金屬壓力加工張力控制問題探討

陳 峰，李張良

（河鋼邯鋼線棒材廠，河北 邯鄲 056015）

張力控制無效是治金行業(yè)常見的一種問題，為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)帶來了不利影響，導(dǎo)致工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量下降。近年來科學(xué)技術(shù)水平日益提升，現(xiàn)代工業(yè)上應(yīng)用的張力控制過程也日益復(fù)雜，為實現(xiàn)張力控制效果的提升，需要加大對張力控制的研究力度。

1 張力控制的方法

常見張力控制方法包括直接張力控制與間接張力控制。一是直接張力控制。主要是對張力傳感器的有效應(yīng)用，金屬壓力加工中的實際張力即為張力傳感器測量到的張力，對獲得的實際張力和系統(tǒng)中得出的張力進行對比研究，這樣可以得到一個偏差值。接下來根據(jù)該偏差值進行張力控制，可以讓實際張力無限接近給定張力，直到兩者最終相同。二是間接張力控制。不需要利用任何檢測器測量實際張力，只需要給定張力設(shè)定值，在綜合分析各種影響張力因素的參數(shù)以后，根據(jù)分析結(jié)果作出相應(yīng)調(diào)節(jié)，將張力穩(wěn)定目標(biāo)維持好。由于間接張力控制不會產(chǎn)生閉環(huán)控制，主要通過對電流的調(diào)節(jié)讓張力保持恒定，所以間接張力控制也可以稱之為補償張力控制。

2 金屬壓力加工張力控制的問題

①鋼材質(zhì)量不過關(guān)。當(dāng)前市場上金屬制品種類日益增多，對工業(yè)生產(chǎn)原料質(zhì)量要求也更高，很多工業(yè)產(chǎn)品難以滿足需求，尤其是對精密加工領(lǐng)域而言，對產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提升。在金屬壓力加工張力控制過程中，鋼材是非常重要的一個環(huán)節(jié)，只要其出現(xiàn)質(zhì)量問題，或者是不能進行加工操作，將為之后張力控制造成不良影響[1]。以生產(chǎn)帶鋼為例，因為很多帶鋼材質(zhì)較弱，對此其張力通常小于普通鋼板，由此引起很多問題。②張力控制精確度較低。進行金屬壓力加工張力控制時，各種缺陷問題與張力控制精確密切相關(guān)。現(xiàn)階段金屬壓力加工張力控制難度越來越大，相關(guān)加工要求也日益提升，需要加大對張力控制精準(zhǔn)度的控制力度。但是在實際金屬壓力加工張力控制過程中，經(jīng)常出現(xiàn)精準(zhǔn)度不足的問題，尤其是對于一些機械設(shè)備應(yīng)用來說，由于在參數(shù)設(shè)置上發(fā)生了錯誤，將造成出現(xiàn)張力控制問題，甚至引起金屬壓力加工事故。在生產(chǎn)0.15mm厚鋼板的張力控制中，設(shè)定開卷卷曲張力為0.75t，但系統(tǒng)初設(shè)設(shè)置的精度卻遠遠達不到這個標(biāo)準(zhǔn)。對此需要加大對張力控制措施的研究力度，保證制造的產(chǎn)品品質(zhì)得到提升。

3 金屬壓力加工張力控制的措施

（1）金屬壓力加工張力控制方法。張力控制為冷軋帶鋼的一個顯著特點，通過采取一定張力控制措施，可以加強對軋制壓力的控制，讓鋼板板型得以改善。通過可逆式單機冷軋機進行張力控制時，張力主要由軋機與卷取機一起引起，出現(xiàn)張力后，張力卷取機保持工作狀態(tài)，具體的張力值決定著產(chǎn)品質(zhì)量，且對產(chǎn)品穩(wěn)定性影響很大。計算張力后，可以實現(xiàn)對實際張力值的精度控制，此時還會出現(xiàn)閉環(huán)控制。對間接張力控制來說，開卷和卷取機之間的電流控制對恒張力控制影響很大，實際工作期間軋輥和軋機將長時間維持正常工作狀態(tài)，左卷取機將會正飽和輸入[2]。此時卷曲力矩通常取決于限幅值，而生產(chǎn)方向為從右至左運行，會讓兩者之間出現(xiàn)一定速度差，其差值為形成張力的最根本力量。當(dāng)穩(wěn)定運行時，張力也將保持穩(wěn)定，電力轉(zhuǎn)矩公式為：

上式中：Cm為電機扭轉(zhuǎn)常數(shù)，I為對應(yīng)電流。鋼板轉(zhuǎn)動所需張力計算公式為：

上式中：i為轉(zhuǎn)動比，T為鋼的張力。通過（1）、（2）式可知，若是不計算空載轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩，Md和Mt將保持一致。此外利用直徑D和系統(tǒng)的磁通量φ控制，將對電動機中的電流進行間接控制。

（2）金屬壓力加工張力控制實例分析。本文探討的張力控制系統(tǒng)為西門子公司生產(chǎn)的6RA7025全數(shù)字可逆直流調(diào)速器，配置了SPC420軟件，在T400控制版內(nèi)能夠完成轉(zhuǎn)矩動態(tài)補償、卷徑計算和負飽和設(shè)定。卷取機總力矩計算公式如下：

上式中：MD為電動機總扭矩，MO為電動機空轉(zhuǎn)力矩，Mf為電動機摩擦力矩，Mt為電動機張力力矩，Md為電動機動態(tài)力矩。

進行張力控制時，已經(jīng)將帶鋼的張力值設(shè)定好，剩下其他力矩為物理補充。6RA70調(diào)速器優(yōu)化能夠精確計算空轉(zhuǎn)力矩和摩擦力矩，T400參數(shù)能夠設(shè)定摩擦力矩補償?？刂破陂g卷取機將逐步加速，且卷取機加速中總力矩需要一定加速分量，將引起張力值的大幅度波動，且波動大小和加速率之間有明顯區(qū)別，對此為實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，應(yīng)該進行相應(yīng)的補償。在實際生產(chǎn)過程中為讓張力控制更加精準(zhǔn)，需要將速度與動態(tài)補償之間的平衡關(guān)系處理好。卷徑對靜態(tài)張力影響很大，且動態(tài)補償精度和卷取機轉(zhuǎn)動慣量之間有密切關(guān)系，對此張力控制中需要不斷調(diào)整卷取半徑。

在主機變速過程中需要施加一定動態(tài)力矩補償，結(jié)合速度變化情況將相應(yīng)力矩計算出來。西門子T400工藝控制板中含有動態(tài)力矩補償，為讓調(diào)試過程更加規(guī)范，可以進行以下兩個步驟，即把齒輪級別對應(yīng)于600m/min的檔位轉(zhuǎn)變成0.6，并切換掉相反的邏輯，把卷徑計算參數(shù)設(shè)定成1.0，H222為0.235，按照卷徑實際偏差調(diào)整H210的參數(shù)。而設(shè)計速度參數(shù)時，設(shè)定微分采樣時間為5000ms，變動部分轉(zhuǎn)動慣量為：。變動部分為：。溫度補償?shù)闹攸c并非是精細，關(guān)鍵是要保證平滑，對此要在此基礎(chǔ)上增加0.3%的補償。

最后，速度和料型控制確保軋制工作正常進行的前提就是要保證穩(wěn)定性，在此過程中要避免出現(xiàn)人為的調(diào)整和控制，否則將對軋制工作穩(wěn)定性造成影響。在軋制過程中大部分內(nèi)容是控制切分孔與立箱孔的料型尺寸，對此應(yīng)該檢測切分孔、立箱孔以及精軋道次，嚴格按照相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作出微調(diào)，讓切分孔、立箱孔的料型尺寸得到有效控制，真正確保產(chǎn)品質(zhì)量達標(biāo)。

4 結(jié)語

總之，金屬壓力加工時需要做好張力控制，全面考慮各個環(huán)節(jié)內(nèi)容，既要保證鋼材質(zhì)量的達標(biāo)，還要提升張力控制的精準(zhǔn)度。這樣才能保證工業(yè)生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]喬鵬飛.金屬壓力加工張力控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].世界有色金屬，2017，（19）：232-233.

[2]劉梅芳.金屬壓力加工張力控制問題及對策研究[J].世界有色金屬，2017，（17）：274-275.