板带轧机系统自动控制

板带轧机系统自动控制 11

燕山大学机械工程学院


2.1 轧制力模型 2.2 压下方式 2.3 负荷分配方法 2.4 辊缝设定 2.5 速度设定 2.6 轧制过程中的张力


Si ——i机架的辊缝设定值；

hi ——i机架的轧制出口厚度；

P ——轧制力模型的计算结果；

P0 ——人工零位时的预压靠力；

δ ——液体摩擦轴承油膜厚度；

δ0 ——对应于人工零位时的油膜厚度；

SF ——弯辊力造成的辊缝变化；

S ″0 ——轧制过程中空载辊缝的变化量，特指压下调节以外

的变化量，包括轧辊热膨胀 ST、轧辊磨损 SW以及一

些其他因素 SA，记为 S ″0 = ST + SW + SA。

Si = hi – (P – P0)/M + (δ – δ0) + SF – S ″0 （ 2-21 ）


如何使稳速轧制速度能尽可能高又不超过机电设备能力及

工艺条件的限制。

速度设定的基本模型是流量方程和前滑模型。

2.5.1 流量方程

2.5.2 前滑模型

2.5.3 速度设定


2.5.1 流量方程B h L/t = B h υ = 常数

1. 单个机架变形区入口和出口的流量方程

H υ0 (1-β) = h υ0 (1+f)

2. 多个机架的流量方程

hi υ0i (1+f i) = hn υ0n (1+fn)


2.5.2 前滑模型

f = hγ /h - 1 = (R /h) γ2

1. 采利柯夫公式

2. Bland-Ford公式

3. SIMS公式

4. 前滑简化公式

5. 前滑统计公式


2.5.3 速度设定

连轧的速度设定分为以下两个部分：

（ 1）主令速度 υMR

控制整个机组同步加减速， 0% ~ 100%。

（ 2）各机架相对速度设定值 υSRi

一般按秒流量来设定。

各机架任意时刻的带钢速度 υi表示为

υi = υSRi (1 + fi) υMR


2.5.3 速度设定

1. 穿带速度

2. 末架最大出口速度

3. 各机架相对速度设定值

4. 各机架穿带及稳态轧制时主令速度设定值


“ 秒流量”完全相等是实现无张力轧制的理想状态。实际轧制中影响机架间张力的工艺参数如压下量、轧制压力、轧制力矩、轧制速度、前滑等。连轧过程中张力相互传递的影响作用，是极为活跃的变化因素。

2.6.1 张力的产生 2.6.2 张力的种类和作用 2.6.3 连轧张力方程 2.6.4 控制张力的基本方法


2.6.1 张力的产生

在轧件长度方向上存在着速度差，使得轧件上不同部

位处的金属有相对位移而产生张应力，平均单位张应力 σTm

与所作用的横截面积 A的乘积就是作用在轧件上的张力 T

。


2.6.1 张力的产生ε = Δl/l0

σ = Eε → σT0 = Eε

d(σT0) = E·dε = E·d(Δl/l0)

= (E/l0)·d(Δl) = (E/l0)· (υb – υa)dt

σT0 = (E/l0)·∫(υb – υa)dt

T0 = (AE/l0)·∫(υb – υa)dt


2.6.1 张力的产生

υa → υa+Δυa ； υb → υb+Δυb

σT = (E/l0)·∫[(υb + Δυb) – (υa + Δυa)]dt = σT0 + ΔσT

T = (AE/l0)·∫[(υb + Δυb) – (υa + Δυa)]dt = T0 + ΔT

ΔσT = (E/l0)·∫(Δυb – Δυa)dt

ΔT0 = (AE/l0)·∫(Δυb – Δυa)dt


2.6.2 张力的种类和作用

与轧制方向一致的张力称为前张力，用 TF （ T1）或

σF （ σ1）表示；

与轧制方向相反的张力称为后张力，用 TB （ T0）或

σB （ σ0）表示。

（ 1）防止轧件跑偏

（ 2）使所轧带钢板形平直

（ 3）降低金属的变形抗力和变形功

（ 4）能适当调节主电动机的负荷

（ 5）能适当地调节带钢的厚度


2.6.3 连轧张力方程

（ 1）稳态张力分析

连轧过程从一个稳态转到另一新的稳态后张力的变化量

（ 2）动态张力分析

连轧过程从一个稳态转到另一新的稳态的张力变化过程



两个机架的张力公式

υi ≠ υ′i+1

σT = (E/l0)·∫(υ′i+1 – υi)dt

T0 = (AE/l0)·∫(υ′i+1 – υi)dt

υi = υ0i ·(1 + fi )

υ′i+1 = υ0(i+1) ·(1 – βi+1)


2.6.3 连轧张力方程两个机架的张力公式

设 f = f0 ·(1 + a1·σT) ， β = β0 ·(1 + a2·σT)

υi = υ0i ·(1 + f0i + f0i ·a1·σT)

υ′i+1 = υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1) – β0(i+1)·a2·σT)

dσT/dt = (E/l0)·[υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1) – β0(i+1)·a2·σT)

– υ0i ·(1 + f0i + f0i ·a1·σT)]

= – (E/l0)·(υ0(i+1) ·β0(i+1)·a2 – υ0i ·f0i ·a1)σT

+ (E/l0)·[υ0(i+1) · (1 – β0(i+1)) – υ0i ·(1 + f0i)]


2.6.3 连轧张力方程多机架连轧的张力公式

fi = f0i ·(1 + aFi ·σTFi – aBi·σTBi)

βi = β0i ·(1 – a′Fi ·σTFi + a′Bi·σTBi)

fi = f0i ·(1 + aFi ·σTi – aBi·σT(i–1))

βi = β0i ·(1 – a′Fi ·σTi + a′Bi·σT(i–1))



多机架连轧的张力公式

dσT/dt = (E/l0)·[υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1) + β0(i+1)·a′F(i+1)·σT(i+1)

– β0(i+1)·a′B(i+1)·σTi)

– υ0i ·(1 + f0i + f0i ·aFi ·σTi – f0i ·aBi ·σT(i–1))]

= (E/l0)·[υ0(i+1) ·β0(i+1)·a′F(i+1)·σT(i+1)

– (υ0(i+1) ·β0(i+1)·a′B(i+1) + υ0i ·f0i ·aFi)·σTi

+ υ0i ·f0i ·aBi ·σT(i–1)]

+ (E/l0)·[υ0(i+1) ·(1 – β0(i+1)) – υ0i ·(1 + f0i)]


2.6.4 控制张力的基本方法

（ 1）间接法

（ 2）直接法



（ 1）间接法

MD = TD/(2i) + M0 + Md = CM·Φ·In



（ 1）间接法

在恒速卷取时，Md = 0，同时考虑到空载转矩较小，

可忽略不计，于是张力可表示为

T = 2CM·i(Φ·In/D) = KM(Φ·In/D)

• 维持 In =常数和 Φ/D =常数来维持张力恒定

• 使 In 正比于 D/Φ来维持张力恒定



（ 2）直接法

一是利用张力计测量实际的张力，并将它作为张力反馈信

号，使张力达到恒定；

二是利用活套建立张力，由活套位置发送器给出信号，改

变卷取机的速度，维持活套大小不变，从而控制张力恒定。

控制系统简单，控制精度高；不易稳定

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