帶鋼系統(tǒng)張力輥組打滑現(xiàn)象分析及處理

尹欣 中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司 上海 201900

帶鋼系統(tǒng)張力輥組打滑現(xiàn)象分析及處理

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本文簡(jiǎn)介了張力輥的控制原理，并對(duì)打滑原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合張力輥打滑的具體實(shí)例重點(diǎn)分析了張力輥輥徑對(duì)打滑的影響，同時(shí)也對(duì)生產(chǎn)實(shí)際操作提出了相關(guān)建議。

張力輥；控制方式；打滑

1.概述

張力輥組一般由入口和出口呈S形分布的張力輥組成，作用是使帶材產(chǎn)生一定的張力，后張力輥組的線速度高于前張力輥組，帶鋼的張力是由線速度差產(chǎn)生的。入口張力輥的作用是提高入口段張力，使帶鋼達(dá)到拉伸所需的拉伸力；出口張力輥的作用是使帶鋼張力降低到輸出值。 張力輥的數(shù)目及布置形式?jīng)Q定于帶材拉彎所需的最大拉伸力和工藝現(xiàn)場(chǎng)條件。張力輥的布置形式有多種，工藝要求使得工藝設(shè)備選型不一，則工藝設(shè)備布置位置也不一致，工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)及張力輥的布置形式也會(huì)不一樣。一般有兩輥式和四輥式。

張力輥組因其對(duì)張力良好的調(diào)控性能被廣泛應(yīng)用于冷軋廠各生產(chǎn)機(jī)組，在實(shí)際使用過(guò)程中由于設(shè)備自身及操作等方面原因往往出現(xiàn)帶鋼打滑現(xiàn)象，不僅會(huì)引起諸如帶鋼跑偏等生產(chǎn)故障，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的安全也構(gòu)成威脅。

2.張力輥的控制方式

如圖一中a圖所示：張力輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T和張力輥輥徑D（不考慮磨損，輥徑D不變）及帶鋼張力F之間的關(guān)系如下：

T=K×D×F （K為系數(shù)）

故 F=T/(K ×D)

由此可見(jiàn)，要控制張力輥張力F就要控制張力輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。

張力輥的張力控制是通過(guò)控制張力輥電機(jī)的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，張力設(shè)定換算成張力轉(zhuǎn)矩電流It，同時(shí)加上加減速轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償電流Iacc和機(jī)械損耗電流Im，三者之和作為張力輥電機(jī)的電流設(shè)定值IREF，即IREF=It+Iacc+Im

a.張力轉(zhuǎn)矩電流It的計(jì)算：

電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：Tq =ξФ × Ia×(1/9.8) (Ia 即是It) （1）

張力輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩：Tm =(D/2)×T （2）

（1）和（2）相等得出：ξФ×Ia×(1/9.8)=(D/2)×T

∴It=(D/2)×T×(9.8/ξФ)

T：帶鋼張力，D：張力輥輥徑，ξФ：電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)

b.加減速轉(zhuǎn)矩電流Iacc的計(jì)算：

加減速轉(zhuǎn)矩電流的補(bǔ)償實(shí)際上是慣性補(bǔ)償，由于張力輥上的帶鋼在加減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的慣性，因此，這個(gè)補(bǔ)償是必不可少的。

J：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n：電機(jī)轉(zhuǎn)速，tacc：加減速時(shí)間，E：電樞電動(dòng)勢(shì)

GD2：旋轉(zhuǎn)部分的飛輪矩（包含張力輥慣量，電機(jī)慣量，和帶鋼慣量）

c.機(jī)械損耗補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩電流Im的計(jì)算由函數(shù)發(fā)生器模擬一條曲線給出。

3.張力輥的打滑分析

3.1 張力輥組的張力遞增原理

張力輥組的張力遞增是通過(guò)每根張力輥的包繞效應(yīng)獲得的。包繞在一根輥?zhàn)由系膸т撛谑艿揭欢ǔ跏紡埩ψ饔脮r(shí)，帶鋼與輥?zhàn)又g的摩擦力有一最大值。當(dāng)輥?zhàn)拥膫鬟f動(dòng)力超過(guò)最大摩擦力時(shí)，在輥面與帶鋼之間將會(huì)發(fā)生打滑。此時(shí)帶鋼兩端的張力比滿足如下公式：

F1、F2: 帶鋼的初始張力與增加后的張力

f :輥面與帶鋼之間的摩擦系數(shù)

θ′:帶鋼在輥面上的實(shí)際包角

如圖一中圖a所示，當(dāng)張力輥處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)1＞F2 ；

如圖一中圖b所示，當(dāng)張力輥處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，即帶鋼的張力帶動(dòng)張力輥?zhàn)餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)2＞F1。

3.2 參數(shù)（θ、f）分析

3.2.1 包角θ

由于帶鋼具有一定的剛性，不是完全的柔軟體，因此不能緊密地貼在輥?zhàn)拥谋砻嫔?，因此?shí)際包角θ′應(yīng)小于理論包角θ。這類接觸與非接觸現(xiàn)象雖然不能直接測(cè)量，但可以通過(guò)實(shí)際運(yùn)行中的現(xiàn)象加以說(shuō)明：

d.同樣薄的帶材厚度，同樣的設(shè)計(jì)包角，張力輥組輥徑越大，打滑幾率越高。

e.張力輥輥面硬度越小打滑幾率越小。

以上說(shuō)明當(dāng)帶鋼張力非常小時(shí)，由于帶鋼對(duì)輥面的壓扁變形太小，而不能使實(shí)際接觸角達(dá)到設(shè)計(jì)包角。實(shí)際包角θ′不能由理論計(jì)算得到，可用實(shí)驗(yàn)求得，可取θ′＝（0.8～0.9）×θ。一般來(lái)說(shuō)，帶鋼厚度越厚，θ′值越小。

3.2.2 摩擦系數(shù)f

摩擦系數(shù)f在實(shí)際運(yùn)行中也存在很多不確定因素。首先，受到張力輥輥面材料選擇的影響。其次，帶鋼的運(yùn)行速度對(duì)帶鋼與輥面的總摩擦力產(chǎn)生影響。在高速機(jī)組中由于與速度平方成正比的離心力以及帶鋼與輥面間夾入空氣層等因素影響，使摩擦系數(shù)顯著下降而引起張力波動(dòng)。張力輥輥面的機(jī)械磨損、磨光，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的慣性效應(yīng)都會(huì)引起張力的波動(dòng)。因此，在調(diào)控時(shí)一定要確保各工段的張力基本恒定，以消除由于張力波動(dòng)而引起的打滑。

3.3 打滑分析

張力輥組投入使用一段時(shí)間后，雙輥之間出現(xiàn)異常響音，輥間帶鋼明顯波動(dòng)。

在張力驅(qū)動(dòng)下，輥出口側(cè)單位張力比入口側(cè)單位張力高，輥入口側(cè)的板速與輥圓周速一致，而輥出口側(cè)板速比輥圓周速度快。因此速度差與摩擦因數(shù)之間存在必然關(guān)系。

由圖二可知：V1=VR1，V2=VR2

V1=2πR1N

V2=2πR2N

V1/R1=V2/R2

推出：R1/R2=V1/V2

V1、 V2 ：1#、2#輥入口側(cè)板速，m/min

VR1、VR2：1#、2#輥圓周速度，r/min

R1、R2：1#、2# 輥半徑，m

N：1#、2#輥轉(zhuǎn)速，r/min

因此，保證張力輥的輥徑比率是保證帶鋼入出口處速度比的必要條件。當(dāng)超過(guò)允許范圍，必將導(dǎo)致打滑現(xiàn)象。以下就張力輥輥徑變化對(duì)張力輥打滑進(jìn)行分析如下：

（1） 如果R1=R2,即VR1=VR2,在2# 輥入口處，由于單位張力增加使帶鋼彈性伸長(zhǎng)，使2#輥入口側(cè)板速變快，輥?zhàn)尤肟谔嶸2與VR2接近時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的打滑，在酸洗設(shè)備上，這種微小的打滑并不會(huì)產(chǎn)生較大影響。此時(shí)速度差是由1#輥上張力增加部分帶來(lái)，所以需要摩擦因數(shù)處于設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

（2）如果R1＜R2,V2=VR2,1# 、2#輥外表摩擦因數(shù)相同，在輥?zhàn)尤肟谔幘筒粫?huì)產(chǎn)生微小的打滑。因此保證輥?zhàn)尤氤隹谒俣纫恢拢亲罾硐霠顟B(tài)。但如果R1＜＜R2,會(huì)增加1# 輥單位張力，一旦超出外表摩擦因數(shù)上限值，1#輥帶鋼與輥面會(huì)連續(xù)產(chǎn)生相對(duì)打滑。

（3） 如果R1＞R2,在2# 輥入口處板的速度比2#輥圓周快，2#輥由于產(chǎn)生相對(duì)打滑，增加了磨損，此應(yīng)避免這種情況的發(fā)生。

根據(jù)理論分析，張力輥組的1#、2#輥輥徑差必須嚴(yán)格保證在標(biāo)準(zhǔn)管理值之內(nèi)，當(dāng)輥徑差達(dá)到一定值時(shí)，所需摩擦因數(shù)及張力大大超過(guò)相應(yīng)設(shè)計(jì)值，則必然出現(xiàn)輥面與帶鋼相對(duì)打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致輥間異音的出現(xiàn)及輥面的嚴(yán)重磨損。

4.生產(chǎn)操作的建議

以下是對(duì)實(shí)際生產(chǎn)操作中出現(xiàn)張力輥打滑現(xiàn)象時(shí)應(yīng)采取的一些措施的總結(jié)。

對(duì)于生產(chǎn)操作人員：

（1）控制機(jī)組運(yùn)行的速度，使其平穩(wěn)運(yùn)行，盡量避免緊急停車的現(xiàn)象發(fā)生，以至于造成張力輥的拉伸應(yīng)力的增加。

（2）建立定期磨輥的生產(chǎn)制度。

對(duì)于設(shè)備維護(hù)人員：

（1）檢查張力輥傳動(dòng)側(cè)齒接手、齒面有無(wú)過(guò)度磨損及壓痕，油脂潤(rùn)滑是否正常。

（2）單獨(dú)傳動(dòng)張力輥，判斷軸承有無(wú)異音。

（3）優(yōu)化張力輥組前后相關(guān)設(shè)備的控制方案，避免帶鋼的張力波動(dòng)。

5.結(jié)束語(yǔ)

張力輥組在工業(yè)大型帶鋼機(jī)組應(yīng)用比較廣泛，在實(shí)際生產(chǎn)中，張力輥的輥?zhàn)哟蠖嗖捎媚湍バ阅芎芎玫夭牧?，輥?zhàn)硬灰装l(fā)生磨損，為適應(yīng)帶材精度越來(lái)越高的需要，在張力機(jī)組后應(yīng)用矯直機(jī)，且其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。拉矯機(jī)投入使用之后，通過(guò)設(shè)定合理的延伸率和彎曲輥的壓下量及出入口張力，帶材的邊浪和中間浪得到了明顯矯直平整。通過(guò)以上對(duì)張力輥打滑的理論和應(yīng)用分析，能夠更好地合理布置機(jī)組設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)更好的張力控制，達(dá)到機(jī)組張力的合理匹配，獲得更高的產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]張靈杰.冷軋張力公式的數(shù)模研究及張力值的選定[J].南方金屬. 2006

[2]王眾.冷連軋機(jī)卷取張力控制和機(jī)架間動(dòng)靜張力切換控制研究[D].燕山大學(xué).

2006

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.072