厚度自动控制系统

板带箔轧制的厚度自动控制系统

金属加工产品广泛应用于建筑业、容器包装业、交通运输业、电气电子工业、机械制造业、航空航天和石油化工等各工业民用部门，其生产和消费水平已成为衡量一个国家工业发达程度的重要标志之一。

作为有色金属加工行业的设计研究单位，洛阳有色金属加工设计研究院早在1989年就自行设计研制出1400mm、1200mm、1300mm、1450mm、800mm 等各型全液压不可逆铝带箔冷轧机，1300mm 可逆铝带坯热轧机，560mm、850mm 全液压可逆铜带冷轧机，以及可逆钢带冷轧机的自动厚度控制配套系统，并积极开展铝板带箔厚度自动控制系统的开发研制工作，在吸收消化国外同类产品先进技术的基础上，先后开发出AGC-Ⅲ型到AGC-Ⅶ型厚度自动控制系统，厚控精度高，系统稳定。广泛用于铝、铜加工及钢铁加工行业的各类板带箔轧机上，深得用户好评（参见厚控系统用户表）。

板带材在轧制过程中的厚度变化，既与轧件的塑性变形抗力、厚度等因素有关，也与轧制工艺规程及轧机机架的刚度有关，下面对板带材轧制厚度自动控制原理作一简述。

1．弹跳方程和P-H 图 板带轧制过程中轧件作用于轧辊辊系的反作用力使机架发生弹性变形，遵循弹跳方程的规律：

K P S h 0+=

式中：

h — 轧件出口厚度，mm

0S — 原始辊缝，mm

P — 轧制压力，t

K — 轧机刚性系数，t/mm

作用于轧件的轧制力，使轧件发生塑性变形，轧件的塑性曲线虽然实际上不是直线，但在板带材轧制过程中塑性曲线处在微量变化情况下，可视为直线，轧件的塑性系数M 则可表示为：

Ｍ＝ΔＰ／Δｈ

式中：

Ｍ — 轧件塑性系数

ΔＰ — 轧制力变化量

Δｈ — 轧件的厚度变化

利用弹性变形曲线和塑性变形曲线所构成的Ｐ－Ｈ图（图１-１），可以很方便地用来分析轧件厚度变化原因。

图１-１ 弹性塑性变形的Ｐ－Ｈ图

２.影响厚度变化的因素

２.1 轧件的尺寸及性能的影响

在其他条件不发生变化的情况下，轧件出口厚度的变化与其入口厚度的波动是成正比的，如图２-１所示，如果轧件入口

厚度由

0H

H→，则会产生厚度波动h

∆。

入口厚度变化

1

h

∆。

图２-２ 轧件性能发生变化时的影响

２.2轧机刚度的影响

轧制过程中，轧机刚度是会变化的。轧机刚度的变化（即轧机刚性系数的变化），反映为弹性曲线斜率的变化，如图２-３所示：

冷轧带卷时引起轧机刚度变化的主要原因有：

（１） 轧件宽度的变化；

（２） 轧辊直径和凸度的变化；

２.3 辊缝设定原始值变化的影响

在轧制过程中，由于轧件尺寸及性能的影响、轧机刚度的变化等一系列因素，需要调整辊缝设定原始值，以实现厚度控制。如图２-４，辊缝原始值增大，使B 线向右移动，在轧制力1P 点达到轧机平衡状态，从而产生偏差h ∆。

图２-４ 辊缝原始值变化的影响

空载时，辊缝变化原因如下：

（１） 轧辊偏心和不圆；

（２） 轧辊热膨胀或收缩；

（３） 轧辊磨损；

（４） 轧辊弯曲；

（５） 上下轧辊中心线交叉；

（６） 轧辊轴承油膜厚度的变化；

（７） 轧制中润滑膜的变化。

２.4轧制工艺条件的影响

前后张力、轧制速度及润滑等轧制工艺条件的变化，将影响轧制压力的大小，从而引起厚度偏差。

张力是以影响变形区的应力状态，改变轧件的塑性变形抗力而起作用的，如图２-２所示，张力增大轧出厚度减小，反之厚度增加，且后张力比前张力影响大。在生产中，稳定的前张力是卷取的必要条件，为防止断带现象后张力也只能在一定范围内波动。

轧制速度是通过影响摩擦系数、变形抗力及轴承油膜厚度，从而改变轧制压力或辊缝影响出口厚度的。在冷轧中随着速度的提高使摩擦系数减小，作用于轧件上的应力增大，出口厚度减小。反之，轧制速度减小，出口厚度增加。

当速度提高时，对于油膜轴承，油膜变厚导致上下轧辊接近，出口厚度变薄。相反，轧制速度减小，油膜变薄，出口厚度变厚。油膜厚度与轧制速度的关系，如图２-５所示：

２— ３机架连轧机最后机架Φ４００／１０００×１０００ｍｍ

图２-５ 油膜厚度与轧制速度的关系

润滑条件的影响，表现在轧制时摩擦系数的变化对出口厚度的影响。

３．厚度自动控制

３.1 液压执行机构的闭环控制（内环）

位置控制方式和轧制力控制方式是两种最常用厚度自动控制方式，如图３-１所示：

选择位置控制方式时，液压缸位置基准信号与位置传感器提供的反馈信号进行比较。偏差信号经放大等处理后，输入伺服阀，从而控制进入或流出液压缸的流量。根据传感器的安装位置不同，又可分为油缸位置控制（位置传感器安装于油缸上）和辊缝位置控制（位置传感器安装于工作辊轴承座之间），后者轧机刚度要远远大于前者。

压力控制方式，是由压力基准值与压力传感器或负荷元件提供的反馈信号比较形成压力闭环，如图３-１。

３.2刚度调节系数ＧＭＴＲ

在理想状态下轧机机架有无限大的刚度，辊缝将不随来料的厚度或硬度变化而变化，轧件的出口厚度也必然较为均一，但实际轧制时，轧机存在弹跳，。厚控系统可以通过补偿机架延伸量，达到增加刚度使其超过轧机自然刚度。下面利用弹跳方程进行分析。当轧件来料有ΔH的变化，引起轧制压力变化ΔＰ，不进行补偿时，出口厚度将有如下变化：

K P h ∆=∆

进行补偿，使出口厚度没有波动Δｈ＝０

即 0K

P S =∆+∆ 有 GMTR K P S •∆−=°∆

式中：

ＧＭＴＲ—刚度调节系数

辊缝调节量—、°∆∆S S

当GMTR＝１时，满足Δｈ＝０，但是在实际应用中，因轧辊存在偏心，GMTR 补偿是压力变化的ΔＰ正补偿，补偿效果使偏心加重，一般通过设置压力死区消除轧辊偏心的影响，GMTR 取小于１的值。

３.３ 反馈式自动控制

在轧机出口侧安装测厚仪，组成反馈式厚度自动控制系统，简称反馈式AGC 或监控AGC，控制原理如图３-２所示。

图３-２ 反馈式自动控制系统

在轧件出口侧由测厚仪实际测出厚度h ，并与给定厚度0h 相比较，得到厚度偏差0h h h −=∆如果不为零，AGC 系统有信