拉矯機(jī)延伸率及張力輥傳動裝置差動輪系分析

張貴春，張寧峰

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余 338001)

拉矯機(jī)延伸率及張力輥傳動裝置差動輪系分析

張貴春，張寧峰

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余 338001)

以進(jìn)口設(shè)備新鋼1 550 mm冷軋連退機(jī)組拉矯機(jī)系統(tǒng)為研究對象，闡述了拉矯機(jī)延伸率控制原理，重點分析了張力輥傳動主減速機(jī)內(nèi)差動輪系，計算了拉矯機(jī)延伸率，計算得出的延伸率與HMI顯示的實際延伸率完全一致。通過計算分析，為國內(nèi)拉矯機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)改造和設(shè)計提供參考。

拉矯機(jī);延伸率;張力輥傳動裝置;差動輪系

0 前言

拉矯機(jī)是冷軋連退機(jī)組上的關(guān)鍵設(shè)備，它的作用是消除帶鋼的板形缺陷和改善帶鋼的性能。新鋼1 550 mm連退爐后采用“四輥平整機(jī)+兩彎一矯拉矯機(jī)”工藝布置形式，拉矯機(jī)本體單元和拉矯機(jī)前后張力輥集中驅(qū)動的主減速機(jī)、延伸率減速機(jī)和直角減速機(jī)由西門子-奧鋼聯(lián)公司(VAI)供貨。本文以該拉矯機(jī)系統(tǒng)為研究對象，分析拉矯機(jī)延伸率控制原理，對張力輥傳動裝置差動輪系如何協(xié)同實現(xiàn)拉矯機(jī)恒延伸率控制進(jìn)行了分析計算。

1 拉矯機(jī)機(jī)組設(shè)備和延伸率控制

拉矯機(jī)機(jī)組設(shè)備由兩部分組成，一部分是拉矯機(jī)入出口張力輥組;另一部分是拉矯機(jī)本體單元。新鋼1 550 mm冷軋連退機(jī)組拉矯機(jī)機(jī)組張力輥傳動布置如圖1所示。

決定拉矯機(jī)矯直效果的因素有延伸率、拉矯張力、彎曲矯直輥組壓下深度三個主要工藝參數(shù)。延伸率是拉彎矯直過程中改善帶鋼板形和控制帶鋼力學(xué)性能的最重要參數(shù)。

拉矯機(jī)的延伸率控制有調(diào)節(jié)速度差的延伸率控制和調(diào)節(jié)張力的延伸率控制。本機(jī)組采用的是調(diào)節(jié)速度差的延伸率控制方式。拉矯機(jī)系統(tǒng)中，只有張力輥是驅(qū)動的。張力由出口張力輥組與入口張力輥組存在的速度差產(chǎn)生的。這樣的型式不僅簡化了拉矯機(jī)本體單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且可以保證彎曲輥、矯直輥與帶鋼同步運轉(zhuǎn)，不致打滑。帶鋼通過拉矯機(jī)本體單元后，產(chǎn)生塑性延伸，其延伸率就是出口和入口張力輥組的相對速度差，即

式中，ε為帶鋼在拉伸彎曲矯直時的延伸率，一般為1%～3%;υ1為拉矯機(jī)入口張力輥的速度; υ2為拉矯機(jī)出口張力輥的速度。

根據(jù)拉矯機(jī)前后張力輥傳動方式的不同，可將其分為三類:電氣傳動式、機(jī)電混合式及機(jī)械傳動式。本拉矯機(jī)前后張力輥驅(qū)動采用機(jī)電混合式。

圖1中的拉矯機(jī)前后張力輥采用分散驅(qū)動和集中驅(qū)動的機(jī)電混合式方案。分散驅(qū)動是指6# R1和7#R2、7#R3、7#R4張力輥通過電機(jī)單獨驅(qū)動，它們與各自張力輥組中另一輥子間的轉(zhuǎn)速差由電氣系統(tǒng)通過控制兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。集中驅(qū)動是指張力輥6#R2輥和7#R1輥連接到含有差動輪系的主減速機(jī)上，通過主電機(jī)M1、延伸率電機(jī)M2、延伸率減速機(jī)、主減速機(jī)和直角減速機(jī)組成傳動鏈，通過轉(zhuǎn)速差來產(chǎn)生張力和延伸率，集中驅(qū)動中采用差動輪系，其顯著的特點是能保證機(jī)組在啟動、正常運行和制動時實現(xiàn)恒延伸率控制。延伸率采用閉環(huán)反饋控制，在6# R2張力輥和7#R1張力輥的軸端安裝有編碼器，在線檢測這2個輥子的速度，經(jīng)PLC計算延伸率，當(dāng)延伸率與設(shè)定的延伸率有偏差時，延伸率電機(jī)M2速度增加或減小，通過主減速機(jī)中的差動輪系使7#R1張力輥速度增加或減小，從而使延伸率保持恒定。

圖1 新鋼1550冷軋連退機(jī)組拉矯機(jī)系統(tǒng)張力輥傳動布置Fig.1Bridle roll drive device of tension leveller system for the 1550 CAL of XinSteel

2 張力輥傳動主減速機(jī)內(nèi)差動輪系

張力輥傳動主減速機(jī)內(nèi)差動輪系是實現(xiàn)拉矯機(jī)系統(tǒng)恒延伸率的關(guān)鍵傳動機(jī)構(gòu)，同時又是傳動中的難點所在。主減速機(jī)的齒輪傳動是復(fù)合輪系，既包含有差動輪系部分，又包含有定軸輪系部分。如圖1所示，差動輪系由太陽輪a、行星輪g、行星架H和內(nèi)齒圈b1基本構(gòu)件組成，它是典型的2K-H輪系。差動輪系和定軸輪系之間的根本差別在于前者中有轉(zhuǎn)動的行星架，其傳動比不能直接用定軸輪系傳動比的求法來計算。但是，根據(jù)相對運動原理，若給整個差動輪系加上一個公共轉(zhuǎn)速度“-nH”，使之繞行星架的固定軸線回轉(zhuǎn)，這時各構(gòu)件之間的相對運動仍將保持不變，而行星架的轉(zhuǎn)速度變?yōu)閚H-nH=0，即行星架“靜止不動了”。于是，差動輪系轉(zhuǎn)化成了定軸輪系。差動輪系轉(zhuǎn)化成定軸輪系如圖2所示。

圖2 差動輪系轉(zhuǎn)化成定軸輪系Fig.2Differential gear train transform fixed axis gear train

當(dāng)對整個差動輪系加上一個公共轉(zhuǎn)速度“-nH”以后，其各構(gòu)件相對于行星架的轉(zhuǎn)速度是:

行星架再通過由齒輪5、齒輪6組成的齒輪副，傳動7#R1張力輥，這樣就可以很容易計算出7#R1張力輥的轉(zhuǎn)速。

3 延伸率計算及計算分析

計算中涉及到的齒輪齒數(shù)和減速機(jī)速比如下: Za=23(太陽輪);Zg=25(行星輪);Zb1=73(內(nèi)齒圈);Zb2=85(外齒圈);Z1=33;Z2=113;Z3= 36;Z4=24;Z5=27;Z6=83;延伸率減速機(jī)速比i1=22.48;直角減速機(jī)速比i2=4.5。

主電機(jī)M1的轉(zhuǎn)速度n1(r/min)，延伸率電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速度為n2(r/min)，n1和n2轉(zhuǎn)向相同，規(guī)定為正值，與n1和n2轉(zhuǎn)向相反，則為負(fù)值。

3.1 6#R2張力輥轉(zhuǎn)速

從主電機(jī)M1到6#R2輥的傳動速比i6#R2

3.2 7#R1張力輥轉(zhuǎn)速

行星架的轉(zhuǎn)速度

太陽輪的轉(zhuǎn)速

外齒圈b2的轉(zhuǎn)速

內(nèi)齒圈b1與外齒圈b2的轉(zhuǎn)速相等，即nb1= nb2，行星架的轉(zhuǎn)速度

3.3 延伸率計算

6#R2和7#R1兩個張力輥直徑相等，為φ1 200 mm，拉矯機(jī)帶鋼延伸率

根據(jù)式(3)，實時任意取4組主電機(jī)M1的轉(zhuǎn)速n1和延伸率電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速n2，計算延伸率與實際延伸率如表1所示。

表1 計算延伸率與實際延伸率比對Tab.1Compare calculated elongation with the actuality elongation

從式(1)、式(2)對6#R2張力輥和7#R1張力輥轉(zhuǎn)速表達(dá)式可以看出，6#R2張力輥的轉(zhuǎn)速由電機(jī)M1貢獻(xiàn)的，7#R1張力輥轉(zhuǎn)速絕大部分是由主電機(jī)M1貢獻(xiàn)的，延伸率電機(jī)M2僅對7#R1張力輥轉(zhuǎn)速作少量的調(diào)節(jié)。延伸率閉環(huán)反饋控制，根據(jù)設(shè)定的延伸率，延伸率電機(jī)M2速度增加或減小，通過主減速機(jī)中的差動輪系7#R1張力輥速度增加或減小，使6#R2張力輥和7#R1張力輥轉(zhuǎn)速差穩(wěn)定，實現(xiàn)恒延伸率控制。

從表1中可以看出，根據(jù)式(3)計算的延伸率與HMI畫面顯示的實際延伸率是一致的，延伸率控制精度很高，達(dá)到了0.01%。

4 結(jié)束語

西門子-奧鋼聯(lián)公司(VAI)為國內(nèi)冷軋后處理線提供了多套拉矯機(jī)系統(tǒng)設(shè)備，它是奧鋼聯(lián)公司獨特的設(shè)備技術(shù)，通過對該系統(tǒng)張力輥傳動差動輪系的分析，加深了對拉矯機(jī)延伸率控制的理解，為今后提高拉矯機(jī)延伸率奠定了有力的技術(shù)支持和理論依據(jù);有利于我們對該系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)與使用。通過對延伸率和張力輥傳動差動輪系的計算分析，為國內(nèi)拉矯機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)改造和設(shè)計提供了一個可資借鑒的參考。

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Analysis of elongation and differential gear train of bridle roll drive device for tension leveler

ZHANG Gui-chun，ZHANG Ning-feng
(Xinyu Iron＆Steel Group Co.，Ltd.，Xinyu，338001)

This paper introduced the control principle of elongation，taking an imported equipment tension leveller system for 1550mm CAL of XinSteel，emphasizes on the analysis of calculating method for planet carrier revolve speed of differential gear train of main Reduction machinery for bridle roll drive device and tension leveller elongation，and calculated the elongation which consists with the actuality elongation，which results absolutely accordance with HMI data.It provided a reference for design and reconstruction of tension leveler.

tension leveller;elongation;bridle roll drive device;differential gear train

TG333

A

1001-196X(2014)06-0049-04

2014-03-09;

2014-05-11

張貴春(1965-)，男，江西高安人，高級工程師，從事冷軋連續(xù)退火機(jī)組設(shè)備技術(shù)管理工作。