金属压力加工张力控制问题探讨

陈 峰，李张良

（河钢邯钢线棒材厂，河北 邯郸 056015）

张力控制无效是治金行业常见的一种问题，为现代工业生产带来了不利影响，导致工业产品质量下降。近年来科学技术水平日益提升，现代工业上应用的张力控制过程也日益复杂，为实现张力控制效果的提升，需要加大对张力控制的研究力度。

1 张力控制的方法

常见张力控制方法包括直接张力控制与间接张力控制。一是直接张力控制。主要是对张力传感器的有效应用，金属压力加工中的实际张力即为张力传感器测量到的张力，对获得的实际张力和系统中得出的张力进行对比研究，这样可以得到一个偏差值。接下来根据该偏差值进行张力控制，可以让实际张力无限接近给定张力，直到两者最终相同。二是间接张力控制。不需要利用任何检测器测量实际张力，只需要给定张力设定值，在综合分析各种影响张力因素的参数以后，根据分析结果作出相应调节，将张力稳定目标维持好。由于间接张力控制不会产生闭环控制，主要通过对电流的调节让张力保持恒定，所以间接张力控制也可以称之为补偿张力控制。

2 金属压力加工张力控制的问题

①钢材质量不过关。当前市场上金属制品种类日益增多，对工业生产原料质量要求也更高，很多工业产品难以满足需求，尤其是对精密加工领域而言，对产品质量要求不断提升。在金属压力加工张力控制过程中，钢材是非常重要的一个环节，只要其出现质量问题，或者是不能进行加工操作，将为之后张力控制造成不良影响[1]。以生产带钢为例，因为很多带钢材质较弱，对此其张力通常小于普通钢板，由此引起很多问题。②张力控制精确度较低。进行金属压力加工张力控制时，各种缺陷问题与张力控制精确密切相关。现阶段金属压力加工张力控制难度越来越大，相关加工要求也日益提升，需要加大对张力控制精准度的控制力度。但是在实际金属压力加工张力控制过程中，经常出现精准度不足的问题，尤其是对于一些机械设备应用来说，由于在参数设置上发生了错误，将造成出现张力控制问题，甚至引起金属压力加工事故。在生产0.15mm厚钢板的张力控制中，设定开卷卷曲张力为0.75t，但系统初设设置的精度却远远达不到这个标准。对此需要加大对张力控制措施的研究力度，保证制造的产品品质得到提升。

3 金属压力加工张力控制的措施

（1）金属压力加工张力控制方法。张力控制为冷轧带钢的一个显著特点，通过采取一定张力控制措施，可以加强对轧制压力的控制，让钢板板型得以改善。通过可逆式单机冷轧机进行张力控制时，张力主要由轧机与卷取机一起引起，出现张力后，张力卷取机保持工作状态，具体的张力值决定着产品质量，且对产品稳定性影响很大。计算张力后，可以实现对实际张力值的精度控制，此时还会出现闭环控制。对间接张力控制来说，开卷和卷取机之间的电流控制对恒张力控制影响很大，实际工作期间轧辊和轧机将长时间维持正常工作状态，左卷取机将会正饱和输入[2]。此时卷曲力矩通常取决于限幅值，而生产方向为从右至左运行，会让两者之间出现一定速度差，其差值为形成张力的最根本力量。当稳定运行时，张力也将保持稳定，电力转矩公式为：

上式中：Cm为电机扭转常数，I为对应电流。钢板转动所需张力计算公式为：

上式中：i为转动比，T为钢的张力。通过（1）、（2）式可知，若是不计算空载转矩和摩擦转矩，Md和Mt将保持一致。此外利用直径D和系统的磁通量φ控制，将对电动机中的电流进行间接控制。

（2）金属压力加工张力控制实例分析。本文探讨的张力控制系统为西门子公司生产的6RA7025全数字可逆直流调速器，配置了SPC420软件，在T400控制版内能够完成转矩动态补偿、卷径计算和负饱和设定。卷取机总力矩计算公式如下：

上式中：MD为电动机总扭矩，MO为电动机空转力矩，Mf为电动机摩擦力矩，Mt为电动机张力力矩，Md为电动机动态力矩。

进行张力控制时，已经将带钢的张力值设定好，剩下其他力矩为物理补充。6RA70调速器优化能够精确计算空转力矩和摩擦力矩，T400参数能够设定摩擦力矩补偿。控制期间卷取机将逐步加速，且卷取机加速中总力矩需要一定加速分量，将引起张力值的大幅度波动，且波动大小和加速率之间有明显区别，对此为实现精准控制，应该进行相应的补偿。在实际生产过程中为让张力控制更加精准，需要将速度与动态补偿之间的平衡关系处理好。卷径对静态张力影响很大，且动态补偿精度和卷取机转动惯量之间有密切关系，对此张力控制中需要不断调整卷取半径。

在主机变速过程中需要施加一定动态力矩补偿，结合速度变化情况将相应力矩计算出来。西门子T400工艺控制板中含有动态力矩补偿，为让调试过程更加规范，可以进行以下两个步骤，即把齿轮级别对应于600m/min的档位转变成0.6，并切换掉相反的逻辑，把卷径计算参数设定成1.0，H222为0.235，按照卷径实际偏差调整H210的参数。而设计速度参数时，设定微分采样时间为5000ms，变动部分转动惯量为：。变动部分为：。温度补偿的重点并非是精细，关键是要保证平滑，对此要在此基础上增加0.3%的补偿。

最后，速度和料型控制确保轧制工作正常进行的前提就是要保证稳定性，在此过程中要避免出现人为的调整和控制，否则将对轧制工作稳定性造成影响。在轧制过程中大部分内容是控制切分孔与立箱孔的料型尺寸，对此应该检测切分孔、立箱孔以及精轧道次，严格按照相应技术标准作出微调，让切分孔、立箱孔的料型尺寸得到有效控制，真正确保产品质量达标。

4 结语

总之，金属压力加工时需要做好张力控制，全面考虑各个环节内容，既要保证钢材质量的达标，还要提升张力控制的精准度。这样才能保证工业生产效率，提升产品质量。

[1]乔鹏飞.金属压力加工张力控制系统关键技术分析[J].世界有色金属，2017，（19）：232-233.

[2]刘梅芳.金属压力加工张力控制问题及对策研究[J].世界有色金属，2017，（17）：274-275.