金 琳, 孫 抗, 李文波, 呂 劍
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司冷軋作業(yè)部, 河北 唐山 063210)
連續(xù)產(chǎn)線的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)工藝段的連續(xù)生產(chǎn),入口段、出口段和工藝段之間通過活套進(jìn)行分割[1-3]?;钐椎膹埩Ρ仨毐3衷谝粋€預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)[4]。如果活套帶有多個輔助輥,這些輥?zhàn)拥膽T量損失與帶鋼的慣量損失在加減速過程中對活套張力的影響很大,因此需要在活套內(nèi)設(shè)置驅(qū)動輥來限制活套的張力損失[5-8]。本文將對立式活套輔助輥的控制方案進(jìn)行研究,并重點(diǎn)分析輔助輥速度與加速度計(jì)算、輔助輥慣量補(bǔ)償兩個方面的內(nèi)容。
立式活套建張運(yùn)行時,如果活套入口側(cè)和出口側(cè)的速度不同,那么輔助輥將會以不同的速度旋轉(zhuǎn)[9-10]。旋轉(zhuǎn)的速度根據(jù)輔助輥在活套中的位置確定,每個輔助輥在活套中都有一個位置編號?;钐變?nèi)的第一個輔助輥位置編號為1,如果在某一個輥上的帶鋼速度較上一個輥有所提高,那么輔助輥編號加1。因此可根據(jù)輔助輥的位置編號確定輔助輥的速度與加速度,位置編號起到了速度與加速度計(jì)算中的“質(zhì)量因子”的功能。輔助輥的速度與加速度設(shè)定值如下:
式中:VrollX為輔助輥X 的線速度設(shè)定值,m/s;Vin為活套的入口線速度,m/s;Vout為活套的出口線速度,m/s;ArollX為輔助輥X 的加速度設(shè)定值,m/s2;Vin為活套的入口加速度,m/s2;Vout為活套的出口加速度,m/s2;NX為輔助輥的位置編號,Nlooper為活套的道次數(shù)。
圖1 活套輔助輥位置與區(qū)域劃分
輔助輥的慣量補(bǔ)償可以采用兩種方法:僅補(bǔ)償帶驅(qū)動輔助輥的慣量損失;分區(qū)域?qū)λ休o助輥的慣量損失都進(jìn)行補(bǔ)償。
驅(qū)動輥的慣量補(bǔ)償只對帶驅(qū)動的輔助輥進(jìn)行慣量補(bǔ)償,此時需要補(bǔ)償?shù)膽T量損失包括驅(qū)動輥的慣量和電機(jī)的慣量兩個部分,驅(qū)動輥補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩如下:
式中:TQDVDT為驅(qū)動輥補(bǔ)償?shù)膽T量損失,N·m;JMOT為驅(qū)動輥電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量,kg·m2;JROLL為驅(qū)動輥的轉(zhuǎn)動慣量,kg·m2;AROLL為驅(qū)動輥的加速度,m/s2;i 為電機(jī)與輥之間的減速比;D 為驅(qū)動輥直徑,m。
區(qū)域慣量補(bǔ)償就是對活套劃分區(qū)域,對區(qū)域內(nèi)所有輔助輥的慣量損失進(jìn)行補(bǔ)償,其補(bǔ)償效果更好。每一個區(qū)域中包含一個帶驅(qū)動的輔助輥,區(qū)域內(nèi)所有輔助輥的慣量損失由這個帶驅(qū)動的輔助輥進(jìn)行補(bǔ)償?;钐讌^(qū)域通過固定輔助輥的一半進(jìn)行劃分,半輥在區(qū)域內(nèi)造成的張力損失只能計(jì)算一半。為了折算驅(qū)動輥的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩,應(yīng)先計(jì)算出區(qū)域輔助輥造成的張力損失:
式中:TX為輔助輥X 產(chǎn)生的張力損失,N;TQX為輔助輥X 的慣量轉(zhuǎn)矩?fù)p失,m;JROLIX為輔助輥X 的轉(zhuǎn)動慣量,AROLIX為輔助輥X 的加速度,m/s2;DX為輔助輥X的輥徑,m。
因此可計(jì)算出區(qū)域輔助輥張力損失之和:
式中:TZONE為區(qū)域所有輔助輥的張力損失,N;T1為1號輔助輥的張力損失,N;T2為2號輔助輥的張力損失,N;TX為X號輔助輥的張力損失,N。
根據(jù)區(qū)域輔助輥的張力損失可計(jì)算驅(qū)動輥的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩為:
式中:TQD1為區(qū)域輔助輥慣量轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,Nm。
驅(qū)動輥電機(jī)的慣量損失可通過轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算:
式中:TQD2為驅(qū)動輥電機(jī)的慣量轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,Nm。
在一個活套區(qū)域內(nèi)驅(qū)動輥的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩為全部輔助輥與電機(jī)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩之和:
式中:TQD為驅(qū)動輥的區(qū)域慣量轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,Nm。
活套內(nèi)帶鋼重量所產(chǎn)生的慣量損失可通過驅(qū)動輥進(jìn)行補(bǔ)償,采用驅(qū)動輥補(bǔ)償帶鋼慣量時其牽引能力應(yīng)大于速度變化時輥的輸出轉(zhuǎn)矩。區(qū)域帶鋼慣量損失通過驅(qū)動輥補(bǔ)償時應(yīng)先計(jì)算區(qū)域帶鋼慣量所產(chǎn)生的張力損失。如圖2,活套區(qū)域1 包含4個道次的帶鋼,每個道次的帶鋼質(zhì)量分別為m1-m4,對應(yīng)的加速度如表1 所示。
通過對照表1 可計(jì)算區(qū)域1 內(nèi)帶鋼慣量產(chǎn)生的張力損失如下:由于不同道次的帶鋼質(zhì)量相同,帶鋼加速度呈等差數(shù)列,即有以下關(guān)系:
因此活套區(qū)域1 中帶鋼慣量產(chǎn)生的張力損失可表示為:
式中:TINERTIA_STRIP為活套區(qū)域1 內(nèi)帶鋼慣量產(chǎn)生的張力損失,N;ρ 為帶鋼密度,kg/m3;Sact為活套套量,m;為帶鋼的寬度,m;Lwidth為帶鋼的厚度,m;Lthick為區(qū)域1 內(nèi)的帶鋼道次數(shù)。
根據(jù)活套區(qū)域1 內(nèi)帶鋼慣量導(dǎo)致的張力損失可計(jì)算區(qū)域1 驅(qū)動輥的帶鋼慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩為:
圖2 活套區(qū)域帶鋼慣量計(jì)算
表1 區(qū)域帶鋼質(zhì)量與加速度對照表
1)活套輔助輥的運(yùn)行速度、加速度與其在活套內(nèi)的位置有關(guān),文中給出了輔助輥速度和加速度的計(jì)算方法。
2)活套輔助輥的慣量補(bǔ)償可分為驅(qū)動輥的慣量補(bǔ)償和區(qū)域慣量補(bǔ)償,文中給出了在兩種驅(qū)動輥補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法;
3)活套帶鋼的慣量補(bǔ)償可通過卷揚(yáng)電機(jī)或輔助輥其一進(jìn)行補(bǔ)償,文中給出了通過輔助輥補(bǔ)償帶鋼慣量的方法。