馬銘+吳公平+張瑜

摘 要：文章主要介紹德國(guó)HAEHNE張力控制器在鈦及鈦合金帶砂帶磨削生產(chǎn)線上的兩段張力段中的應(yīng)用，同時(shí)又根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同介紹了張力的分段投入使用，以及張力控制器的簡(jiǎn)單校正方法。

關(guān)鍵詞：鈦；鈦合金；砂帶磨削；生產(chǎn)線；張力控制器

中圖分類號(hào)：TQ585.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0159-02

鈦及鈦合金帶砂帶磨削生產(chǎn)線是我單位主要的帶材表面處理成套設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)砂磨和脫脂兩套工藝。

1 生產(chǎn)線介紹

卷帶透過(guò)設(shè)備線砂箱運(yùn)作對(duì)卷帶表面做修磨加工或清洗脫脂處理。

砂磨工藝流程：吊卷-放卷-引帶-矯頭-切頭-前脫脂-前清洗-前除水-砂磨-除油-脫脂-清洗-后除水-烘干-冷卻-檢驗(yàn)-橫剪-引出后驅(qū)-糾偏-收卷-打包-下卷。

脫脂工藝流程：吊卷-放卷-引帶-矯頭-切頭-前脫脂-前清洗-前除水-脫脂-清洗-后除水-烘干-冷卻-檢驗(yàn)-引出后驅(qū)-橫剪-糾偏-收卷-打包-下卷。

起始加工流程作業(yè)穿帶順暢，不必借助外在工具或增設(shè)焊接機(jī)，可一次性完成雙面砂磨的加工作業(yè)，砂磨前清洗設(shè)備，可預(yù)先清洗熱軋鈦帶表面油漬，確保砂磨質(zhì)量。

砂磨機(jī)主動(dòng)力采伺服電機(jī)，轉(zhuǎn)距輸出穩(wěn)定，長(zhǎng)期使用又有節(jié)能效益。操控系統(tǒng)采IPC搭配PLC及人機(jī)接口，操作簡(jiǎn)易方便。自動(dòng)化結(jié)構(gòu)為二級(jí)系統(tǒng)，預(yù)留三級(jí)接口。

2 張力

張力的重要性為人們所熟知，特別在帶材生產(chǎn)加工的各項(xiàng)工藝過(guò)程中是不可或缺的重要因素，例如軋制工藝，拉彎矯直工藝等，同時(shí)在脫脂砂磨工藝過(guò)程中，張力也具有重要意義。（如圖1）

張力，在單機(jī)生產(chǎn)的設(shè)備上通過(guò)卷取機(jī)構(gòu)（如卷取機(jī)，打卷機(jī)，拉盤(pán)等）和開(kāi)卷機(jī)構(gòu)與壓力軋制或加緊設(shè)備的速度差產(chǎn)生?？梢?jiàn)，由于各類設(shè)備間存在速度差致使帶材說(shuō)道一定的拉力，這個(gè)力就是日常所稱的張力。

脫脂砂磨生產(chǎn)線有兩段張力段：第一段張力段，稱為中段張力段，從后除水至引出后驅(qū)。第二段張力段，稱為后段張力段，從引出后驅(qū)至收卷機(jī)。中段張力的投入防止帶材在砂磨過(guò)程出現(xiàn)堆料等現(xiàn)象，保證了帶材在砂磨過(guò)程的穩(wěn)定，以及帶材表面光潔度和板型良好。后段張力的投入防止在卷取過(guò)程中卷成塔形，使帶材能準(zhǔn)確進(jìn)入卷取，并卷取均勻，保證帶材的平直度。

3 德國(guó)HAEHNE張力控制裝置介紹

3.1 帶材張力測(cè)量系統(tǒng)基本資料

張力傳感器利用應(yīng)變?cè)碜鳛闇y(cè)量單元，使用高穩(wěn)定直流源（電壓源或電流源）進(jìn)行激勵(lì)，可獲得對(duì)力的變化（或負(fù)載變化）的快速反應(yīng)。張力測(cè)量系統(tǒng)除用于現(xiàn)代高速冷連軋帶鋼軋機(jī)外，還可用于有色金屬帶材軋機(jī)、造紙機(jī)、紡織機(jī)以及其他工業(yè)的帶材張力的精確測(cè)量和控制。

3.2 張力測(cè)量基本原理

在鋼鐵行業(yè)對(duì)帶材張力進(jìn)行張力檢測(cè)時(shí)，張力傳感器既可用于垂直法張力測(cè)量，又可用于水平法進(jìn)行張力測(cè)量。

張力測(cè)量原理：帶材（帶鋼或紙帶）張緊在張力輥上，張力輥安裝在張力傳感器上，根據(jù)張力傳感器的工作形式，既可通過(guò)測(cè)量水平分力、也可通過(guò)測(cè)量垂直分力來(lái)測(cè)量帶材的張力。

其中：T-代表張力，張力輥加軸承座的重量用電氣法補(bǔ)償。

如果使用垂直式張力傳感器，則通過(guò)測(cè)量張力的垂直分力FV來(lái)測(cè)量張力；如果使用水平式張力傳感器，則通過(guò)測(cè)量張力的水平分力FH來(lái)測(cè)量張力。

如果帶材通過(guò)張力輥的夾角恒定（已知），則傳感器的輸出信號(hào)與張力的大小成正比。則可測(cè)得張力大小。

測(cè)量方向的分力計(jì)算如下：

FV=T（sinα+sinβ）+FT（垂直法） 則 T=Fv-FT/（sinα+sinβ）

FH=T（conα+conβ） （水平法）

砂磨生產(chǎn)線安裝的張力傳感器都是采用水平法來(lái)測(cè)量張力的。

3.3 張力傳感器的工作原理

HAEHNE的張力傳奇的工作原理為電阻應(yīng)變?cè)恚寒?dāng)傳感器的彈性題在測(cè)量方向受到力（F）的作用時(shí)，彈性體發(fā)生變形（L），黏貼到彈性體上電阻應(yīng)變片也隨之變形，電阻應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化（R），利用惠斯頓電橋，將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化（V或L），在經(jīng)過(guò)信號(hào)放大處理之后從而測(cè)出力的大小?；菟诡D電橋能及其精準(zhǔn)的測(cè)量微小擾動(dòng)，無(wú)需溫度補(bǔ)償。輸出電壓與所施壓力成比例。

4 張力傳感器的實(shí)際應(yīng)用

生產(chǎn)線采用的是三菱PLC以及安川變頻器進(jìn)行整線的電氣控制，同時(shí)采用了前段、中段和后段3座遠(yuǎn)程操作臺(tái)。（如圖2）

牽引部分：牽引一般采用速度控制的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，他的主要任務(wù)是牽引著產(chǎn)品向前運(yùn)行。

張力檢測(cè)部分：它處于牽引和放卷或收卷之間，當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)張力檢測(cè)部分時(shí)，它能檢測(cè)出動(dòng)態(tài)瞬時(shí)的張力的大小。它是對(duì)張力直接進(jìn)行檢測(cè)，與機(jī)械緊密地結(jié)合在一起，是沒(méi)有移動(dòng)部件檢測(cè)方式。通常采用兩個(gè)張力傳感器配對(duì)使用，將它們裝在檢測(cè)導(dǎo)向輥兩側(cè)的端軸上。原料通過(guò)檢測(cè)導(dǎo)向輥施加壓力，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測(cè)出實(shí)際張力值。

張力檢測(cè)部分：它處于牽引和放卷或收卷之間，當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)張力檢測(cè)部分時(shí)，它能檢測(cè)出動(dòng)態(tài)瞬時(shí)的張力的大小。它是對(duì)張力直接進(jìn)行檢測(cè)，與機(jī)械緊密地結(jié)合在一起，是沒(méi)有移動(dòng)部件檢測(cè)方式。通常采用兩個(gè)張力傳感器配對(duì)使用，將它們裝在檢測(cè)導(dǎo)向輥兩側(cè)的端軸上。原料通過(guò)檢測(cè)導(dǎo)向輥施加壓力，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測(cè)出實(shí)際張力值。

張力控制方式一般分為開(kāi)環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式兩種。開(kāi)環(huán)控制是直接用具有類似卷繞特性n=kD（n為轉(zhuǎn)速，k為常數(shù)，D為卷輥直徑）的電動(dòng)機(jī)來(lái)傳動(dòng)卷繞機(jī)構(gòu)，采用PLC直接運(yùn)算獲得近似的恒張力運(yùn)行，它是沒(méi)有張力檢測(cè)環(huán)節(jié)，開(kāi)環(huán)控制隨機(jī)性差，控制精度低。閉環(huán)張力控制有張力檢測(cè)環(huán)節(jié)控制，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，將被調(diào)量即張力進(jìn)行反饋給PLC，與給定張力相比較，然后利用差值由PLC進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸出張力滿足實(shí)際需求，這種控制方式稱為直接張力閉環(huán)控制，這種方法不必考慮各種補(bǔ)償，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制精度較高。

4.1 后段張力段

后段張力段采用了最簡(jiǎn)單的手動(dòng)控制模式，生產(chǎn)人員根據(jù)帶材的厚度和寬度算出收卷時(shí)所需的張力，然后通過(guò)旋鈕手動(dòng)在后段收卷轉(zhuǎn)矩張力控制模塊中輸入計(jì)算出的張力值，再由后段的三菱CC-LINK數(shù)位傳輸模塊傳將所需的張力值輸?shù)街卸尾僮髋_(tái)中的數(shù)據(jù)傳輸模塊，中控臺(tái)裝有三菱PLC的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)與電氣控制柜力的PLC進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)輸入PLC后，再由PLC控制收卷電機(jī)以及后驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器的輸出，調(diào)節(jié)兩臺(tái)的速度，達(dá)到所需要的張力。后段張力是整線中一個(gè)階段的控制，采用手動(dòng)控制模式，同時(shí)配合CPC邊部對(duì)齊裝置，可以解決帶卷塌卷、塔形等問(wèn)題。

4.2 中段張力段

中段張力只有在生產(chǎn)線進(jìn)行砂磨工藝時(shí)才投入使用，張力控制器采用了和后段張力控制器內(nèi)部不同的管腳接法，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制模式。

5 張力計(jì)的校正

我們?cè)谄綍r(shí)的工作中也會(huì)對(duì)張力計(jì)做簡(jiǎn)單的校正工作，方法如下：用一根軟布帶，一頭綁在收卷機(jī)的芯軸上，另外一頭模擬帶材生產(chǎn)時(shí)的形式，穿過(guò)后驅(qū)動(dòng)的兩輥之間，再吊在天車(chē)的吊鉤秤上，同時(shí)使張力傳感器上升到極限位置。首先要校正張力計(jì)的零位，提升天車(chē)吊鉤，使軟布帶繃緊貼在傳感器上，吊鉤秤顯示0kg，這時(shí)我們調(diào)節(jié)張力計(jì)放大器上的旋鈕，使張力計(jì)準(zhǔn)確的顯示0。然后提升天車(chē)一次校正500kg，1000kg，2000kg及3000kg，我們也會(huì)調(diào)節(jié)放大器上的旋鈕保證張力計(jì)顯示的數(shù)值與吊鉤秤的數(shù)值一致，從而達(dá)到了對(duì)張力計(jì)的簡(jiǎn)單的校正。

參考文獻(xiàn)：

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[2]孫鐵凱，劉承杰，趙永和.冷軋帶材張力測(cè)量[J].鞍鋼技術(shù).

[3]德國(guó)海納電子有限公司.德國(guó)HAEHNE張力控制裝置講座 基礎(chǔ)篇[Z].endprint