镀锌生产线张力的产生及协调关系

镀锌生产线张力的产生及协调关系1.从拔河游戏看生产线张力的关系生产线的张力是由开卷机、张力辊、活套卷扬机、卷取机等张力设备对钢带施加力量，而且是共同作用的结果。为了更直观地理解这一点，我们不妨把生产线看成是一个复杂一些的拔河运动，把钢带看成是拔河的绳子，而把各种张力设施看成是拔河运动员。所不同的是这条“绳子”一一钢带不是在一条直线上，而是在生产线上绕来转去；除头尾的两个“运动员”一一开卷机和卷取机是各自朝前拉和朝后拉的以外，中间“运动员”——张力辊不是分成两队对拉，而是穿插在中间，有的朝前拉，有的朝后拉；“绳子”一一带钢也不是固定不动的，而是不断向前运动的，是一种动中的平衡。另外带有转向辊的拉力装置，我们可以把它看成是生产线的活套，不管是水平的或立式的，其作用力是一样的。我们可以画出绳子上的张力分布图，从中可以看出从左到右，如小人往左拉，就使张力升高，如小人往右拉，就使张力下降。张力由零开始上升，经过有升有降的整个过程后又归于零，即向左拉的合力和向右拉的合力为零，处于平衡状态。活套不改变钢带的张力，但活套卷扬机必须提供带钢根数倍的力量来平衡前后的拉力。50Kg50kg50Kg50kg+50kg图1张力的产生25Kg50Kq一>+50Kg<—45Kg110Kg->45Kg+110KgllOKg60Kg'65Kg65Kg图2拔河游戏拉力分析图3生产线实际张力的分布与平衡关系生产线实际张力的分布与平衡关系下面以xxx3号线为例来分析张力的分布情况。从图7上可以看出，张力辊设备有4种不同的情形：（1）2号S辊、3号S辊、8号S辊和卷取机是向前拉动钢带，要消耗网上的电能，将电能转换成带钢的张力。（2）开卷机、热张辊、5号S辊虽然也在向前运转，但是靠钢带拉动向前运转的，而且电机通过减速箱给带钢施加了反方向的阻力矩，或者说带钢的张力传递给了电机，电机不但不消耗电能，反而还能发电，而往上提供电能。（3）1号S辊、5号S辊和7号S辊分别是入口段、工艺段、出口段的速度辊，它们虽然也能给带钢施加张力，但其主要作用是保证生产线的速度，在保证速度的前拉下提供必要的张力。（4）入口活套和出口活套一直处于拉动钢带的状态，即使正常运行时不运转，但也提供扭矩，消耗电能。在生产线稳定运转的状态下，如果不考虑摩擦、钢带通过辊子时弯曲消耗的能量等损耗，处于电动状态的电机提供的张力和处于发电状态的电机提供的反方向的张力是大小相等、方向相反的，电动机消耗的能量和发电机的能量也是相同的。但在事实上这种情况是不可能实现的，所以生产线还是需要消耗动力。另外，必须引起足够重视的是张力的波动问题。从理论上讲在正常运转的情况下，整个生产线上所有的辊子都是作匀速转动，张力也是平衡的。但会有各种各样的因素影响张力的平衡。比如入口停车焊接时，平衡关系就会被打破，开卷机张力很快由一定的数值下降为零，1号S辊由向前运转立即停止向后拉动带钢，活套也由保持状态转为放套状态，靠3号S辊将活套内的带钢拉向炉内。出口停车剪切也是同样的情况。另外还有生产线速度的升速和减速、板形的变化、局部区域张力的调整、某个辊子的故障等等。这些情况不但会给电机和传动系统带来冲击，也会使生产线的张力或速度造成很大的波动。事实证明整个生产线的张力都是相互联系的，牵一发而动全身，入口发生的情况也影响到出口，出口发生的情况也会影响到入口。这些张力波动达到一定的数值就会造成断带事故的发生。防止办法一方面就是靠操作时平缓的升速，平缓的减速、停车，另一方面必须在进行驱动设计时，设置专门机构来消除张力的波动。有一家公司在生产薄板入口停机时经常发生1号S辊处断带事故，到了无

法正常生产的程度，给公司带来的损失很大。起初都认为是原材料问题，确实生产某些公司的原材料时断带事故少些，而生产另一些公司的原材料时断带多一些。但本人经现场观察分析，断口是被瞬时较大的张力拉断的，于是判断是入口停车速度过快，开卷机巨大的拉力瞬时消失，1号S辊立即由拉动钢带向前运转改为停车并向后拉动带钢，而轧硬钢板脆性很大，瞬时张力波动便造成轧硬板被绷断。经了解操作人员，原来为了防止焊接时间不够，采取了急停的办法，导致了事故的发生。于是要求他们按正常程序操作，正常停车，改为增加活套储存量来保证焊接时间，使问题得到了根本性的解决，也给操作者提供了充足的时间。张紧辊的张力放大作用从前面的图上可以看出，正是由于有了张紧辊的作用，才使带钢的张力在基原础上相对增加或减小，从而满足不同区域的工艺要求。张紧辊对带钢的作用是通过辊面与带钢之间的摩擦力形成后，由于摩擦力与正压力成正比，即只有在辊子上的带钢被拉紧，给辊子表面施加正压力时，才能产生摩擦力，才能增加或减小带钢的张力。如果带钢没有原始张力，处于松弛状态，则张紧辊使不上劲就改变不了钢带的张力。而且正压力越大静摩擦力越大，能使带钢增加或减小的最大张力越大。从这个意义上讲，张紧辊并不是在带钢上加上或减去张力，而是放大或缩小张力。图4张紧辊对带钢的作用如图4所示，根据欧拉公式，张力辊入口与出口的张力的关系为:T=Te的或史=e呻12T2式中：T1张紧辊入口端带钢的张力，N；T2张紧辊出口端带钢的张力，N；^——辊子与带钢的摩擦系数，对于钢辊退火炉前R=0.1,退火炉后^=0.13〜0.15,对于表面包胶的辊子，在退火炉前^=0.15,退火炉后^=0.18〜2.0；a带钢在辊子上的包角，rad；e——自然对数，e=2.718。式中e呻又叫放大倍数，即通过张紧辊后张力放大或缩小的倍数。下面分几种情况来讨论：当T1>孔时，辊子转动方向与力矩方向一致，张紧辊主动的拉动带钢，使张力增加，处于电动状态，从由网上消耗能量转为带钢的张力。当T1<T2时，力矩方向与辊子转动方向相反，张紧辊被动的被带钢拉动，使张力减小，处于发电状态，将带钢的张力转为电能向电网上供电。对于1号张紧辊和8号张紧辊，当入口停车焊接或出口停车剪切时，辊子的入口端或出口端的张力为零，这时为了张力辊能发挥作用，必须在无张力的一端压下缓冲辊，将带钢压住绷紧。在生产线卸去张力爬行时，带钢基本上处于松弛状态，也必须合上缓冲辊使带钢拉紧才能前行。一般一组张紧辊有两只辊子，^和a相同，则：T=Te呻T3=T2e的艮即T1=T3e邮式中：a总总包角。说明使用2个辊子的效果是使总包角增加了2倍，而张力放大倍数则提高了2次方倍。如果工艺要求张紧辊对张力增加或减小的数值高于放大倍数后的数值，则说明2辊的包角已经不够了，必须采用3辊、或4辊来增加包角，提高放大倍数。生产线各区域张力的产生和关系4.1开卷张力开卷机至1号S辊之间的张力是由于生产线运行时开卷处于发电状态，给带钢施加一个反方向的力矩形成的，大小即为开卷机产生的张力值，可以用调整开卷机的电流大小来调整。4.2活套张力生产线建张运行时，活套电机处于电动状态，产生一个将活套小车拉向前的力矩。但大部分情况下活套处于保持一定储存量的状态，即活套电机的速度为零。活套电机通过减速机提供的力矩平分到各层带钢上，便使带钢拉紧形成了活套的张力，其大小通过调整活套电机的电流来实现。4.3脱脂张力为了使脱脂段的张力高于活套的张力，设置了2号张紧辊，在活套卷扬机提供了一个向前拉力的基础上，再由2号张紧辊给带钢施加一个向前的拉力，所以脱脂段张力为活套张力和2号张紧辊张力之和。由于活套张力必须根据活套内带钢运行的需要来给定，所以脱脂段的张力大小采用调整2号张紧辊的张力，即2号张紧辊电机的电流来实现。4.41号张紧辊辊的作用1号张紧辊是入口的速度基准辊，它是速度控制模式，即不管张力多大，都保持按给定的速度运转。所以可以调整其速度而不可以调整其电流，它的电流是为了保证一定速度自动调节得到的所必须的电流。事实上，由于板形的原因和张力的波动，其电流也相对会有一定的波动。如果考虑带钢在张力作用下的伸长，则在1号张紧辊前的卷取机上带钢的线速度低于1号张紧辊上的带钢的线速度，而在1号张紧辊后面的2号张紧辊上带钢的线速度大于1号张紧辊的线速度。而且，除了速度基准辊外的张力辊和开卷机上带钢的线速度也是有一定的波动的，它们的作用是把带钢绷紧，达到一定的张力，这一点与速度基准辊是有本质上的区别的。入口段的张力是平衡的，入口活套和2号张紧辊向前的拉力，与开卷机向后的拉力两者之间差的部分即是由1号张紧辊来平衡的。入口速度辊就是在保持速度不变的情况下，补偿张力的偏差，产生向前或向后的张力。4.5炉区张力活套张力较大，而炉区带钢不能施加过大的张力，因而设计了一个3号张紧辊向前拉动带钢，抵消了一部分活套卷扬机向后的拉力，即炉区张力是活套张力和3号张紧辊张力之差。与脱脂段一样，炉区张力大小靠调整3号张紧辊张力，即3号张紧辊的电流来实现。需要特别注意的是活套内张力波动较大，这是因为一方面活套内带钢和卷扬机的钢丝绳有一定的下垂震荡的倾向，另一方面活套必须经常充套放套，即需要加速减速。而炉内带钢的强度很低，不能承受张力的波动，极易造成很麻烦的断带事故。因而在靠张力辊调节炉内张力的基础上，还必须进行特别的闭环微调处理，即不断的调节3号张紧辊的张力来保证炉内张力的波动尽可能的小。4.6工艺段张力炉区带钢张力较小，而工艺段需要稍大的张力，在炉内的热张辊发挥了作用，它向后拉动带钢，使工艺段的带钢张力大于炉内的张力，即工艺段的张力是炉区张力和热张辊张力之和。工艺段张力大小靠调整热张辊的电流来实现。4.7光整机张力光整机前面是整个生产线张力最高的拉矫机，后面是张力处于中等范围的工艺段，而光整机张力介于两者之间，因而设计了一个4号张紧辊，将带钢往后拉，使光整机张力在工艺段的基础上有所提高，即光整机张力是工艺段张力和4号张紧辊张力之和，其大小通过调整4号张紧辊的电流来实现。光整机大部分情况下使用压力模式，这时4号张紧辊是张力模式。也有时使用延伸率模式，这时4号张紧辊就转为延伸率模式。其原理参见拉矫机。这样，4号张紧辊也能帮助5号张紧辊辊将带钢往后拉，减小了其负荷，为带钢进入高张力的拉矫区做好了准备。4.8拉矫机张力5号张紧辊是工艺段的速度基准辊，也是整个生产线的速度基准辊，我们所说的生产线速度就是5号张紧辊的速度，而所谓的入口、出口速度与工艺段同步也就是指入口或出口的速度基准辊与5号张紧辊同步。5号张紧辊与6号张紧辊之间的控制也是速度控制模式，即不管张力多大都要保证其速度，6号张紧辊快于5号张紧辊，这个速度差与5号张紧辊速度的比值即拉矫机的延伸率，即：5=七—七X10Sv5式中：5拉矫机延伸率，%;v55号张紧辊的线速度，m/min；v66号张紧辊的线速度，m/min。延伸率的产生在本生产线是靠同一驱动的主电机带动差动齿轮减速箱来实现的。即有一只副电机使6号张紧辊的减速箱输出速度比5号张紧辊的减速箱快一些。这种结构机械部分比较复杂，目前，随着变频调整技术的发展，大多采用4只变频调整电机来驱动。拉矫机保证的是延伸率，而其实际张力与带钢的塑性有很大的关系。即塑性好时，带钢易伸长，张力较小，电机输出的转矩可以小些；而塑性差时，带钢需要很大的拉力才发生变形，电机不得不输出很大的转矩。因而如果退火效果不好，则拉矫机的张力辊电流很高，而且经过矫直后的带钢浪形消除