11、1600分卷剪切机卷取机张力控制系统

轻合金及其加工

1600分卷剪切机卷取机张力控制系统

白云峰

(东北轻合金有限责任公司󰀁黑龙江哈尔滨󰀁150060)

摘要󰀁在分析1600分卷剪切机张力控制系统的基础上介绍最大转矩法张力控制的原理及实现,包括控制原理、转矩补偿、卷径检测等。实践证明该系统构成简单、性能稳定可靠,满足了生产需要。

关键词󰀁卷取张力󰀁最大转矩法󰀁转矩补偿󰀁卷径检测

󰀁󰀁1600分卷剪切机是用来将铝及铝合金双合箔卷经切边或抽条伯分卷为单张箔卷。它包括开卷机、导辊、剪切装置、夹送辊、分离辊、左卷取机、右卷取机等,组成示意图见图1。其中导辊、剪切装置、分离辊等通过同步齿形带相互联接,统一被称为中轴。它和开卷机、左卷取机、右卷取机一样均由相应的直流电动机拖动。

󰀁󰀁生产工艺要求卷取机采用张力控制系统,

保证卷取时张力恒定可调,控制平稳,控制精度高。设备最大张应力20MPa,来料宽600mm~1400mm、厚2󰀁(0󰀁006~0󰀁03)mm,成品直径最大600mm,最小85mm。两台卷取电机的铭牌数据是:型号Z418011,功率16󰀁5kW,电压400V,电流51󰀁4A,速度670/1900mpm。传动机构的减速比i=1󰀁36。机列速度由中轴系统控制,最大600mpm,最大升减速时间40S,单机点动速度15mpm。

1󰀁张力控制原理

1.1󰀁张力控制原理

图1󰀁1600分切机组成示意图

1󰀁󰀁󰀁开卷机;2󰀁󰀁󰀁导辊;3󰀁󰀁󰀁剪切装置;4󰀁󰀁󰀁夹送辊;5󰀁󰀁󰀁分离辊;6󰀁󰀁󰀁左卷取机;7󰀁󰀁󰀁右卷取机

由于设备中没有安装张力计,只能采用间接张力控制实现恒张力控制。生产过程中,电动机的电磁转矩M与轴上的负载转矩(包括折

何变化,保持了原有的热平衡。炉边部火道墙体变形的原因分析是正确的,采取的措施得当,改造是成功的。为我厂降低生产成本,提高焙烧炉的使用寿命起到了良好作用。

收稿日期:1998-03-26

3󰀁结󰀁论

我厂从1997年元月开始,全面推广这一成果。经改造后的墙体,截止到发稿时为止,无一例墙体发生变形。由此可以说明,对阳极焙烧

1998年󰀁11󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁轻󰀁金󰀁属󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁41󰀁󰀁󰀁󰀁算到电机轴上的张力转矩Mt、空载转矩Mo)及动态转矩Md相平衡。即

M=Mt+Mo+Md󰀁

在恒速卷取(Md=0)并忽略M0的情况下,M=Mt。根据M=Cm󰀁Id,Mt=DT/(2i)可以推得

T=K󰀁Ia/D

式中:Cm󰀁󰀁󰀁电机的转矩常数;

󰀁󰀁󰀁󰀁电机的磁通;Ia󰀁󰀁󰀁电枢电流;D󰀁󰀁󰀁箔卷直径;T󰀁󰀁󰀁张力;

K=2iCm是常数。

我们采用使Ia正比于D/󰀁的张力控制方法,即最大转矩法。1.2󰀁两段控制特性

从式󰀁我们可以看出系统有两个工作段:第一段:零速至基速,即恒定最大额定磁场段。通过调压控制电枢电流与卷径成正比,实

󰀁

现恒张力。

第二段:基速至最高速,即弱磁段。通过维持反电势恒定,保持D/󰀁恒定,即使磁通随卷径成正比例变化,当机列在某一速度下稳定运行时,电枢电流恒定,因而张力恒定。

这种即调压又调磁,先升压后弱磁,采用转矩变换单元组成的系统,称为最大转矩控制系统。系统组成原理框图见图2。

2󰀁转矩补偿

从式󰀁我们看到,必须对空载转矩及动态转矩进行补偿,才能达到给定的张力,并在加减速过程中维持张力恒定。2.1󰀁空载转矩补偿

空载转矩可以分解为两个分量:一个与电机转速n无关的固定部分;一个与n󰀁成正比例的部分,1<󰀁<2。本系统采用粗略的补偿方式:用一个恒定的量加一个与电机转速n成正比例的理来模拟空载转矩。

图2󰀁系统组成原理示意图

󰀁󰀁󰀁󰀁42󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁轻󰀁金󰀁属󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁1998年󰀁112.2󰀁动态转矩补偿

动态转矩计算公式:60iGD2dVMd=󰀁

375󰀁Ddt

式中:Md为动态转矩,N󰀁m;

D为铝卷直径,m;dV为机列加速度,m󰀁S-2;dt

GD为转动惯量,N󰀁m。

22

GD2=GD2d+GDj+GDa

式中:GD2d是电机的转动惯量;

GD2j是折算到电机轴上的机械传动机构

如卷轴、卷筒、齿轮等的转动惯量;GD2a是折算到电机轴上的铝卷的转动惯

2

量。其中GD2d与GDj是固定的,2

2

图2中机列速度V、变化率dV/dt来自中轴系统,Vo用于设定单机点动速度,󰀁ng用于使速度环饱和。3.2󰀁励磁回路

主回路由单相半控桥组成。控制回路由电势调节器、磁通调节器构成。这部分的主要作用是:构成先升压后弱磁的控制方式,基速以下保证磁通󰀁为额定值;基速以上维持反电势E

恒定,以保证D/󰀁恒定。

图2中的nf1=ne+󰀁n,󰀁n的取值是|nf-ne|,nf>ne

nf是电动机的转速反馈值,取自与电动机

达到

󰀁n=

o󰀁󰀁󰀁,nf󰀁ne

同轴安装的测速发电机,ne是电动机额定转速。

I󰀁曲线根据电机制造厂提供的数据,用集成运放组成的函数发生器模拟。3.3󰀁卷径检测

卷取机的速度给定,张力电流的计算,加减速时的动态补偿等都和卷径有着直接的关系,卷径检测的精确与否直接影响到张力系统的控制精度。本系统采用高精度电位器对卷取机卷径进行直接检测,它的原理是:按工艺要求,卷取机工作时,卷轴上应有面压辊。电位器旋钮与面压辊摆轴通过齿轮啮合连接;随着卷取卷径增加,面压辊抬升,使面压辊轴施转,驱动电位器旋钮旋转,使电位器的输出值对应于此时卷径值。实践证明,这种方法检测到的卷径值精度较高,满足了系统控制要求。

GD2a

随铝卷直径的不同而变化。

2.3󰀁转矩补偿作用方式

转矩补偿可以作为电流调节器给定的一部分一补电流;也可以和张力转矩一起作为转矩

给定的一部分󰀁󰀁󰀁补转矩。前者除与卷径D有关外,还与磁通󰀁有关,还需增加除法器等环节;后者仅与卷径D有关,实现方便。因此转矩补偿采用补转矩的方式,总转矩给定值为

M=Mt+Mo󰀁Md

3󰀁系统实现

3.1󰀁电枢回路

主回路采用可控硅三相全控桥,电机的正反向运行通过直流回路的切换来实现。控制回路是在标准的速度调节器与电流调节器的基础上增加速度调节器的限幅环节即张力电流的计算环节。张力电流是通过机列正常工作时速度环饱和给出的。速度环只在点动运行的起作用。这部分的主要作用是保证Id正比于D/󰀁。

有时生产工艺要求卷取张力随卷径D的增加按一定规律减小,即所谓的张力梯度控制,这时实际的张力给定值为F=T-P󰀁T󰀁󰀁D,其中T为张力设定值;P为张力梯度设定值,在0~50%间可调;󰀁D为卷径的增加量。

4󰀁结束语

通过分析我们看到1600分卷剪切机张力控制系统是合理的,也是比较先进的。目前该设备已投入使用,运行结果表明该系统性能稳定可靠,达到了设计指标中提出的各项要求,满足了生产需要。充分体现了最大转矩控制法在卷径变化范围大时仍可选用标准规格电机的特点。

收稿日期:1998-06-11.