6_张力的自动控制解析

上述诸因素都会在轧件上产生一定张力 （或压力）作用 ⇒ 如何保持恒定，大 小又如何？ 对于热轧，张力会引起轧件宽度、 厚度和尺寸形状等的波动，而同时作 用于轧件上的压力又会出现异常活套 和折叠而轧废 ⇒提出了将张力自动地 控制为零或在一定的最小张力值范围 内进行轧制的思想，构成无张力自动 控制的基本出发点
三、控制活套所需的力矩
包括两部分 张力力矩：活套辊给予带钢以适当的 张力所需的力矩—MT 重力力矩：活套支持器支持机架间带 钢全部重量所需的力矩 —MW 1. MT的计算 2. MW的计算 控制活套所需的总力矩：M= MT + MW
四、活套支持器的基本设定 计算机对带钢张力进行微套量恒 定小张力自动控制的控制回路有三个 信息，即活套高度、张力力矩和重力 力矩 ⇔ 基本设定与之对应 活套高度的设定 张力的设定 重力平衡力的设定
而σTm ＜ σs 时，张力作用使 轧件产生弹性变 形。
二、张力的种类和张力 1. 张力种类 前张力：与轧制方向一致的张力 后张力：与轧制方向相反的张力 2. 张力的作用：6个作用 3. 连轧过程中机架之间张力与其他工艺 参数的关系
（即：（取i 、 i+1 机架） 第i机架轧辊入口处带钢的后张力与其给 定值之间的偏差 第i机架轧辊入口处带钢厚度与其给定值 之间的偏差 第i+1机架轧辊出口处带钢的前张力与其 给定值之间的偏差 第i和i +1机架轧辊中的金属变形抗力与 其计算值之间的偏差
由此可见：热轧时所谓的“无张力自动 控 制”，其实质为微张力控制， 以达到轧件尺寸、形状准 确，轧制过程稳定的目的。 应用：无张力自动控制技术主要应用于 难以形成活套的场合，如：热轧 带钢的粗轧连轧机、大中型型钢 轧机、线材棒材的粗轧和中间轧 机，得到广泛地采用
二、无张力自动控制的方式
1. 方式——通常有三种
3. 方法二讨论 （1）控制原理 U=E+IaRa =nCMΦ+IaRa ⇒ n =(U-IaRa )/CMΦ ①在基速以下时，电动机按满磁工作 ②在基速以上时靠电枢电压U（或电势E) 再通过调节器ΦGT，使电动机在弱磁 状态下工作 ③在正常卷取工作时转速调节器ST处于 饱和状态
（2）优缺点 不论卷径大小，基速以下电动机均满 磁工作，因此便可合理地利用电动机 的功率⇒选择电动机时，可选用弱磁 倍数小的电动机。 电枢电流与张力无对应关系，若无张 力计显示张力值，操作人员难以确认 实时张力值。
（3）双机连轧时的无张力控制系统 首先，当轧件在R3机架中进行轧 制，而尚未进人R4机架之前，R3机架 的压头(LC)测出其轧制压力，经乘法 器和求和放大器将力臂值a计算出来， 并在采样保持器中记忆保持，作为轧 件在R3和R4机架中进行双机连轧时计 算轧制力矩之用。 然后，当轧件在R3和R4机架只进
四、双机连札时无张力控制的基本原理
1. 双机连轧时无张力控制的基本思想
以轧件仅在R3机架中轧制时所计 算出来的力臂a作为轧件在R3与R4双 机连轧时的力臂，然后再按双机连轧 时的张力T与轧制力矩MCR的关系， 即张力与R3机架电动机的电枢电流Ia 的关系，通过R3机架电动机电枢电流 的变化，来反映张力的变化，并且通 过控制Ia来实现双机连轧时的无张力 控制。
6 连轧时的张力设定计算
和张力的自动控制
6. 1 轧制过程中张力的产生及其分析 一、张力的产生 1.张力的产生：由于在轧件长度方向上 存在着速度差，使得轧件上不同部位 处的金属有相对位移而产生张应力⇒ 张力 2.大小表示：
以平均单位张力σTm 乘以所作用的横截 面积A就是作用在轧件上的张力T，即：
行双机连轧时，事先将开关(SW)合上， 然后通过乘法器、函数发生器、微分器 和求和放大器将Th计算出来。并将Th与 目标张力值Th0进行比较，便得张力的波 动变化值△T= Th－ Th0 。然后通过PI控 制环节输出速度偏差信号ΔW3，并与速 度偏差给定值进行比较，经速度控制装 置，对R3机架的电动机进行速度调节， 来消除存在的张力偏差值△T,从而便可以 实现无张力控制的目的。
（2）双机连轧张力的检测 ①检测手段： 直接检测：张力计测得，受温度制约 间接检测：通过检测轧制压力和电动 机力矩的方法来确定张力值的大小 ② 检测过程分析：电机力矩MD=MC+Md 按各项展开后得：
对于R3轧机，TH=0， 则： Th= 因此，只要检测出右边各项的值，便可 以计算出机架间轧件的张力值。
2.稳定轧制阶段：带钢被轧辊完全咬入 后并在机架之间已建立起小张力的阶 段，约为整个连轧时间的95%以上。 此阶段活套辊的摆角θ在活套高 度调节器的作下 ，在所规定的工作零 位角与最 大工作角之间进行波动。作 用于带钢上的 张力围绕着给定的张力 值作相应的微量波 动调节。 活套辊运动角度为30°~ 50°。 3. 抛尾阶段：带钢尾部依次离开各机架， 机架间带钢张力消失阶段。
（2）动态速降： = (2%~3%)nmax 或 （3）活套量的形成 ：因动态速降造成 vH(i+1) ＜vhi，而动态速降的恢复时间约 为 03s~0.5s，因而在 i 和 i 十 1 机架 之间便形成了一定的活套量Δld， Δld值 较小，一般为30~50mm ⇒ 微套量小 张力连轧是当代宽带钢热连轧的一个 重要特点。
三、双机连轧时控制张力的方法 1.宽带钢粗轧连轧时控制张力的方法 双机连轧时的张力控制最具代表 性的是热连轧带钢粗轧机组的倒数第 一、二机架。控制张力的方法有： 采用重型活套支持器进行控制 采用无张力控制
2. 两种控制方法应用评述 （1）采用重型活套支持器进行控制 ⇒ 重型活套支持器结构笨重庞大，机械 惯性很大，控制起来很不灵敏，易出事 故，且排除事故较麻烦。 （2）采用无张力控制 ⇒从电气控制系统中采取措施，通过检 测轧制压力和轧制力矩，经计算机进行 控制运算，采用电流记忆、力矩记忆或 轧制力矩-轧制压力记忆的方法，来控制 直流传动的机架的速度。应用广泛。
⇒
（2）公式分析： 要维持张力T恒定（即使 =C）有 两种方法： 方法一：维持 =C1和 =C2：用得 较多 方法二：使 ∝ 而变化，即按最 大转矩原则进行张力恒定的控制。
2. 方法一的讨论 （1）控制系统的组成——二部分构成 电枢电流控制部分：它是通过调节电 动机电枢电压来维持 Ia恒定。 磁场控制部分：它是通过调节电动机 的励磁电流，使磁通Φ随着钢卷直径D 成正比例变化，从而使Φ/D的比值保 持恒定。
（2）双机连轧时： R3机架的轧制力矩： 张力所产生的力矩： ∴只要检测出双机连轧时R3的电枢电流 值及轧制压力，其余参数为已知⇒ T 例题：P276
3.双机连轧时无张力控制系统 （1）控制方式： 在实际控制，是借助电子计算机记忆 力臂a的方式进行的，即当采用力臂记 忆方式时，是利用压头和仪表将R3机 架单轧时的轧制压力和电动机力矩检 测出来，然后计算出力臂a，并以此值 作为R3与R4双机连轧时的力臂值，因 此在双机连轧时，只要随时测得轧制 压力，就可以算出张力作用的力矩。
2. 基本原理：按下列步骤分析 P—R3的轧制压 力，由压头 直接测得； R—R3机架工作 辊半径； a—R3的力臂； T—R3机架上轧 件的出口张力。
（1）确定力臂 当轧件仅在R3机架中轧制时，根据 压头测到轧制压力PSR及由仪表测得Ia， 而此时的轧制力矩MSR为：
= ⇒
∵R3与R4机架相距很近，基本上可以认 为R3机架在单机轧制与双机连轧时的 轧制条件（如R、t、h、ℇ等）无变化 或变化极微⇒可以把力臂系数入看成 定值 ∴力臂也是一个定值，即由上式所定
五、连轧时活套支持器的自动控制系统
为实现活套支持器的功能，活套支 持器的自动控制应完成两方面的任务： 活套高度的自动控制，其目的在于吸收 因带钢的速度偏差而引起的活套 张力的自动控制，其目的是保持作用于 带钢上的张力恒定
上述的这些干扰和调节作用量的 反作用，同样地会对第i机架、第i+1机 架以及活套支持器产生干扰作用，在 该两相邻机架之间又对应有8个增量产 生 ⇒必须找寻并建立与这些量有关的 8个独立的线性方程 ⇒ 计算机相关计 算模型
6.2 控制张力的基本方法及其原理 控制张力的基本方法有：直接法、间 接法和混合法三种。 一、间接法控制张力的基本原理 1. 基本思路 （1）卷取机卷取带 钢而建立张力时，电 机的转矩为：
3. 优缺点 控制系统简单，避免了卷径变化、速 度变化和空载转矩等对张力的影响， 控制精度高。 不易稳定。尤其是用张力计反馈的系 统，在建立张力的过程中，有时容易 出现“反弹”现象而影响控制效果⇒ 采用直接法张力控制系统都要设法先 建立张力，待建立稳定的张力之后， 再将张力闭环系统投人工作。
三、混合法张力控制系统 即采用直接法和间接法的系统， 通常是把间接张力控制系统作为粗 调，而把直接张力控制系统作为张 力的细（精）调。
6.3 热连轧无（微）张力自动控制 一、无（微）张力自动控制的提出 在连轧过程中，由于： 各机架的压下量和速度设定值不合适 轧件咬入时的冲击而引起的一定速度降 轧件沿长度方向上其厚度和宽度的波动 轧件沿长度方向上有水冷黑印和头尾温差 轧件头部温度降低 轧辊热膨胀、磨损和轴承中油膜厚度的变化 加减速时的过渡速度响应性差等因素
二、直接法控制张力的基本原理 1.基本原理：由张力计或活套量给出实 际张力信号，并反馈给张力计算机控 制系统，从而进行张力恒定的控制。 2.方法——有二种 利用张力计测量实际的张力，并将它 作为张力反馈信号，使张力达到恒定 利用活套建立张力，由活套位置发送 器给出信号，改变卷取机的速度，维 持活套大小不变，从而控制张力恒定
（2）确定活套量与摆角之间的关系 ⇒自动控制的数学模型 公式展开后、处理后得：
即：
∴ 连轧时的活套量Δl，即 F(θ) ，它是 与活套辊的摆角θ的平方成正比。也 即：θ角的变化反映出活套量的变 化， 这形成了一个重要的概念，连轧 时张力计算机控制就是对活套高度的 控制， 其实质是控制活套辊的摆角θ。