张力辊组及其控制

张力辊组及其控制

黄海生

（江西新余钢铁有限责任公司，江西

新余338001）

摘要：本文通过张力辊组的受力分析与计算，张力辊组的工作状态分析，阐述张力辊组的控制方法。关键词：

张力辊组；计算；控制

Bridle Roll and it’s control

Huang Hai sheng

(Xinyu Iron&Steel Co.Ltd.,Xinyu 338001,China)

Abstract ：This test expatiate method of control for Bridle roll according to stress analyse and calculate of Bridle roll ，operating state analyse of Bridle roll.

Key words ：Bridle roll ；Calculate ；Control

1前言

张力辊组又叫张紧辊组，俗称S 辊，在带材的连续生产线上有着广泛的应用，如冷带的酸轧联机、连退、镀锌、重卷、彩涂等机组，张力辊组的作用是在带材的连续生产线上实现张力的分隔和调节。张力辊工作原理：带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，使出口与入口产生张力差，由此改变张力辊入口或出口带钢的张力值，对机组实现张力控制。

2张力辊组的受力分析与计算

2.1张力辊的受力分析

张力辊组的受力如下图

1

图1张力辊组受力分析图

带钢运动速度和方向如图1中V，以1号张力辊为例，张力辊入口所受的力为带钢的张力T1、钢带运动的离心拉力T 离，钢带弹塑拉力T 弹塑；出口所受的力是张力T、钢带弹塑拉力T 弹塑、钢带运动

的离心拉力T 离，当然还有机械传动如轴承的摩擦力，在图中未画出。图1中T 弹塑实线部分受力为张力辊处于电动状态，虚线部分受力为张力辊处于发电状态。2号张力辊入口和出口的受力与1号张力辊相同。

2.2张力辊组的计算

张力辊的计算主要包括张力辊几何尺寸计算、张力的计算、张力辊传动力矩、传动功率的计算等。2.2.1张力辊几何尺寸的确定

张力辊辊径的选择，应以带钢最外层表面达到屈服极限为出发点，这样可防止带钢出现永久变形，张力辊的最小半径为:

（1）

式中：D 为张力辊辊径（mm）；E 为带钢弹性模量（MP a ）；h max 为带钢最大厚度（mm）；σs 为带钢屈服极限（MP a ）

辊身尺寸依据带钢的宽度选取，通常是带宽加200~300mm。

张力辊组的辊径大小对设备成本有较大影响，因为所要求的张力转矩等或电机输出转矩随辊子直径的增大而增大，传动设备的投资成本也随之增加。2.2.2张力及传动力矩计算

根据欧拉公式可计算出张力T ，张力辊组传动力矩M 为张力辊出入口综合张力差与张力辊半径的乘积，如图1受力分析

张力辊处于电动状态（T

（2）（3）

张力辊处于发电状态（T>T1）时：（4）（5）

式中μ为辊子与带钢的摩擦系数，α为带钢在辊子上的包角（rad），D 为张力辊直径；T 弹塑、T 离的计算详见参考文件。

由张力辊转矩可计算出张力辊传动功率，详见参考文件。

上述计算式主要用于张力辊的设计，其出发点是满足要求的张力放大倍数，并确保钢带在张力辊组上不打滑。从控制角度考虑，在钢带不打滑的情况下，张力辊组中的张力辊1和张力辊2是一个整体，且张力辊组入口张力T1和出口张力T2是已知的，考虑传动摩擦力矩Mf，张力辊组总的传动力矩计算式：

张力辊处于电动状态（T2

张力辊处于发电状态（T2>T1）时：

2

（7）

3张力辊组的分类及工作状态

在带材连续生产线中，根据张力放大倍数的需要，张力辊组有两辊、三辊、四辊等几种，同时张力辊可全部带传动，也可部分张力辊带传动。在整个生产线中，一部分张力辊组只是分隔张力区并产生主令速度，并不调节张力，属于主令速度张力辊组；更多的张力辊组用于调节张力，采用张力控制。在生产线中，一部分张力辊组工作在电动状态（入口张力大于出口张力），一部分张力辊组工作在发电状态（出口张力大于入口张力）。在生产线的每一区段有各自的主令速度，即每一区段有一主令速度张力辊组；相邻两组张力辊组不能均为主令速度张力辊组，相邻两组张力辊组可均采用张力控制。

4张力辊组的控制

4.1

主令速度张力辊组控制

图2张力辊组控制框图

主令速度张力辊组控制如图2所示，张力辊速度闭环控制，张力辊负荷平衡采用相同的转矩控制量即转矩等比例控制（近似于电机功率等比例）。负荷平衡具体控制方法是：将张力辊组中功率最大的张力辊的速度调节器积分量输出送给其它张力辊使用，而其它张力辊的速度调节器积分不使能，张力辊的转矩限幅只是起到保护电机的作用，而不起调节转矩作用。

4.2张力辊组张力控制

张力辊组张力控制有直接张力控制和间接张力两种方式。

4.2.1间接张力控制

间接张力控制属于张力开环控制，张力辊电机工作在转矩控制方式，如图3

所示。

图3间接张力控制框图

使用式（6）或式（7）计算出传动的总转矩，通过速比i、效率η及负荷平衡（转矩等比例）等计算，计算出两个电机的转矩，作为转矩限幅给定到变频器，通过转矩限幅调节控制张力，而速度调节器使用附加速度给定使其工作在饱和状态，从而达到速度开环，而转矩闭环。4.2.1直接张力控制

直接张力控制是张力闭环控制，一般用于对张力要求较高的情况，使用张力计反馈实际张力，变频器工作在转矩或速度都可以，区别只是张力控制器的输出送给不同的调节器而已。如图2，为变频器工作在速度状态时的直接张力控制方式，张力辊负荷平衡仍采用转矩等比例控制法，负荷平衡控制具体方法与主令速度张力辊组负荷平衡控制相同。

直接张力控制采用张力闭环控制，张力控制精度高，不需要考虑钢带的弹性力和传动摩擦，也不需要考虑传动比和效率，计算较间接张力控制法简单得多，但由于采用了张力计，设备投资增大，所以一般用于对张力精度要求较高的场合。

为进一步提高直接张力的控制精度，采用张力自适应控制。如图4所示，通过张力自适应控制器输出，调整张力调节器及速度调节器的控制参数，

消除机组速度、钢带参数等对张力控制的影响。

图4张力自适应控制框图

4.3张力辊组的传动控制

在钢带连续生产线中，一部分张力辊组工作在电动状态，一部分工作在发电状态，电机发电状态的能量可直接供给电动状态电机用。所以，张力辊组合理搭配，采用公共直流母线的集中整流和独立逆变的变频调速方案最为经济合理，因减少了从电网获取的能量，可减少整流逆变装置、整流变压器及上级电网设备装机容量，同时可减少线损和电缆投资。

5结束语

在钢带连续生产线中，为满足生产工艺要求并确保不断带，需将全线分成多个不同的张力分区，因此张力辊组的设置和张力辊组的控制显得非常重要。为保证全线稳定高速运行，目前张力辊组更多采用直接张力闭环控制，同时为减少投资和节能，张力辊组采用公共直流母线的集中整流和独立逆变的变频调速方案。

参考文献

［1］李海燕.冷连轧机组中张力辊组的设

计.一重技术［J］.2006（4）：5-6

［2］潘卫东等.二次冷轧机组张力辊设计

计算.江苏冶金.2007（3）：59-60

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