金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的分析與研究

陳思遠

摘 要：在金屬帶材壓力加工過程中，技術(shù)人員可以在不同生產(chǎn)階段，采取不同的張力控制系統(tǒng)，從整體提升金屬帶材壓力加工的質(zhì)量?；诖?，本文從金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的要求入手，闡述了間接與直接張力控制系統(tǒng)的原理，并以某軋機作為研究對象，對張力控制系統(tǒng)進行了實踐分析。

關(guān)鍵詞：金屬帶材；壓力加工；張力控制系統(tǒng)

前言：作為軋機的重要組成部分，張力控制系統(tǒng)的運行效果會對軋機軋制帶材的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。軋機的張力控制系統(tǒng)主要包括直接張力控制系統(tǒng)和間接張力控制系統(tǒng)這兩種類型。技術(shù)人員需要根據(jù)軋機的實際狀況和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，選擇相應類型的軋機張力控制系統(tǒng)，保障金屬帶材壓力加工的厚度、平整度以及卷緊度等參數(shù)，提升金屬帶材壓力加工的質(zhì)量。

一、金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的要求

為了明確金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的具體設計與應用，本文將某單機架四輥可逆精軋機作為試驗設備，對張力控制系統(tǒng)的應用進行分析。該設備有軋輥、測厚儀、張力儀、測速計以及夾送輥等部件組成。其中，左右卷筒分別作為開卷機以及卷取機，如果將右卷筒作為開卷機，則左卷筒作為卷取機，則右側(cè)的測厚儀及張力儀進行工作，將帶材按照從右向左的方向緩慢軋制。在上述設備進行金屬帶材壓力加工時，張力系統(tǒng)需要確保軋制過程的張力穩(wěn)定性。因此，技術(shù)人員在進行張力控制系統(tǒng)的設計與應用時，需要注重以下幾點要求：

第一，在進行張力數(shù)值控制的過程中，技術(shù)人員需要認識到速度變化產(chǎn)生的動態(tài)力矩對張力大小造成的影響。因此，技術(shù)人員需要將卷取機和軋機的運行速度控制在相同的數(shù)值，避免張力對金屬帶材壓力加工產(chǎn)生不利影響。

第二，如果軋機速度保持不變，技術(shù)人員需要認識到卷徑變化對張力數(shù)值造成的影響，避免系統(tǒng)振蕩問題的出現(xiàn)。

第三，在實際的金屬帶材壓力加工中，卷徑和負載質(zhì)量會有所增加，再加上外界因素的影響，系統(tǒng)模型的參數(shù)會出現(xiàn)一定的變化，對金屬帶材壓力加工的質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。因此，技術(shù)人員需要合理設置張力控制系統(tǒng)，通過間接張力控制法或者直接張力控制法，確保張力數(shù)值始終保持在規(guī)范范圍內(nèi)，保障金屬帶材壓力加工的質(zhì)量與效率[1]。

二、金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的原理

基于上述要求，金屬帶材壓力加工可以通過間接張力控制法或者直接張力控制法實現(xiàn)張力控制系統(tǒng)的設計，不同張力控制方法的工作原理有所差異。

（一）間接張力控制法

間接張力控制法主要應用于生產(chǎn)系統(tǒng)的建張和消張過程。在實際的間接張力控制系統(tǒng)應用中，常用的間接張力控制法有很多種，應用最為廣泛的是最大力矩法。在金屬帶材壓力加工過程中，該方法主要具有如下優(yōu)勢：

第一，在最大力矩控制系統(tǒng)中，卷徑變化不會對電動機磁場的變化產(chǎn)生影響，可以根據(jù)實際需求選擇電動機磁場的范圍，這種控制方式可以實現(xiàn)電動機制造的標準化發(fā)展；第二，如果金屬帶材壓力加工設備的運行速度較慢，而且卷徑?jīng)]有達到最大值，系統(tǒng)中的樞電流也不會達到最大值，能夠在很大程度上降低機械應力及相應的損耗，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)；第三，最大力矩控制系統(tǒng)會升壓后再進行弱磁控制，確保電動機始終處于滿磁啟動狀態(tài)，在很大程度上降低了無功功率對電動機產(chǎn)生的不利影響；第四，金屬帶材壓力加工設備的電動機時常在全電壓的狀態(tài)下運行，該控制系統(tǒng)的應用可以提升其功率因數(shù)。

需要注意的是，在軋制過程中，技術(shù)人員需要全面考慮卷取機的卷徑變化、帶材寬度變化以及部件間摩擦力的變化，通過張力調(diào)節(jié)器準確控制上述因素引發(fā)的力矩變化，以此提升張力控制系統(tǒng)的控制精度。

（二）直接張力控制法

一般來說，直接張力控制法主要應用于加工設備的穩(wěn)態(tài)軋制環(huán)節(jié)。直接張力控制法主要通過電流、速度及張力這三項參數(shù)對應的調(diào)節(jié)器實現(xiàn)直流電動機以及卷筒等部件的控制。其具體工作原理涉及到以下三點內(nèi)容：

第一，在卷取機進行點動、啟動或者停車等操作時，直接張力控制系統(tǒng)中的速度調(diào)節(jié)器會自動運行，使整個生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

第二，在卷取機開展工作的過程中，生產(chǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生張力，張力控制系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器停止運行，其轉(zhuǎn)速環(huán)可以看做是開環(huán)，此時僅電流單環(huán)進行工作，使得生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺埩﹂]環(huán)系統(tǒng)，張力環(huán)隨之投入運行，生產(chǎn)系統(tǒng)的運行狀態(tài)為間接張力控制狀態(tài)，需要通過最大力矩控制方法完成生產(chǎn)系統(tǒng)中的恒張力控制。也就是說，在生產(chǎn)系統(tǒng)的運行速度超過基速后，卷取機的勵磁系統(tǒng)將會進行閉環(huán)工作狀態(tài)的調(diào)整，確保反電勢E始終處于恒值。

第三，在金屬帶材壓力加工過程中，如果技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)張力不足，需要利用張力控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，確保張力的的大小符合金屬帶材壓力加工的需求。因此，技術(shù)人員在應用直接張力控制系統(tǒng)時，需要配合雙向調(diào)節(jié)的自適應系統(tǒng)，保障張力的實時追蹤與控制。

三、金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

在明確金屬帶材壓力加工中張力控制系統(tǒng)的要求及工作原理后，技術(shù)人員可以根據(jù)金屬帶材壓力加工設備的實際狀況，有針對性地進行張力控制系統(tǒng)的設計，保障金屬帶材壓力加工的質(zhì)量及穩(wěn)定性。以上述單機架四輥可逆精軋機為例，在開卷機進行帶材運輸時，需要確保夾送輥能夠正常運行[2]。結(jié)合張力控制系統(tǒng)的設計與應用要求，技術(shù)人員可以按照如下工藝參數(shù)設置加工設備，保障張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

（1）開卷機的卷筒直徑設置為0.5m，最大開卷直徑設置為1.3m；（2）將卷取機的卷取速度設置為1.5m/s，軋制速度設置為0.5m/s；（3）將卷取機的卷取張力設置在A：8000-80000N之間，通過恒張力完成金屬帶材的卷取；（4）卷筒的寬度設計為450mm，外徑設計為500mm，其飛輪轉(zhuǎn)矩設置為40kg·m2；（5）采用直流電動機作為加工設備的電動機，轉(zhuǎn)速控制在0-1560r/min的范圍內(nèi)，輸出功率設定為145kW。經(jīng)過實踐運行，上述參數(shù)設計的加工設備及張力控制系統(tǒng)，可以保障穩(wěn)定高效地金屬帶材壓力加工，加工的產(chǎn)品質(zhì)量較高。

結(jié)論：綜上所述，張力控制系統(tǒng)在金屬帶材壓力加工中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，需要受到技術(shù)人員的重視。通過本文的分析可知，技術(shù)人員需要根據(jù)軋機的構(gòu)成及生產(chǎn)要求，進行張力控制系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)加工設備張力的有效控制與調(diào)節(jié)，保障加工設備的穩(wěn)定運行，提高金屬帶材壓力加工的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]張其，王時龍，楊文翰.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的多股簧鋼絲張力控制系統(tǒng)[J].機械設計與制造，2018（12）：105-108.

[2]李巧麗.金屬帶材壓力加工中復雜張力控制系統(tǒng)的應用淺析[J].科技與創(chuàng)新，2015（01）：150.