卷取机传动功率的计算及动态因素对张力控制的影响

维普资讯 http://www.cqvip.com ⑨⑨　年第星期总第　星＠期　卷取机传动功率的计算及动态因素对张力控制的影响　卷取机传动功率的计算及动态因素对张力控制的影响　吴永杰（西安重型机械研究所，７１００３２）　［摘要］介绍了带材生产线中卷取机功率的计算方法。这种方法计算的卷机功率可在卷径、卷取速度变化的工况下，保　证卷取过程中的张力。同时对卷取张力的控制方式及控制方法进行了论述。　关键词卷取机１前言　功率动态力矩　张力　转动惯量　１０％．故把这两项折合成弹塑性变形系数Ｋ，取１．０５～　１．１。由此得出卷取电机的计算功率：　Ｎｊ＝Ｋ￣Ｉ　Ｏ００Ｒ￣）　（４）　卷取机是带材生产线中不可缺少的设备．随着交　流变频技术的发展．卷取机的传动电机近年来多采用　交流变频电机。但由于交流变频电机的调速范围有　限．而卷取机上的带卷的最大外径与卷筒外径的比值　大于交流变频电机的调速范围．所以在选择交流变频　式中：　一电机的计算功率（ｋＷ）。　最高卷取速度（ｍ／ｓ）。　总效率，包括传动效率，摩擦损失，一般取　０．９－０．９５。　电机时应考虑这一因素．同时还应考虑卷取过程中动　态因素对卷取机功率及张力的影响。　图１为交流变频电机的频率（Ｈｚ）、转速（ｎ）与功率　（』ｖ）、扭矩（　的关系曲线图。５０　Ｈｚ时对应电机的额定　２卷取功率计算　卷取机电机功率由卷筒负载力矩决定。负载力矩　包括静力矩与动力矩。　２．１卷筒的静力矩为　Ｍ＝　＋Ｍ　ｌ＋Ｍ　２　（１）　转速ｎ　，１００　Ｈｚ时对应电机的最高转速ｎＭＡｘ。电机在　５０Ｈｚ以下实现恒扭矩调速，５０　Ｈｚ～１００　Ｈｚ时恒功　率调速。　Ｎ　式中：　一卷取张力ｆＮ．）。　Ｒ—带卷半径（ｍｍ）。　Ｍ。一使带钢塑性弯曲的变形力矩（Ｎ·ｍ）。　Ｍ厂摩擦力矩（Ｎ．ｍ）。　其中Ｍ　ｌ＝　６ｓ，４　６　—带材屈服极限　ｂ一带材宽度　图１　Ｕ０　ｈ一带材厚度　Ｍ　２＝　（刚，２）　由图１可知交流变频电机在恒功率时的调速　范围ｎ　ｎｅ≤２。　Ｆ一轴承受力（Ｎ）。　成品卷的最大外径（Ｄ）与带卷的内径（ｄ＿卷筒直　ｄ一轴承平均直径（ｍｍ）。　肛一轴承的摩擦系数。　径）比值Ｐ，当Ｐ＝（Ｄ／ｄ）＜ｑ＝（ｎＭＡｘ　时，　电机实际功率：』ｖｌ＿　２．２卷取静态功率计算　在现在的带材生产线中，为提高机组的生产效　（２）　率，成品卷的最大外径（Ｄ）与带卷的内径ｄ比值Ｐ往　往大于ｑ值，即　Ｐ＝（Ｄ／ｄ）＞ｑ＝（ｎＭＡ　）　ｇ＝ｐ／ｑ　（５）　（６）　Ｍｖ，（１　０００Ｒ　）　把式（１）代入式（２）得　（　＋Ｍ　ｌ　Ｍ　２ｖ）／１　０００　Ｒ　Ｔ　１　０００　Ｔ１）＋　６　ｖ　１　ｏｏｏｎ￣　＋　（础２）、，　１　０００　Ｒ　（３）　卷取时卷取速度保持恒定，卷筒的转速随着卷径　的变化而变化。由于Ｐ＞ｑ，所以卷筒的转速变化范围，　超出交流变频电机的调速范围。选择电机功率时，应　通过使用情况在功率计算中ｂｈＺｄ４￣（１　ｏｏｏ￣）与　（　２）、，／（１　０００　Ｒ　）的功率和一般为总功率的５％～　ｔｊ　——·研奔与应用　——　Ｉ　当　ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com 『　１Ｉ）ＩＦ　ＴＡ　ＩＪ　Ｉ　Ｒ　Ｙ　ＩＩＮ　Ｔ幺窖◎◎ｓ年第窖期总第ｃ乖　制　，　１　ａ　⑤期　ｙＪ　当考虑增加电机的计算功率．以保证电机在额定转速　以下工作时，有足够的力矩满足带材卷取时所需要的　张力。计算功率时应考虑增大电机的计算功率。　即电机实际功率：　Ｎ＝ｇＮｊ　ｇ一放大系数　（７）　３动态因素对张力控制的影响　在生产过程中，要求带材张力保持恒定。该张力　系统的控制方式是最大力矩控制方式．即随着卷径的　变化在基速以下调节电枢电流．在基速以上调节磁场　强度。因为目前矢量变频器具有自动弱磁功能，所以　在控制张力时不用考虑磁场强度。只需保证扭矩给定　与直径成正比。　Ｃｅ￣Ｉａ×　／Ｄ　（１３）　２．３卷取动态功率计算　卷取机在起动、制动及正常工作时角速度的变　化．会产生动力矩。动力矩值为：　Ｍ动＝　（８）　式中：Ｃ　常数。　卷取机电机的磁通。　．，一转动候量（Ｎｍｓ￣）　８一角加速度（ｒａｄ／ｓ：）　转动惯量．，为　．，＝．，电＋．，卷＋Ｊ齿　（９）　带卷直径。　Ｊ８一卷取机电机扭矩电流。　电机扭矩Ｍ为　Ｍ＝Ｋ￣Ｉａ×　ｆ１４）　．，　为电机的转动惯量，不同型号的电机转动惯量　不同　常数。　将式（１４）代入（１３）可得　Ｔ＝Ｃ￣Ｍ／Ｄ　（１５）　．，齿为传动齿轮的转动惯量。　Ｊ齿：ｍ（Ｒ　＋ｒ　）／２　ｍ一（１０）　式中：Ｃ－－常数。　齿轮或齿轮轴重量（Ｎ）　齿轮内径（ｍ）　要使张力保持恒定，由式（１５）可以得出：只需将扭　矩给定与带材直径成正比，即Ｍ／Ｄ保持不变，就可以　使张力保持恒定。　擦补偿力矩。　利用速度给定的变化率（用特殊功能块测出）ｄｖ／　ｄｆ；除以直径Ｄ后变为ｄｎ／ｄｔ，得出动态所需补偿力为：　Ｔ动态＝　ｄｎ／ｄｔＸ（Ｊｌ＋Ｊ２）　（１６）　Ｒ一齿轮名义直径（ｍ）　ｒ一．　若减速机为多级减速，则．，齿为各级齿轮与齿轮　轴转动惯量的和。每级齿轮与齿轮轴的转动惯量按式　（１０）计算。　．，卷为卷筒上的转动惯量，假定带卷与卷筒作为一　为了保持张力恒定应当考虑动态补偿力矩及摩　个整体圆柱体，考虑带材的填充率ｓ，其转动惯量为：　Ｊ卷＝ｓＧＤ　／２ｉ　（１１）　式中：　一电机减速箱等固定转动惯量，　Ｊｌ广带材转动惯量。　其中　ｓ一带卷的填充率，取０．８５～０．９。　Ｇ一卷筒自重和带卷重量（Ｎ）。　Ｄ一带卷的外径（ｍ）　ｉ一减速机速比　Ｊ：＝Ｋ×ｗｘｈ／ｉ：（Ｄ　一Ｄ　～）　（１２）　直径，Ｄ舢　一卷芯直径，　一电机减速比。　（１７）　，－一常数，　一带材宽度．＾—带材厚度，　一测量　￡＝　／Ｒ　转动惯量的计算在ＰＬＣ内进行。　角加速度　加速度（ｍ／ｓ：）　的值按工艺要求规定的起制　动时间确定。　随着电机转速升高，其摩擦力增加。为了保持带　材张力恒定，增加摩擦力补偿。摩擦补偿力矩为：　Ｔ靡＝Ⅳ，×１０％　（１８）　把式（９）（１０）（１１）（１２）代人式（８）得：　Ｍ动＝［Ｊ电＋ｍ（Ｒ　＋ｒ　）／２＋ｓＧＤ２／２ｉ］ａ／Ｒ　卷取动态功率为：　Ⅳ动＝Ｍ动ｎＴ／／（９　７５０　Ａ）　由公式（１３）可知，为实现恒张力控制应保证Ｌ恒　定，　＝Ｊ张＋Ｊ动＋Ｊ摩，必须补偿动态力矩的电流分量Ｊ动　和摩擦力矩的电流分量　。　［Ｊ电＋ｍ（Ｒ　＋ｒ：）／２＋ｓＧＤ２／２ｉ］ａｎ＊ｌ￣（Ｒ　９　７５０　Ａ）　在卷取机功率的选取时，应先按静力矩计算电机　功率，然后再按动力矩及传动扭矩与负载扭矩进行验　４结束语　当卷取机卷取带卷的外径与内径的比值大于变　算，选出合适的电机功率。　ｔｊ　黜ｍ——．．一硼究与应用－．．——、ｖ、　叽ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com ⑨⑨　年第霪期总第　霪＠期　ｐ３３．２５　环形炉设计特点　０３３．２５　ｍ环形炉设计特点　丁宏钧　（天津钢管公司１６８厂，３００３０１）　［摘要］对天津钢管公司由德国ＬＯＩ公司总承包设计建造的　３３．２５　ｍ环形炉设计特点做了分析。其炉底钢结构、炉子砌　体、机械设备的设计均有独到之处，有效地解决了炉底膨胀、炉底积渣、炉压波动等环形炉常见问题。燃烧系统采用成熟的低　氧化氮天然气烧嘴，热工控制系统采用２级计算机数模自动完成最优化加热，单耗低、加热质量优异。　关键词环形炉　烧嘴加热系统设计特点　分析　１前言　２００２年天津钢管公司筹建第二套轧管生产线项目　中，由德国ＬＯＩ公司总承包设计建造　３３．２５　ｍ环形　炉。换热器、烧嘴、液压站等关键设备由德国进口，耐　炉膛高度ｆｍｍ）：１　８００　有效炉底面积（ｍ　）：６００、８５　２．４燃料　环形炉使用的燃料为天然气．发热值为：　Ｑ＝４．１８　１９ｘ９３￣　火材料、钢结构等设备国内供货，委托中国十三冶建　设总公司安装建造，于２００３年９月点火运行。本文对　３８　９９１（　Ｎｍ　）：　该环形炉设计特点做简单介绍。　设计单位燃耗（ＮｍＳ／ｔ）：３９　３动作描述　如图１所示管坯由装料机Ａ送入炉底上，随炉底　２基本参数　２．１加热能力：设计１２０　ｔ／ｈ（１５０支／ｈ）　最大１４０　ｔ／ｈ（１８０支，ｈ）　起转动，在转动过程中，被安装在炉子内外墙上的　２．２管坯规格及布料方式　管坯规格：　直径（ｍｍ）；２００　２１０　１５０　长度（ｍｍ）：１　１２２～４　２００　烧嘴和炉顶的烧嘴加热，转动一圈后，由出料机Ｂ将被　加热好的管坯取出。　环形炉炉内烟气按照与炉底转动相反的方向流　动．加热管坯后废气经由装料端内环侧墙上的排烟口　排除炉外。　最大单重（ｋｇ）：１　ｏ４０　注：管坯材质为低合金钢、合金钢和碳素钢。　炉内有效料位：３１２　布料方式：单排、交错　管坯加热温度℃：１　２６０～１　２８０　２．３炉子基本尺寸　炉底中心平均直径（ｍｍ）：３３　２５０　炉膛内部宽度（ｍｍ）：４　９３０　炉底有效宽度（ｍｍ）：４　３６８　管　　ｌ图１环形炉运转示意图　［２１武钢设计院．１９９２板带车间机械设备设计［Ｍ】．北京：冶金工业出　版社．１９８４　频电机的调速范围时，计算卷取机功率时应考虑增大　电机的计算功率Ⅳ－　。以满足卷取过程中的张力及　速度的工艺要求。　（收稿２００４—１０—１８责编苗龙军）　［３１连家创，李春满－车Ｌ钢设备及工艺．原东北重型机械学院，１９８５　作者简介　吴永杰．男．助理工程师。现在西安重型机械研究所工作：　参考文献　［１】周国盈．带钢卷取设　Ｍ】．北京：冶金工业出版社，１９９２　ｔｊ　ｙｊ＠ｔｊｙｊ舢　——．——．．＿研穷与应用　——　．硼，　与Ｉ　鲥弭　——　ｔｊｙｊｚｚ＠ｔ当ｊ　ｙｊ．咖