立式活套帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算及機(jī)械慣量補(bǔ)償

金 琳

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司冷軋部， 河北 唐山 063210）

隨著冶金自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，冷軋帶鋼生產(chǎn)多采用連續(xù)運(yùn)行的機(jī)組系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)工藝段帶鋼的連續(xù)運(yùn)行，需在機(jī)組的入口段和出口段分別設(shè)置立式活套[1-3]。入口活套的功能為當(dāng)入口段停車時(shí)通過(guò)抽套保證工藝段的帶鋼供應(yīng)，出口活套的功能為當(dāng)出口段停車時(shí)通過(guò)填充活套來(lái)存儲(chǔ)工藝段送出的帶鋼[4-5]。

立式活套主要由卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼結(jié)構(gòu)、活套小車、鏈輪組、配重塊、定輥和動(dòng)輥幾個(gè)部分組成[6-8]。本文將對(duì)西門子立式活套控制方案進(jìn)行研究，并重點(diǎn)分析活套帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算和機(jī)械慣量補(bǔ)償兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1 活套帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算

為了實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤，必須計(jì)算活套內(nèi)的帶鋼長(zhǎng)度[9-10]。活套內(nèi)帶鋼的全長(zhǎng)分為固定長(zhǎng)度和可變長(zhǎng)度兩個(gè)部分。固定長(zhǎng)度部分取決于活套的構(gòu)造，主要包括活套入口和出口低于定輥中心線的部分以及帶鋼與活套輥形成的包角部分，如圖1 粗體所示?？勺冮L(zhǎng)度部分由活套的套量決定，但由于活套內(nèi)的帶鋼不完全垂直，所以活套內(nèi)帶鋼的長(zhǎng)度需要通過(guò)計(jì)算產(chǎn)生。

1.1 固定帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算

設(shè)活套內(nèi)帶鋼與輥之間形成的半圓包角長(zhǎng)度之和為∑LHalf_rolls，活套入口至定輥軸線間的帶鋼長(zhǎng)度為L(zhǎng)start，活套出口至定輥軸線間的帶鋼長(zhǎng)度為L(zhǎng)end，活套中部帶鋼長(zhǎng)度為L(zhǎng)Middle，則活套內(nèi)固定長(zhǎng)度帶鋼的總長(zhǎng)度Lfix可表示為：

圖1 活套帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算

1.2 變化帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算

活套內(nèi)變化帶鋼長(zhǎng)度主要取決于活套的套量變化，由于立式活套內(nèi)的帶鋼不完全垂直或傾斜，所以必須分情況進(jìn)行討論。如圖1 所示，垂直道次的帶鋼長(zhǎng)度為實(shí)際套量與補(bǔ)償值之和，補(bǔ)償值為最低套量與活套定輥軸線間的距離。計(jì)算傾斜道次的帶鋼長(zhǎng)度需要測(cè)量定輥與動(dòng)輥之間的斜位移，根據(jù)勾股定理可得出傾斜帶鋼的長(zhǎng)度。隨套量變化的帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

式中：Nrloops為活套總道次數(shù)；Nrstraigth為垂直的道次數(shù)；Stilt為定輥和動(dòng)輥間的斜位移，m；Loffset為最低套量與定輥軸線間的距離，m；Sact為實(shí)際套量百分比，%；Lloop為最低套量與最高套量間的垂直長(zhǎng)度，m；Lstraigth為垂直帶鋼的總長(zhǎng)，m；Ltilt為傾斜帶鋼總長(zhǎng)，m；Lvariable為變化帶鋼總長(zhǎng)，m。

活套帶鋼的總長(zhǎng)度為固定帶鋼長(zhǎng)度與變化帶鋼長(zhǎng)度之和，總長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

式中：LALL為活套內(nèi)帶鋼的總長(zhǎng)度，m。

2 機(jī)械慣量補(bǔ)償

2.1 小車慣量補(bǔ)償

活套小車、配重塊和鋼繩組成一個(gè)統(tǒng)一的質(zhì)量體，該質(zhì)量體在活套加速時(shí)需要額外提供加速力矩，動(dòng)態(tài)過(guò)程中需進(jìn)行機(jī)械慣量補(bǔ)償。質(zhì)量體加速時(shí)因慣量損失的轉(zhuǎn)矩由質(zhì)量體的質(zhì)量和加速度決定。質(zhì)量體的加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：

上述式中：m為質(zhì)量體的質(zhì)量，kg；Tcar為質(zhì)量體加速的牽引力，N；Acar為活套小車的加速度，m/s2；Ain、Aout分為活套入口和出口的帶鋼加速度，m/s2；Astrip為活套內(nèi)帶鋼的加速度，m/s2；Tcar為加速度牽引力，N；icar為卷筒與小車間的減速比；iGearbox為減速箱的減速比；D為卷筒直徑，m；TDrum為卷筒牽引力，N；TQDrum為卷筒轉(zhuǎn)矩，Nm；TQmotor1為小車的慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，Nm。

2.2 卷筒和電機(jī)慣量補(bǔ)償

電機(jī)轉(zhuǎn)子、卷筒和齒輪箱的慣量需計(jì)算三者的慣量之和，并折算為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，計(jì)算公式如下：

上述式中：JMot為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JGear為齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JDrum為卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；JALL為綜合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；iDrive為卷?yè)P(yáng)電機(jī)與帶鋼間的減速比；TQmotor2為卷筒和電機(jī)的慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，N·m。

2.3 機(jī)械慣量補(bǔ)償

活套的機(jī)械慣量損失包括小車、配重塊和鋼繩所組成的質(zhì)量體的損失，也包括卷筒和卷?yè)P(yáng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的損失。控制時(shí)需綜合兩個(gè)部分的機(jī)械慣量損失同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，機(jī)械慣量補(bǔ)償通過(guò)附加轉(zhuǎn)矩的形式下發(fā)給卷?yè)P(yáng)電機(jī)參與控制，綜合式（11）與式（14）可求出活套機(jī)械慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：

式中，TQMach為活套機(jī)械慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，N·m。

活套機(jī)械慣量補(bǔ)償原理如圖2 所示。

圖2 機(jī)械慣量補(bǔ)償原理

3 結(jié)論

1）提供了活套內(nèi)帶鋼長(zhǎng)度的計(jì)算方法，包括固定部分和變化部分帶鋼的長(zhǎng)度計(jì)算公式。

2）提供了活套機(jī)械慣量補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方法，包括小車、配重和鋼繩組成的質(zhì)量體慣量以及卷筒、減速箱和電機(jī)轉(zhuǎn)子組成的整體慣量，文中給出了相關(guān)的計(jì)算原理和計(jì)算過(guò)程。