金 琳

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司冷軋部， 河北 唐山 063210）

隨著冶金自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，冷軋帶鋼生產(chǎn)多采用連續(xù)運行的機組系統(tǒng)。為了實現(xiàn)工藝段帶鋼的連續(xù)運行，需在機組的入口段和出口段分別設(shè)置立式活套[1-3]。入口活套的功能為當(dāng)入口段停車時通過抽套保證工藝段的帶鋼供應(yīng)，出口活套的功能為當(dāng)出口段停車時通過填充活套來存儲工藝段送出的帶鋼[4-5]。

立式活套主要由卷揚機、鋼結(jié)構(gòu)、活套小車、鏈輪組、配重塊、定輥和動輥幾個部分組成[6-8]。本文將對西門子立式活套控制方案進行研究，并重點分析活套帶鋼長度計算和機械慣量補償兩個方面的內(nèi)容。

1 活套帶鋼長度計算

為了實現(xiàn)焊縫跟蹤，必須計算活套內(nèi)的帶鋼長度[9-10]?；钐變?nèi)帶鋼的全長分為固定長度和可變長度兩個部分。固定長度部分取決于活套的構(gòu)造，主要包括活套入口和出口低于定輥中心線的部分以及帶鋼與活套輥形成的包角部分，如圖1 粗體所示。可變長度部分由活套的套量決定，但由于活套內(nèi)的帶鋼不完全垂直，所以活套內(nèi)帶鋼的長度需要通過計算產(chǎn)生。

1.1 固定帶鋼長度計算

設(shè)活套內(nèi)帶鋼與輥之間形成的半圓包角長度之和為∑LHalf_rolls，活套入口至定輥軸線間的帶鋼長度為Lstart，活套出口至定輥軸線間的帶鋼長度為Lend，活套中部帶鋼長度為LMiddle，則活套內(nèi)固定長度帶鋼的總長度Lfix可表示為：

圖1 活套帶鋼長度計算

1.2 變化帶鋼長度計算

活套內(nèi)變化帶鋼長度主要取決于活套的套量變化，由于立式活套內(nèi)的帶鋼不完全垂直或傾斜，所以必須分情況進行討論。如圖1 所示，垂直道次的帶鋼長度為實際套量與補償值之和，補償值為最低套量與活套定輥軸線間的距離。計算傾斜道次的帶鋼長度需要測量定輥與動輥之間的斜位移，根據(jù)勾股定理可得出傾斜帶鋼的長度。隨套量變化的帶鋼長度計算公式如下：

式中：Nrloops為活套總道次數(shù)；Nrstraigth為垂直的道次數(shù)；Stilt為定輥和動輥間的斜位移，m；Loffset為最低套量與定輥軸線間的距離，m；Sact為實際套量百分比，%；Lloop為最低套量與最高套量間的垂直長度，m；Lstraigth為垂直帶鋼的總長，m；Ltilt為傾斜帶鋼總長，m；Lvariable為變化帶鋼總長，m。

活套帶鋼的總長度為固定帶鋼長度與變化帶鋼長度之和，總長度計算公式如下：

式中：LALL為活套內(nèi)帶鋼的總長度，m。

2 機械慣量補償

2.1 小車慣量補償

活套小車、配重塊和鋼繩組成一個統(tǒng)一的質(zhì)量體，該質(zhì)量體在活套加速時需要額外提供加速力矩，動態(tài)過程中需進行機械慣量補償。質(zhì)量體加速時因慣量損失的轉(zhuǎn)矩由質(zhì)量體的質(zhì)量和加速度決定。質(zhì)量體的加速轉(zhuǎn)矩計算公式如下：

上述式中：m為質(zhì)量體的質(zhì)量，kg；Tcar為質(zhì)量體加速的牽引力，N；Acar為活套小車的加速度，m/s2；Ain、Aout分為活套入口和出口的帶鋼加速度，m/s2；Astrip為活套內(nèi)帶鋼的加速度，m/s2；Tcar為加速度牽引力，N；icar為卷筒與小車間的減速比；iGearbox為減速箱的減速比；D為卷筒直徑，m；TDrum為卷筒牽引力，N；TQDrum為卷筒轉(zhuǎn)矩，Nm；TQmotor1為小車的慣量補償轉(zhuǎn)矩，Nm。

2.2 卷筒和電機慣量補償

電機轉(zhuǎn)子、卷筒和齒輪箱的慣量需計算三者的慣量之和，并折算為電機的轉(zhuǎn)矩補償，計算公式如下：

上述式中：JMot為電機的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；JGear為齒輪箱的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；JDrum為卷筒的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；JALL為綜合轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；iDrive為卷揚電機與帶鋼間的減速比；TQmotor2為卷筒和電機的慣量補償轉(zhuǎn)矩，N·m。

2.3 機械慣量補償

活套的機械慣量損失包括小車、配重塊和鋼繩所組成的質(zhì)量體的損失，也包括卷筒和卷揚電機轉(zhuǎn)子的損失?？刂茣r需綜合兩個部分的機械慣量損失同時進行補償，機械慣量補償通過附加轉(zhuǎn)矩的形式下發(fā)給卷揚電機參與控制，綜合式（11）與式（14）可求出活套機械慣量補償轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：

式中，TQMach為活套機械慣量補償轉(zhuǎn)矩，N·m。

活套機械慣量補償原理如圖2 所示。

圖2 機械慣量補償原理

3 結(jié)論

1）提供了活套內(nèi)帶鋼長度的計算方法，包括固定部分和變化部分帶鋼的長度計算公式。

2）提供了活套機械慣量補償?shù)挠嬎惴椒?，包括小車、配重和鋼繩組成的質(zhì)量體慣量以及卷筒、減速箱和電機轉(zhuǎn)子組成的整體慣量，文中給出了相關(guān)的計算原理和計算過程。