带材轧机中的静态轧制扭矩分析

带材轧机中的静态轧制扭矩分析
【摘要】本文介绍带钢可逆冷轧机在停机后产生的静态轧制扭矩，分析静态轧制扭矩对设备造成的冲击伤害，最后提出了消除静态轧制扭矩简单有效的方法。

【关键词】主轧机电机抖动；静态轧制扭矩；冲击伤害
问题的提出
六辊单机架可逆带钢冷轧机组是我公司自行研发设计制造的具有自主知识产权的主要产品之一。

在轧机现场调试过程中，我们发现，每一个轧制道次结束时，在主轧机停车那一瞬间，机前机后带钢都会抖动一下，再仔细观察发现主轧机传动电机在停车时发生了抖动，抖动的时间和封锁主轧机脉冲时间一致。

看来封锁脉冲使主轧机电流瞬间减少到零，是引起抖动的唯一原因，为了消除抖动，我们改变了控制方案，当轧机自动减速到带尾时，让主轧机工作在零速给定状态，反向轧制时只需给定一个反向速度即可。

这样彻底消除了停车抖动现象，但停车后的主轧机电流并没有下降多少，说明轧机还有负载，这就是本文要讨论的主题——静态轧制扭矩。

1、静态轧制扭矩的产生
为什么会产生静态轧制扭矩，我们知道，主轧机在停车后，由于工作辊在几百吨轧制压力和前后张力作用下，还处于咬钢状态，带钢巨大的弹性应力和主轧机的电机轴端输出扭矩力处于一种新的静止平衡状态，这时电机轴端折算到轧辊上的输出扭矩我们称为静态轧制扭矩Mjn。

如图1所示，作用在带材上的静态轧制扭矩力f可分解为沿带材运动方向的水平力f1和垂直于带材方向的压力f0.本轧机工作辊直径为300mm，带材厚度3.5mm，扭矩夹角α非常小，f1=f*cosα≈f，f0= f*sinα≈0，可以忽略不计。

所以，我们认为轧辊作用在带材上的水平力就是轧制扭矩力f，静态轧制扭矩的方向就是带材运动的方向。

带材对轧辊的反作用力f2大小与静态轧制扭矩力f相同，方向相反。

2、静态轧制扭矩Mjn的估算
静态轧制扭矩的计算是是非常复杂的，影响静态轧制扭矩的主要因素有：带材的厚度、材质、轧制力、压下量、工作辊直径、工作辊表面的粗糙度、带材前后张力等。

这里暂且不做准确的定量计算，真对于这台轧机我们用测量主轧机电流的方法做了粗略的估算，即静态轧制扭矩Mjn大约是动态轧制扭矩Mdn的三分之二。

用公式表示Mjn=（0.7～0.8）Mdn。

3、如何消除静态轧制扭矩以便减少对设备的冲击伤害
前面已经分析过，带材轧机在轧完每一个道次停车后，前后张力和轧制压力并没有撤销，存在着静态轧制扭矩，这时静态轧制扭矩力f等于带材对轧辊的反作用力f2.如果我们封锁主轧机电流输出，使电机作用在带材上的静态轧制扭矩力f瞬间降到零，f2就变成推动轧辊反转的加速力矩，电机转子、安全联轴器、减速机、轧辊、带材等就会受到反向冲击而抖动。

这样反复的冲击对安全联轴器的伤害是最大的。

前面已经说过，停车时不封锁脉冲使能即可消除抖动，但是轧完最后一个道次停车后静态轧制扭矩依然存在。

如何消除最后一个轧制道次的静态轧制扭矩，我们用过两种办法，第一，轧机卸张后直接开辊缝，试验的结果是不可用，因为在维持静态平衡扭矩力f=f2中，开辊缝使得轧制力快速减少，这时f2突然减少到接近于0，但此时静态轧制扭矩力f不会马上消失，轧辊并没有离开带材，轧辊在f的作用下加速向前转动，造成工作辊表面擦伤。

第二种办法，在给轧机卸张的同时，给主轧机施加一个较小的反向速度给定，使速度调节器输出反向，电机电流就会迅速减小，当电机电流减小到零时，取消给定，封锁脉冲。

卸张完毕后开辊缝卸卷，轧辊和带材不会受到任何冲击。

4、结束语
江门俭美的1150mm冷轧机组，在我们改变控制方案之前，每周都有1～2个联轴器的安全螺栓断裂，而且每班都要检查安全螺栓是否松动。

按照前面提到的第二种方法改进以后，彻底消除了静态轧制扭矩对设备的冲击伤害，连续生产超过两个月，没有发生过安全螺栓断裂现象。

提高了生产效率，减少了设备维护工作量。