹送辊压下提供，当切换成放套张力(张力大小需要验证设定优化)时也是最容易发生焊机夹紧台处带尾定位向出口侧发生微量位移后，影响焊缝对接间隙后直接导致焊接质量，严重的直接断带在活套内。若上述情况一能保证，再加上出口夹紧台关闭压下，就能保证不会逃带。

需要考虑的问题：

入口1#活套的张力过小：直接影响到带钢在1#活套内的跑偏情况，由于1#活套套量长，带钢在1#活套内存储的带钢量非常多，带钢自身又重，张力过小后导致带钢在活套小车上跑偏，易碰擦小车上设备及摆动门上托辊，最终导致故障停机。

入口1#活套的张力过大：也是最容易发生逃带到活套内的时刻，并影响到焊机夹板台处带尾定位，张力过大后带尾向出口侧发生微量位移后，影响焊缝对接间隙后直接导致焊接质量，严重的直接断带在活套内。

经中外专利数据库服务平台(www.cnipr.com)对国内外联机检索，与相同领域典型专利比较如下：

1、一种减少热轧带钢甩尾的控制方法

<专利申请号>＝201310013210.X

<专利摘要>＝本发明公开了一种减少热轧带钢甩尾的控制方法，属于自动化控制技术领域，包括：A、带钢在精轧机完成穿带后，从抬尾设定开始机架前机架抛钢时，抬尾设定开始机架及其后一机架同时以预先设定的抬尾设定速度抬起精轧机辊缝；B、抬起精轧机辊缝的动作完成后，将抬尾设定开始机架的后一机架设置为新的抬尾设定开始机架，当抬尾设定开始机架抛钢时，新的抬尾设定开始机架及其后一机架同时以预先设定的抬尾设定速度抬起精轧机辊缝；C、重复执行步骤A和B，直至末机架完成全部抬起精轧机辊缝的动作，当末机架为新的抬尾设定开始机架时，只抬起末机架辊缝。本发明能够有效减小带钢甩尾现象，在轧制过程中无需手动干预，响应速度快，抬尾厚度量易掌握。

比较结果：该专利公开了一种减少热轧带钢甩尾的控制方法，其主要是针对各个机架前后之间抬尾设定开始机架及其后一机架同时以预先设定的抬尾设定的一种综合自动化控制技术领域，但该技术不能适用于带钢焊接甩尾时张力控制优化。

2、用于冷轧处理线开卷机高速甩尾的控制方法

<专利申请号>＝201110429942.8

<专利摘要>＝本发明涉及一种用于冷轧处理线开卷机高速甩尾的控制方法，其特征是当开卷机上剩余带钢长度COIL小于某个设定值时，便启动一个带尾减速定位过程，减速定位开始后便一直检测开卷机上剩余带钢长度COIL，并实时调整定位设定值SETP，定位剩余距离POS也会不断调整，其中POS等于SETP-DIS，定位剩余距离POS对应产生定位速度Vpos，当POS逐渐减小变为零时，Vpos也会跟随逐渐减小变为零，因此当定位剩余距离POS变为零时，机组停车，剪切带尾，至此冷轧处理线开卷机高速甩尾完毕。本发明具有很高的安全性和可靠性，可以保证冷轧处理线开卷机机组的连续生产能力和年产量。

比较结果：该专利公开了一种用于冷轧处理线开卷机高速甩尾的控制方法，其主要是针对开卷机上剩余带钢长度的钢卷小于某个设定值后对带尾的不断定位检测控制及不断调整，后机组停车，剪切带尾，至此冷轧处理线开卷机高速甩尾完毕的一种方法。

发明内容

本发明的目的是通过对甩尾时张力的控制优化，结合实际甩尾后静张力的测试，寻求一个有理论依据、安全可靠的焊接时甩尾张力，既可确保活套内带钢无异常跑偏，又确保带尾无异常逃带及不影响焊接质量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，包括以下步骤：计算夹送辊前入口所需的最小张力；将最小张力与上压辊和夹送辊的压力之和进行比较；对张力进行优化控制。

根据本发明的一实施例，计算夹送辊前入口所需的最小张力包括：计算极限规格带钢在张力辊出口的张力；计算张力辊压辊对带钢施加的最大静摩擦力；计算前夹送辊对带钢施加的最大静摩擦力。

根据本发明的一实施例，张力优化控制的步骤包括：增加压辊气缸压力，计算压辊对带钢的最大静摩擦力；增加夹送辊气缸压力，计算压辊对带钢的最大静摩擦力；按一定倍数的安全系数，计算并设定甩尾时入口活套张力；增加重焊和倒带剪切后，将活套张力自动设定到焊接或甩尾张力；根据优化后的张力值，对静张力进行实测，观察带钢有无位移。

根据本发明的一实施例，还包括将气缸所用的压缩空气的压力通过减压阀由0.4MPa上调到0.5MPa，从而增加压辊和夹送辊的压力。

根据本发明的一实施例，还包括按2倍安全系数，使得上压辊与夹送辊的压力之和等于2倍的最小张力。

在上述技术方案中，本发明的冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法既可确保活套内带钢无异常跑偏，又确保带尾无异常逃带及不影响焊接质量。

附图说明

图1是现有的酸轧生产线示意图；

图2A和2B是本发明冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法的流程图；

图3是尾模式下带钢张力分析示意图；

图4是静张力测试示意图；

图5是图4的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参照图2A和2B，本发明公开冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，其所要解决的问题是轧机甩尾时使用冲套大张力造成的逃带问题，主要可以由以下各个步骤来实现。

首先，计算在张力辊和夹送辊5处受压辊气缸动作对带钢6施加压力后的最大静摩擦力。本步骤可以细分为S1～S3。

S1：计算1#张力辊压辊对带钢6施加的最大静摩擦力f_压辊。

S2：计算极限规格带钢6在张力辊出口的张力T2。

S3：1#张力辊前夹送辊5对带钢6施加的最大静摩擦力f_夹送辊。

S4：综合上述结果，进一步计算带钢6甩尾时在夹送辊5入口处所需要的最小张力T1。

S5：对T1与(f_上压辊+f_夹送辊)进行比较。

由于机组入口焊机甩尾过程中，入口(夹送辊前)张力为“0”，该张力只能通过压辊和夹送辊5对带钢6的压力所产生的摩擦力提供，而由于T1>(f_上压辊+f_夹送辊)，因而压辊和夹送辊无法提供足够大的压力使带钢6停止，故焊机甩尾过程中不能使用冲套时这么大的张力。

S6：进行张力优化控制。

步骤S6主要通过调整(增加)压缩空气的压力来实现，将气缸所用的压缩空气的压力通过减压阀由0.4MPa上调到0.5MPa，增加压辊和夹送辊的压力。

S7：增压辊气缸压力后，计算压辊对带钢6的最大静摩擦力f_压辊。

S8：增夹送辊气缸压力后，计算压辊对带钢6的最大静摩擦力f_夹送辊。

S9：调整带钢6甩尾时，即活套在放套过程中的入口活套的张力(不同于冲套张力)。从工艺角度出发，通过程序设定，在入口段停机带钢6开始甩尾时，减小入口活套的张力设定值，按安全系数2倍，(f_上压辊+f_{夹送 辊})＝2T1进行计算，带钢6甩尾时入口活套张力T2(放套张力)的设定。

S10：增加重焊和倒带剪切后将活套张力自动设定到焊接(甩尾)张力的功能，防止带尾逃带风险。

S11：在焊接甩尾后，根据优化的张力设定值，通过在现场对带尾两侧架设百分表7实测入口段所能承受的最大静张力值进行实测，从而验证所设定优化后的张力值是否会逃带发生。

S12：若优化成功，则甩尾时张力自动设定到优化后的张力，无逃带发生

下面来进一步详细地说明上述各个步骤。

1)计算在张力辊和夹送辊处受压辊气缸动作对带钢6施加压力后的最大静摩擦力(f_上压辊+f_夹送辊)：

入口1#张力辊主要用来分割入口段和1#活套内的张力，并在入口段焊接甩尾时为入口活套提供张力。入口活套的张力根据带钢6的宽度和厚度不同而有所不同，不同厚度的带钢6对应不同的张力系数，如下表所示：

根据机组实际运行情况，以机组极限规格：厚4.3mm×宽1430mm(实际规格)带钢6为例进行计算，在带钢6甩尾模式下，入口张力分析如图3所示。

通常情况下，带钢6与胶辊的摩擦因数μ通常取0.18～0.25，考虑到辊面使用后磨损粗糙度降低，摩擦因数也会降低，此处按最小值取μ＝0.18。同时，带钢6在张力辊上的实际包角α等于其理论包角，在此包角损失系数不存在，经计算张力辊的最大张力放大系数为：

λ＝e^μα＝e^0.18×7.12＝3.59，其中e＝2.71

如图3所示，上式中：

带钢6在1#张力辊(上压辊3)上的包角：α1＝204⁰＝3.56rad；

带钢6在1#张力辊(下压辊4)上的包角：α2＝204⁰＝3.56rad；

带钢6在张力辊上的总包角：α1+α2＝408⁰＝7.12rad。

带钢6在张力辊出口处的张力：

T2＝atb＝13.5×4.3×1430＝83011N

上式中：

a为带钢6在入口活套的张力系数，单位N/mm²；

t为带钢6的厚度，单位mm；

b为带钢6的宽度，单位mm。

1#张力辊压辊对带钢6施加的最大静摩擦力f_压辊：

1#张力辊压辊各通过2个气缸对带钢6施加压力。在实际过程中，要求到现场气源点的压缩空气压力为0.7MPa，在实际生产过程中气缸关闭时所用的气源压力调整为0.4MPa，可知压辊对带钢6的压力为：

F_压辊＝2πr²P_压辊

＝2×3.14×0.125²×4×10⁵

＝39250N

其中，1#张力辊上下压辊驱动气缸内腔半径:r＝125mm；

气缸关闭压下时压缩空气压力：P_压辊＝0.4MPa。

因此，1#张力辊压辊可提供的最大静摩擦力为：

f_压辊＝μF_压辊＝0.18×39250＝7065N(f_压辊＝f_上压辊＝f_下压辊)

1#张力辊前夹送辊5对带钢6施加的最大静摩擦力f_夹送辊：

1#张力辊前夹送辊5上辊通过2个气缸对带钢6施加压力。在实际过程中，图纸要求到现场(TOP点)气源点的压缩空气压力为0.7MPa,在实际生产过程中气缸关闭时所用的气源压力调整为0.4MPa，可知夹送辊5对带钢6的压力为：

F_夹送辊＝2πr²P_夹送辊

＝2×3.14×0.125²×4×10⁵

＝39250N

其中，1#张力辊前夹送辊5驱动气缸内腔半径：r＝125mm；

气缸关闭压下时压缩空气压力：P_夹送辊＝0.4MPa。

因此，1#张力辊前夹送辊5可提供的最大静摩擦力为：

f_夹送辊＝μF_夹送辊＝0.18×39250＝7065N

综上，带钢6甩尾时在夹送辊5入口处所需要的最小张力T1为：

T1＝(T2-f_下压辊)/λ＝(83011-7065)/3.59＝21155N

(f_上压辊+f_夹送辊)＝7065+7065＝14130N

T1与(f_上压辊+f_夹送辊)相比较：

由于酸轧机组入口焊机甩尾过程中，入口(夹送辊前)张力为“0”，该张力只能通过压辊和夹送辊5对带钢6的压力所产生的摩擦力提供，而由于T1>(f_上压辊+f_夹送辊)，因而压辊和夹送辊5无法提供足够大的压力使带钢6停止，故焊机甩尾是不能使用冲套时这么大的张力。

2)张力控制优化技术方案

由上述计算可知，在机组入口段甩尾焊接过程中，张力辊上下压辊和前加送辊无法压住带钢6，而造成带钢6在活套张力的作用下不断向机组出口方向滑动，造成逃带或定位不准而停机。

因此，本发明采用以下的优化方案：

调整(增加)压缩空气的压力。将气缸所用的压缩空气的压力通过减压阀由0.4MPa上调到0.5MPa，增加压辊和夹送辊5的压力。

增加重焊和倒带剪切后将活套张力自动设定到焊接(甩尾)张力的功能，防止带尾逃带风险。

调整带钢6甩尾时(活套在放套过程中)入口活套的张力(不同于冲套张力)。从工艺角度出发，通过程序设定，在入口段停机带钢6开始甩尾时，减小入口活套的张力设定值。

其中，带钢6在张力辊出口处的张力在：49980N～83011N

最窄、薄规格：T2＝atb＝20×2.55×980＝49980N

最宽、厚规格：T2＝atb＝13.5×4.3×1430＝83011N

在甩尾焊接过程中，为了确保张力辊压辊和前加送辊压住带钢6的可靠性，实际对带钢6的压力所产生的摩擦力比夹送辊前张力上调100％，

即：根据以上，并结合甩尾时张力过小会导致活套跑偏，及综合考虑带钢6甩尾时的安全系数2倍，入口活套的焊接甩尾张力根据压辊和夹送辊气缸的压力调大后设定至一个固定值，确保f_{上(入口)压辊}+f_夹送辊＝2T1。

1#张力辊压辊对带钢6施加的最大静摩擦力f_压辊：

压缩空气压力通过减压阀由0.4MPa调整为0.50MPa,可知压辊对带钢6的压力为：

F_压辊＝2πr²P_压辊

＝2×3.14×0.125²×5×10⁵

＝49062N

其中，1#张力辊上下压辊驱动气缸内腔半径：r＝125mm；

气缸关闭压下时压缩空气压力：P_压辊＝0.50MPa。

因此，1#张力辊压辊可提供的最大静摩擦力为：

f_压辊＝μF_压辊＝0.18×49062＝8831N(f_压辊＝f_上压辊＝f_下压辊)

1#张力辊前夹送辊5对带钢6施加的最大静摩擦力f_夹送辊：

压缩空气压力通过减压阀由0.4MPa调整为0.50MPa，可知夹送辊5对带钢6的压力为：

F_夹送辊＝2πr²P_夹送辊

＝2×3.14×0.125²×5×10⁵

＝49062N

其中，1#张力辊上下压辊驱动气缸内腔半径：r＝125mm；

气缸关闭压下时压缩空气压力：P_压辊＝0.50MPa。

因此，1#张力辊前夹送辊5可提供的最大静摩擦力为：

f_夹送辊＝μF_夹送辊＝0.18×49062＝8831N

按安全系数2倍，f_上压辊+f_夹送辊＝2T1进行计算，带钢6甩尾时入口活套张力T2(放套张力)的设定：

(f_{上(入口)压辊}+f_夹送辊)＝2T1

(f_{上(入口)压辊}+f_夹送辊)＝2(T2-f_{下(出口)压辊})/λ

8831+8831＝2{(T2-8831)/3.59}

T2＝40462N

当焊接甩尾时入口活套张力的设定：冲套时由二级机对不同钢种的张力设定，在入口段停机带钢6开始甩尾时通过程序设定，减小入口活套的张力设定，即设定为一个固定的甩尾张力值T2＝40462N，取T2＝40000N＝4吨。

3)在焊接甩尾后，根据优化的张力设定值，实测入口段所能承受的最大静张力值

在焊接甩尾后，入口段所能承受的最大静张力测试，据此对实际优化后的张力设定值进行验证，测试方案如图1、4、5所示。

测试方案：

机组状态：机组全线无锁定可随时运行，机组酸洗段停机，入口段2#开卷机通道甩尾，带尾通过横剪剪切完成，带尾停在夹送辊前(焊机入口夹板台前平台上)，可以安装百分表7的平台(过渡导板8)上面便于检测，1#张力辊压辊和夹送辊(1#张力辊前)压下、1#张力辊抱闸闭合，1#张力辊前夹送辊5抱闸闭合，焊机出口夹板台打开。

将百分表7表头靠在带尾上传动侧和操作侧各一块。设定1#活套张力，由3.5吨起始，读出百分表7上的带钢6移动量，如5分钟无移动量增加活套张力设定值0.1吨，直至百分表7上读出移动量。然后工艺段(1#活套出口拉带钢6)运行，看此时带钢6是否移动。活套运行至短套端，看同样张力设定值带尾是否位移。

试验期间如发现带钢6明显逃带，立即切断活套张力。

C302机组焊接张力试验记录表(极限规格)

结论：通过优化的张力设定，1#张力辊上下压辊和1#张力辊前夹送辊5压下时，能提供4t的安全张力。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算夹送辊前入口所需的最小张力；

将所述最小张力与上压辊和夹送辊的压力之和进行比较；

对张力进行优化控制。

2.如权利要求1所述的冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，其特征在于，计算夹送辊前入口所需的最小张力包括：

计算极限规格带钢在张力辊出口的张力；

计算张力辊压辊对带钢施加的最大静摩擦力；

计算前夹送辊对带钢施加的最大静摩擦力。

3.如权利要求1所述的冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，其特征在于，张力优化控制的步骤包括：

增加压辊气缸压力，计算压辊对带钢的最大静摩擦力；

增加夹送辊气缸压力，计算压辊对带钢的最大静摩擦力；

按一定倍数的安全系数，计算并设定甩尾时入口活套张力；

增加重焊和倒带剪切后，将活套张力自动设定到焊接或甩尾张力；

根据优化后的张力值，对静张力进行实测，观察带钢有无位移。

4.如权利要求3所述的冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，其特征在于，还包括：

将气缸所用的压缩空气的压力通过减压阀由0.4MPa上调到0.5MPa，从而增加压辊和夹送辊的压力。

5.如权利要求3所述的冷轧带钢焊接甩尾时张力控制优化方法，其特征在于，还包括：

按2倍安全系数，使得上压辊与夹送辊的压力之和等于2倍的最小张力。