第５期总第２１３期 冶金丛刊 Ｓｕｍ．２１３ Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２ ０ １ ４ ２ ０ １ ４年１０月 ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＳ 卷取机恒张力控制方法与应用 关 ． 一 （武汉中冶易新科技有限公司，湖北武汉４３０４１５） 摘要本文通过分析卷取机负载的机械特性和变频电机的调速特性，对恒张力卷取的控制方法进行了论述，介 绍了冷轧生产线中不同情况下卷取功率的计算方法。结合实例，给出了运用最大力矩控制法，合理选择卷取机的 传动电机功率与减速比的公式，该计算结果和计算方法已得到实际验证。 关键词卷取机；张力控制；最大力矩控制；恒张力 文章编号：１６７１—３８１８（２０１４）０５—００３５—０３ 中图分类号：ＴＧ ３３３．２＋４文献标识码：Ｂ ＭＥＴＨｏＤＳ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩｏＮ ｏＦ ＣｏＮＳＴＡＮＴ ＴＥＮＳＩｏＮ ＣｏＮＴＲｏＬ ｏＦ ＲＥＣｏＩＬＥＲ Ｍｏ Ｙｉ （ＭＣＣ ＥＡＳＴＥＣＨ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３０４１５，Ｈｕｂｅｉ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ ｋｅｅｐｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｃｏｉｌｉｎｇ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｂａ— ｓｉｓ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｏｉｌｅｒ ａｎｄ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅｒ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅ— ｃｏｉｌ ｐｏｗｅｒ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｉｎｇ ｌｉｎｅ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｂｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏ— ｐｏｓｅｄ ａｌｓｏ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｈａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｒｅｃｏｉｌｅｒ，Ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｍａｘｉｍｕｍ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｎｓｉｏｎ １ｌ ＿刖■■－－吾 ‘●一 矩计算公式如下 ］［ 。 ｎ 在冷轧生产线中，卷取机工作时必须具有一定 的速度和卷取张力，其大小取决于卷取机的工作状 态和产品规格¨ 。卷取张力过大或过小均会影响 产品的质量，卷取张力过大还会影响产品内部金相 Ｍ＝Ｔ×—／－ ｉ （１） 式中，Ｍ一卷取机负载转矩，Ｎ・ｍ； Ｔ一卷取张力，Ｎ； 组织，并使设备电机容量增大；过小会使带钢跑偏。 结合卷取机的负载的机械特性以及冷轧生产线中的 实际应用情况，本文对卷取机的张力控制方法以及 Ｄ一卷径，ｍ． 卷取机在恒张力卷取过程中随着卷径的变化， 负载功率基本上是恒定的，也就是说卷取机负载具 有恒功率机械特性。卷取机负载转矩与转速成反 比，在不同转速下，卷取功率基本不变。对于恒功率 调速系统，电机运行在恒功率调速区是最合理经济 传动部分的选型计算进行分析。 ２卷取机负载的机械特性 卷取机在卷取过程中，为了保证卷径变化时张 力的恒定，随着卷径逐渐增大，卷取机负载的转矩随 卷径的变化而处于动态调整之中。卷取机负载的转 的。电机的变频调速，就是通过改变电机定子供电 频率以改变同步转速来实现的。在调速过程中，从 高速到低速都可以保持有限的转差功率，因而具有 作者简介：莫一（１９６８一），男，湖北武汉人，汉族，硕士，机械设计及理论专业，高级工程师，从事冶金设备设计工作 ・３６・ 冶金丛刊 总第２１３期 高效率、宽范围和高精度的调速性能，满足不同卷 径、不同转速情况下卷取张力恒定的要求。 ３卷取机恒张力控制方法 卷取机卷取过程实际上是钢卷卷径逐渐增大的 过程，为了保证卷径变化时板材张力的恒定，要求卷 取电机的参数必须随着卷径的变化而处于动态调 整。在基速以下，只要保证卷取机电枢电流随卷径 成正比变化即可实现张力恒定；在基速以上，只要保 证卷取机电枢电流随带钢线速度成正比变化即可实 现张力恒定； 在冷轧生产线上，为保证卷取机的恒张力，如果 采用恒电流和恒电势控制法，电机的调速范围（调 磁通）应保证在最大机组速度时，卷筒最大转速ｎ 与基速ｎ （最大卷径Ｄ…时的卷筒转速）的比值应 大于或等于钢卷的卷径比Ｄ…／Ｄ。（Ｄ。为卷简直径 或套简外径）。——一般情况下很难满足这一条 件。大多情况下采用最大力矩控制法。 最大力矩控制法是在电机额定转速以上时，通 过磁场控制回路使电机在弱磁状态下运行，随着卷 径Ｄ的增大磁通‘ｐ成正比的增大，保持‘Ｐ／Ｄ恒定。 而这时电枢电流Ｉ保持不变。在电机额定转速以下 时，电机满磁通运行，磁通‘ｐ保持不变。而电枢电 流Ｉ随着卷径Ｄ的增大成正比的增大，保持Ｉ／Ｄ恒 定。利用电机在基速以上随转速的增加力矩下降的 特征，让电机始终在最大力矩状态下工作。 ４最大力矩控制法在卷取机传动计算 上的应用 ４．１卷取功率的计算 按卷筒上的静张力计算电机功率，根据最大力 矩控制法，卷取功率的计算公式如下 ： Ｐ： （２） 叼 式中，Ｐ一卷筒驱动功率，ｋＷ； Ｔ一最大卷取张力，ｋＮ； Ｖ一卷取最大速度，ｍ／ｓ； 一机械传动效率． 公式（２）成立的前提条件是在正常卷取时，卷 取机的电机在恒功率调速范围；而冷轧机组所需生 产的带钢规格和品种很多，机组的张力和速度变化 范围很大，卷取机的速度变化幅度一般都会超出电 机恒功率区域所允许的调速范围，同时，减速比选择 不当，也会使卷取机调速区域偏离电机的恒功率调 速范围。 因此，用公式（２）确定的卷取机电机功率，往往 在低速区不能满足机组卷取张力的要求，造成电机 超载。为满足调速范围大的要求，应考虑所选电机 的允许最高转速ｎｍａｘ与基速ｎ。之比值，以及最大卷 径Ｄ…与卷筒直径Ｄ。之比值的大小。选择电机功 率时，应当考虑增加电机的计算功率，以保证电机在 额定转速以下工作时，有足够的力矩满足带材卷取 时所需要的张力。计算功率时应考虑增大电机的计 算功率。 Ｐ： × × （３） ７Ｊ Ｌ１０ ｎ 式中，Ｄ 一最大钢卷直径，ｍｍ； Ｄ 一卷筒直径，ｍｍ； ｎ 一电机基速，ｒｅ￣ｒａｉｎ； ｎｍａｘ一电机最高转速，ｍ／ｍｉｎ． ４．２减速机减速比的选择 电机的最高转速受到电机结构以及电气调速系 统的特性限制，电机恒功率区的调速范围一般小于 ４．５倍。减速比过大就有可能在机组高速运行时， 使卷取机超速；而减速比过小，又会使卷取机调速区 偏离电机恒功率区。减速机减速比的选择一般考虑 以下两种情形 ： 当圭 ＜ 时，／３ｏ ｒｔ 减速比按电机基速 。与对应 于钢卷最大卷径Ｄ…的最大速度Ｖ…下的转速之比 求得，即： ｎ 仃Ｘ Ｄ ×ｎ ． 一 丽 ＿＿＿ （４） 当 ＞ 时，减速比按电机最高转速ｎ… 与对应于钢卷最小卷径Ｄ０的最大速度Ｖ 下的转 速之比求得，即： ｎ ７ｒ Ｘ Ｄｏ×ｎ ． （Ｙｍ ×ｃＤ０×ｃＴｒ）×Ｋ Ｖｍ ×Ｋ （５） 式中，Ｋｉ一电机转速余量系数，一般取值Ｋｉ：１ ～１．０５． 通常情况下，初步选定电机的基速ｎ ，根据卷 径比确定电机的最高转速ｎ…，合理地计算减速机 的减速比。 第５期 莫一：卷取机恒张力控制方法与应用 ・３７・ ５最大力矩控制法计算举例 以某一重卷机组的卷取机设计计算为例，详细 卷筒最高工作转速：ｎ Ｉ， 介绍运用最大力矩控制法，合理选择卷取机的传动 电机功率与减速比。 ５．１计算依据 卷取机卷取最大张力Ｔ：８０ｋＮ； 卷取机卷取速度Ｖ：２５０ｍｌｍｉｎ； ３．：１４×０．５０８ １５６．７ｒ／ｍｉｎ ‘ …… ３．选取电机基速： ，Ｄ、 ＝３５Ｏｒ￣ｒａｉｎ 电机最高允许转速： ｎｍａｘ Ｂｅ×【 Ｊ ：３５０ Ｘ４．１３４＝１４４７ｒ／ａｒｉｎ ４．减速机的减速比为： ＝ ９．２３３ 卷取机卷简直径ｄ：ｔｐ５０８ ｍｍ； 钢卷最大直径Ｄ：ｑ￣２１００ ｍｍ． ５．２传动电机的功率计算 运用公式（２）计算卷筒驱动功率：１９＝ ０．＝ ＝ ５．电机额定扭矩： ＝９５５。× ＝＝９５５０×４ ００ ｅ／Ｚ：８５ ３９２后 …。 １０９１４Ｎ・ｍ 考虑到电机的传动效率以及机械效率，选取电 机功率Ｐ＝４００ｋＷ（１１＝８５％）． ５．３减速机的减速比计算 １．卷径比：Ｄ／ｄ： ２．卷取最大速度 最高转速。 －４．１３４ ＝２５０ｍ／ｍｉｎ时， ５．４电机、减速比的选型 １．电机选型： 电机功率Ｐ＝４００ ｋＷ 转速１３＝０～３５０／１４４７ ｒ／ｒａｉｎ 额定扭矩Ｍ＝１０９１４ Ｎ・ｍ ２．减速比：ｉ＝９．２３３ ５．５卷取机张力计算结果 选取变频电机时，取卷筒最高转速对应电机的 表１ 不同卷径对应的卷取机转矩及卷取机张力 注：最大速度２５０ ｍ／ｒａｉｎ时卷取机的卷取张力（考虑机械传动效率 ＝８５％） ６ 结语 通过最大力矩控制法计算得出的电机功率以及 减速比，据此确定的卷取机的张力如表（一）所示。 参［１］ 邹家祥．轧钢机械［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００４． 可以看出，卷取机在卷取过程中随卷径的不断变化， 张力基本保持恒定，满足恒张力卷取的要求。 考文献 ［２］周国盈．带钢卷取设备［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９２． ［３］潘仲．高速冷连轧机组卷取机电机功率和减速比的确定［Ｊ］．宝钢技术，２００７（３）：７４—７７ 轲．张力卷取机的设计要点浅析［Ｊ］．钢铁技术，２００６（３）：２５—２８． ［４］ 黄焕江，李