馬銘+吳公平+張瑜

摘 要：文章主要介紹德國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用，同時又根據(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單校正方法。

關鍵詞：鈦；鈦合金；砂帶磨削；生產(chǎn)線；張力控制器

中圖分類號：TQ585.4 文獻標志碼：A 文章編號：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備，可以實現(xiàn)砂磨和脫脂兩套工藝。

1 生產(chǎn)線介紹

卷帶透過設備線砂箱運作對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-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-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焊接機，可一次性完成雙面砂磨的加工作業(yè)，砂磨前清洗設備，可預先清洗熱軋鈦帶表面油漬，確保砂磨質(zhì)量。

砂磨機主動力采伺服電機，轉(zhuǎn)距輸出穩(wěn)定，長期使用又有節(jié)能效益。操控系統(tǒng)采IPC搭配PLC及人機接口，操作簡易方便。自動化結(jié)構(gòu)為二級系統(tǒng)，預留三級接口。

2 張力

張力的重要性為人們所熟知，特別在帶材生產(chǎn)加工的各項工藝過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，同時在脫脂砂磨工藝過程中，張力也具有重要意義。（如圖1）

張力，在單機生產(chǎn)的設備上通過卷取機構(gòu)（如卷取機，打卷機，拉盤等）和開卷機構(gòu)與壓力軋制或加緊設備的速度差產(chǎn)生?？梢?，由于各類設備間存在速度差致使帶材說道一定的拉力，這個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。中段張力的投入防止帶材在砂磨過程出現(xiàn)堆料等現(xiàn)象，保證了帶材在砂磨過程的穩(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程中卷成塔形，使帶材能準確進入卷取，并卷取均勻，保證帶材的平直度。

3 德國HAEHNE張力控制裝置介紹

3.1 帶材張力測量系統(tǒng)基本資料

張力傳感器利用應變原理作為測量單元，使用高穩(wěn)定直流源（電壓源或電流源）進行激勵，可獲得對力的變化（或負載變化）的快速反應。張力測量系統(tǒng)除用于現(xiàn)代高速冷連軋帶鋼軋機外，還可用于有色金屬帶材軋機、造紙機、紡織機以及其他工業(yè)的帶材張力的精確測量和控制。

3.2 張力測量基本原理

在鋼鐵行業(yè)對帶材張力進行張力檢測時，張力傳感器既可用于垂直法張力測量，又可用于水平法進行張力測量。

張力測量原理：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，既可通過測量水平分力、也可通過測量垂直分力來測量帶材的張力。

其中：T-代表張力，張力輥加軸承座的重量用電氣法補償。

如果使用垂直式張力傳感器，則通過測量張力的垂直分力FV來測量張力；如果使用水平式張力傳感器，則通過測量張力的水平分力FH來測量張力。

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

測量方向的分力計算如下：

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測量張力的。

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變原理：當傳感器的彈性題在測量方向受到力（F）的作用時，彈性體發(fā)生變形（L），黏貼到彈性體上電阻應變片也隨之變形，電阻應變片的電阻值發(fā)生變化（R），利用惠斯頓電橋，將應變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化（V或L），在經(jīng)過信號放大處理之后從而測出力的大小?；菟诡D電橋能及其精準的測量微小擾動，無需溫度補償。輸出電壓與所施壓力成比例。

4 張力傳感器的實際應用

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

牽引部分：牽引一般采用速度控制的動力機構(gòu)，他的主要任務是牽引著產(chǎn)品向前運行。

張力檢測部分：它處于牽引和放卷或收卷之間，當生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過張力檢測部分時，它能檢測出動態(tài)瞬時的張力的大小。它是對張力直接進行檢測，與機械緊密地結(jié)合在一起，是沒有移動部件檢測方式。通常采用兩個張力傳感器配對使用，將它們裝在檢測導向輥兩側(cè)的端軸上。原料通過檢測導向輥施加壓力，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測出實際張力值。

張力檢測部分：它處于牽引和放卷或收卷之間，當生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過張力檢測部分時，它能檢測出動態(tài)瞬時的張力的大小。它是對張力直接進行檢測，與機械緊密地結(jié)合在一起，是沒有移動部件檢測方式。通常采用兩個張力傳感器配對使用，將它們裝在檢測導向輥兩側(cè)的端軸上。原料通過檢測導向輥施加壓力，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測出實際張力值。

張力控制方式一般分為開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式兩種。開環(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）的電動機來傳動卷繞機構(gòu)，采用PLC直接運算獲得近似的恒張力運行，它是沒有張力檢測環(huán)節(jié)，開環(huán)控制隨機性差，控制精度低。閉環(huán)張力控制有張力檢測環(huán)節(jié)控制，在實際生產(chǎn)過程中，將被調(diào)量即張力進行反饋給PLC，與給定張力相比較，然后利用差值由PLC進行運算調(diào)節(jié)，對被控對象進行調(diào)節(jié)，使輸出張力滿足實際需求，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單的手動控制模式，生產(chǎn)人員根據(jù)帶材的厚度和寬度算出收卷時所需的張力，然后通過旋鈕手動在后段收卷轉(zhuǎn)矩張力控制模塊中輸入計算出的張力值，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_中的數(shù)據(jù)傳輸模塊，中控臺裝有三菱PLC的遠程數(shù)據(jù)傳輸模塊負責與電氣控制柜力的PLC進行通訊，數(shù)據(jù)輸入PLC后，再由PLC控制收卷電機以及后驅(qū)動電機的變頻器的輸出，調(diào)節(jié)兩臺的速度，達到所需要的張力。后段張力是整線中一個階段的控制，采用手動控制模式，同時配合CPC邊部對齊裝置，可以解決帶卷塌卷、塔形等問題。

4.2 中段張力段

中段張力只有在生產(chǎn)線進行砂磨工藝時才投入使用，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，實現(xiàn)全自動控制模式。

5 張力計的校正

我們在平時的工作中也會對張力計做簡單的校正工作，方法如下：用一根軟布帶，一頭綁在收卷機的芯軸上，另外一頭模擬帶材生產(chǎn)時的形式，穿過后驅(qū)動的兩輥之間，再吊在天車的吊鉤秤上，同時使張力傳感器上升到極限位置。首先要校正張力計的零位，提升天車吊鉤，使軟布帶繃緊貼在傳感器上，吊鉤秤顯示0kg，這時我們調(diào)節(jié)張力計放大器上的旋鈕，使張力計準確的顯示0。然后提升天車一次校正500kg，1000kg，2000kg及3000kg，我們也會調(diào)節(jié)放大器上的旋鈕保證張力計顯示的數(shù)值與吊鉤秤的數(shù)值一致，從而達到了對張力計的簡單的校正。

參考文獻：

[1]徐鶴賢.冷軋帶材張力及其控制工藝探討[J].特鋼技術.

[2]孫鐵凱，劉承杰，趙永和.冷軋帶材張力測量[J].鞍鋼技術.

[3]德國海納電子有限公司.德國HAEHNE張力控制裝置講座 基礎篇[Z].endprint