金属带材压力加工中张力控制系统的分析与研究

陈思远

摘 要：在金属带材压力加工过程中，技术人员可以在不同生产阶段，采取不同的张力控制系统，从整体提升金属带材压力加工的质量。基于此，本文从金属带材压力加工中张力控制系统的要求入手，阐述了间接与直接张力控制系统的原理，并以某轧机作为研究对象，对张力控制系统进行了实践分析。

关键词：金属带材；压力加工；张力控制系统

前言：作为轧机的重要组成部分，张力控制系统的运行效果会对轧机轧制带材的质量产生直接的影响。轧机的张力控制系统主要包括直接张力控制系统和间接张力控制系统这两种类型。技术人员需要根据轧机的实际状况和生产环节，选择相应类型的轧机张力控制系统，保障金属带材压力加工的厚度、平整度以及卷紧度等参数，提升金属带材压力加工的质量。

一、金属带材压力加工中张力控制系统的要求

为了明确金属带材压力加工中张力控制系统的具体设计与应用，本文将某单机架四辊可逆精轧机作为试验设备，对张力控制系统的应用进行分析。该设备有轧辊、测厚仪、张力仪、测速计以及夹送辊等部件组成。其中，左右卷筒分别作为开卷机以及卷取机，如果将右卷筒作为开卷机，则左卷筒作为卷取机，则右侧的测厚仪及张力仪进行工作，将带材按照从右向左的方向缓慢轧制。在上述设备进行金属带材压力加工时，张力系统需要确保轧制过程的张力稳定性。因此，技术人员在进行张力控制系统的设计与应用时，需要注重以下几点要求：

第一，在进行张力数值控制的过程中，技术人员需要认识到速度变化产生的动态力矩对张力大小造成的影响。因此，技术人员需要将卷取机和轧机的运行速度控制在相同的数值，避免张力对金属带材压力加工产生不利影响。

第二，如果轧机速度保持不变，技术人员需要认识到卷径变化对张力数值造成的影响，避免系统振荡问题的出现。

第三，在实际的金属带材压力加工中，卷径和负载质量会有所增加，再加上外界因素的影响，系统模型的参数会出现一定的变化，对金属带材压力加工的质量产生负面影响。因此，技术人员需要合理设置张力控制系統，通过间接张力控制法或者直接张力控制法，确保张力数值始终保持在规范范围内，保障金属带材压力加工的质量与效率[1]。

二、金属带材压力加工中张力控制系统的原理

基于上述要求，金属带材压力加工可以通过间接张力控制法或者直接张力控制法实现张力控制系统的设计，不同张力控制方法的工作原理有所差异。

（一）间接张力控制法

间接张力控制法主要应用于生产系统的建张和消张过程。在实际的间接张力控制系统应用中，常用的间接张力控制法有很多种，应用最为广泛的是最大力矩法。在金属带材压力加工过程中，该方法主要具有如下优势：

第一，在最大力矩控制系统中，卷径变化不会对电动机磁场的变化产生影响，可以根据实际需求选择电动机磁场的范围，这种控制方式可以实现电动机制造的标准化发展；第二，如果金属带材压力加工设备的运行速度较慢，而且卷径没有达到最大值，系统中的枢电流也不会达到最大值，能够在很大程度上降低机械应力及相应的损耗，实现绿色生产；第三，最大力矩控制系统会升压后再进行弱磁控制，确保电动机始终处于满磁启动状态，在很大程度上降低了无功功率对电动机产生的不利影响；第四，金属带材压力加工设备的电动机时常在全电压的状态下运行，该控制系统的应用可以提升其功率因数。

需要注意的是，在轧制过程中，技术人员需要全面考虑卷取机的卷径变化、带材宽度变化以及部件间摩擦力的变化，通过张力调节器准确控制上述因素引发的力矩变化，以此提升张力控制系统的控制精度。

（二）直接张力控制法

一般来说，直接张力控制法主要应用于加工设备的稳态轧制环节。直接张力控制法主要通过电流、速度及张力这三项参数对应的调节器实现直流电动机以及卷筒等部件的控制。其具体工作原理涉及到以下三点内容：

第一，在卷取机进行点动、启动或者停车等操作时，直接张力控制系统中的速度调节器会自动运行，使整个生产系统转变为转速电流双闭环调速系统。

第二，在卷取机开展工作的过程中，生产系统中产生张力，张力控制系统的速度调节器停止运行，其转速环可以看做是开环，此时仅电流单环进行工作，使得生产系统转变为张力闭环系统，张力环随之投入运行，生产系统的运行状态为间接张力控制状态，需要通过最大力矩控制方法完成生产系统中的恒张力控制。也就是说，在生产系统的运行速度超过基速后，卷取机的励磁系统将会进行闭环工作状态的调整，确保反电势E始终处于恒值。

第三，在金属带材压力加工过程中，如果技术人员发现张力不足，需要利用张力控制系统进行调节，确保张力的的大小符合金属带材压力加工的需求。因此，技术人员在应用直接张力控制系统时，需要配合双向调节的自适应系统，保障张力的实时追踪与控制。

三、金属带材压力加工中张力控制系统的实现

在明确金属带材压力加工中张力控制系统的要求及工作原理后，技术人员可以根据金属带材压力加工设备的实际状况，有针对性地进行张力控制系统的设计，保障金属带材压力加工的质量及稳定性。以上述单机架四辊可逆精轧机为例，在开卷机进行带材运输时，需要确保夹送辊能够正常运行[2]。结合张力控制系统的设计与应用要求，技术人员可以按照如下工艺参数设置加工设备，保障张力控制系统的稳定可靠运行。

（1）开卷机的卷筒直径设置为0.5m，最大开卷直径设置为1.3m；（2）将卷取机的卷取速度设置为1.5m/s，轧制速度设置为0.5m/s；（3）将卷取机的卷取张力设置在A：8000-80000N之间，通过恒张力完成金属带材的卷取；（4）卷筒的宽度设计为450mm，外径设计为500mm，其飞轮转矩设置为40kg·m2；（5）采用直流电动机作为加工设备的电动机，转速控制在0-1560r/min的范围内，输出功率设定为145kW。经过实践运行，上述参数设计的加工设备及张力控制系统，可以保障稳定高效地金属带材压力加工，加工的产品质量较高。

结论：综上所述，张力控制系统在金属带材压力加工中发挥着至关重要的作用，需要受到技术人员的重视。通过本文的分析可知，技术人员需要根据轧机的构成及生产要求，进行张力控制系统的设计，实现加工设备张力的有效控制与调节，保障加工设备的稳定运行，提高金属带材压力加工的质量。

参考文献：

[1]张其，王时龙，杨文翰.基于模糊神经网络的多股簧钢丝张力控制系统[J].机械设计与制造，2018（12）：105-108.

[2]李巧丽.金属带材压力加工中复杂张力控制系统的应用浅析[J].科技与创新，2015（01）：150.