带钢打滑及对拉矫机延伸率损失的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.06.012 第18卷第6期 北京科技大学学报 Vol.18 No.6 1996年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1996 带钢打滑及对拉矫机延伸率损失的影响 李同庆陈先霖 北京科技大学机械工程学院，100083 摘要通过对带钢在张力辊受力条件的分析，详细解释了带钢在张力辊上打滑的机理，并据此研 究了拉伸弯曲矫直机延伸率损失问题. 关键词张力辊，张力控制，拉矫机 中图分类号TG333.2 利用带钢在经过张力辊时的“缠绕效应”，使冷轧厂广泛使用的张力辊组一S辊的张力 产生明显增减的效果.这样既可以获得工艺所要求的张力值，又可以对各工段张力值作出适 当调控，以保证生产的顺利进行.但是，在张力辊实际使用过程中，由于设备自身及操作等方 面的原因，常会出现带钢打滑，这一现象不仅会带来诸如带钢跑偏等生产故障，而且对安全生 产构成威胁， 1带钢在张力辊上打滑 张力辊组一般分人口张力辊组(1,2#)和出口张力辊组(3,4“)，见图1.出口张力辊组和 人口张力辊组工作状态不同，出口张力 Ty 辊组为主动辊起拖动作用，人口张力辊 组为被动辊起制动作用带钢的打滑又 3 分为隐性打滑（弹性滑移）和显性打滑 (过载打滑)，二者产生的机理不同，防治 T2 吃T一张力 措施也不同， y一速度 1 E一应变 T 1.1带钢弹性滑移的产生及防治 T E1 E (1)张力辊组处于“发电状态” 图1张力辊组示意图 当张力辊组工作于“发电状态”时，张力辊处于被动状态，这时张力辊依靠带钢张力的拖 动而旋转.如图1所示，带钢经过入口S辊组时各工段的速度、张力及拉伸应变都要发生改 变.设入口张力辊线速度为'人，并令其与带钢人口速度y,相等，则有： 2=(1+e2-e,yA=(1+e2-e,y, (1) v=(1+e-e2y2=(1+e-e)(1+e2-e,)y1 (2) 又由欧拉公式，得： 1995-03-25收稍 第一作者男25岁博士

第 18 卷 第 6期 19 9 6年 1 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e sr iyt o f S e i e n e e a n d T e c h n o l o yg B e ij ni g V o l . 1 8 N o . 6 D e C . 1 9 9 6 带钢打 滑及 对拉矫 机延伸率 损失 的影 响 李同庆 陈先霖 北京 科技 大学 机械工 程 学院 , 10 0 0 83 摘要 通过对带钢在 张力辊受力条件 的分析 , 详细解释 了带钢在 张力 辊上 打滑 的机理 , 并 据此研 究 了拉伸 弯曲矫直 机延伸率损失问题 . 关键词 张力 辊 , 张力控制 , 拉矫机 中图分类号 T G 3 3 3 . 2 利 用 带钢在 经过 张 力辊 时的 “ 缠 绕效 应 ” , 使冷 轧 厂广 泛 使 用 的张 力 辊组 一 S 辊 的 张 力 产生 明显 增 减 的效 果 . 这 样 既可 以 获 得 工 艺所 要 求 的张力 值 , 又 可 以 对各 工段 张 力值作 出 适 当调 控 , 以 保 证 生 产 的顺利 进行 . 但 是 , 在 张力 辊 实 际使用过 程 中 , 由于 设 备 自身 及操 作 等 方 面 的原 因 , 常 会 出现带钢 打滑 , 这一 现 象不仅会 带来 诸如 带钢 跑偏 等生 产故 障 , 而且 对安全 生 产构 成威 胁 . 1 带钢在张 力辊上 打滑 张力辊 组 一般分 人 口 张力 辊组 ( l “ , 2 “ ) 和 出 口 张力辊 组 ( 3 “ , 4 “ ) , 见 图 1 . 出 口 张 力辊 组和 人 口 张力 辊 组 工 作 状 态 不 同 , 出 口 张力 辊 组 为 主 动 辊 起拖 动作用 , 人 口 张力 辊 组 为 被 动 辊 起 制 动 作 用 . 带 钢 的 打 滑 又 分 为 隐 性 打 滑 (弹 性 滑 移 ) 和 显 性 打 滑 (过 载 打滑 ) , 二 者 产 生 的机 理不 同 , 防 治 措施 也不 同 . 厂 讨 几 v Z T 一张力 v 一速度 ￡ 一应变 对T 办/ 1 . 1 带钢 弹性滑 移 的产生及防治 ( l) 张 力辊 组处于 “ 发 电状态 ” 图 1 张力辊组示意 图 当张 力 辊组 工 作 于 “ 发 电状 态 ” 时 , 张力 辊处于 被 动状态 , 这 时张 力 辊依 靠带钢 张 力 的拖 动 而旋 转 . 如 图 l 所 示 , 带 钢 经过 人 口 S 辊组 时各 工 段 的 速度 、 张力 及 拉 伸 应 变 都要 发 生 改 变 . 设人 口 张 力辊 线 速度 为 狱 , 并令 其 与带钢人 口 速 度 v , 相 等 , 则有 : 、 ., 了 吸立月 少、. 了乙, `甩、、 v : = ( l + “ : 一 E : ) v 人 = ( l + “ : 一 “ l ) v l V = ( l + 。 一 ￡ 2 ) v : = ( l + E 一 E Z ) ( l + E : 一 E I ) v , 又 由欧拉 公式 , 得 : 19 9 5 一 0 3 一 2 5 收稿 第一作者 男 25 岁 博士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 06. 012

·548 北京科技大学学报 1996年No.6 E>E2>E V>V>V (3) 可见，被动辊的出口速度永远大于人口速度 (2)张力辊处于“电动状态” 当张力辊工作于“电动状态”时，张力辊处于主动状态.这时张力辊在电机的驱动下拖动 带钢运转，见图1.设出口张力辊线速度为y,并令其与出口带钢速度y,'相等，同理可得其各 段张力、速度及拉伸应变： 2'=(I+e2'-e,')=(I+e2'-e,')y' (4) v'=(I+e'-e2')1+e2'-e,')ye (5) 即： '>2'>y' (6) 可见，主动辊的人口速度将永远大于出口速度. 综上所述，由于带钢弹性体的变形，不可避免地造成带钢在张力辊上的弹性滑移.无论是 对于人口S辊还是出口S辊，在辊组内张力辊转速相同的情况下，通过减小张力辊径可部分 消除弹性滑移所产生的速度差值，因此修磨后的辊径须满足14.这种弹性滑移尽管 事实上是存在的，但在生产中又是观察不到的，因此可称之为隐性打滑. 1.2带材过载打滑的产生及防治 无论是对于人口被动辊还是出口主动辊，一旦辊子两端的带钢张力差大于辊子包角处的 摩擦力时，带钢常常在包角处打滑，这种打滑在生产中是经常可以看得见的，因此称之为显性 打滑，对这种打滑的产生及防治已作了比较详细的研究3，然而尽管有时带钢张力较小， 完全满足稳定张力下的不打滑条件，一旦其值发生波动则仍要产生打滑，可见带钢打滑并不 总是发生于某一临界值之上.对这种由于张力波动引起的打滑还未见到有关论述，下面对其 作详细分析. (1)带钢打滑情况 由于带钢本身具有一定的刚性，不是完全的弹性柔软体， 因此带钢也不能很“服贴”地贴在辊子表面，即带材实际包角日 要小于理论包角a,为便于分析计算，假设带钢在AB和CD段 要产生弹塑弯曲并认为二者相等（如图2所示）). 图2为一被动辊，设弹塑性段引起的张力损耗为F,根据 9 图2被动辊受力图 上述张力辊上不打滑的原则，很容易推导出带钢此时不打滑的 初始条件： F(F2-F)er-F (7) ①设有张力波动F+△F,由以上假设有： F,=F2-FF,+△F=F4-F (8) 因此， F4=F+△F+F (9) 辊子传递的摩擦力： F=(F,+△F,+F)(e-1) (10) 带钢张力差：

· 5 4 8 · 6 N 北 京 科 技 大 学 学 报 9 9 年 1 o . 6 。 > : > : , V > v Z > v , 2 (3 ) 可见 , 被 动辊 的 出 口 速度 永 远大 于人 口 速 度 . (2 ) 张力辊 处于 “ 电动状 态 ” 当张力 辊工 作 于 “ 电动状 态 ” 时 , 张力辊 处于 主 动状 态 . 这 时张 力 辊在 电机 的驱 动下 拖 动 带钢运 转 , 见 图 l · 设 出 口 张力 辊线 速 度 为 v E , 并 令其 与 出 口 带 钢 速度 v l ` 相 等 , 同理 可得 其 各 段 张力 、 速度 及 拉伸 应变 : v Z ` = ( l + 。 2 ` 一 : 1` ) 、 = ( l + ￡ 2 ` 一 。 , ` ) v l ` (4 ) v ` 一 ( l + : ` 一 ￡ 2 ` ) ( l + 。 2 ` 一 。 , ` )、 ( 5 ) 即: v ` > 、 ` > v l ` (6 ) 可 见 , 主动辊 的人 口 速度 将 永远大 于 出 口 速度 . 综 上所 述 , 由于 带钢弹 性体的变 形 , 不 可避免 地造 成 带钢 在张 力辊 上 的弹性 滑 移 . 无 论是 对于人 口 S 辊还 是 出 口 S 辊 , 在 辊 组 内张 力辊 转 速相 同的情 况 下 , 通过 减 小张 力 辊径 可部 分 消除 弹性 滑移 所 产 生 的速 度差 值 , 因此修 磨 后 的辊 径须 满 足 l “ #4 . 这种 弹 性 滑移 尽 管 事实上 是存在 的 , 但在生 产中又是 观察不 到 的 , 因此可 称之 为隐性 打滑 . 1 . 2 带材过载打 滑的产生及 防 治 无论是 对于人 口 被 动辊 还是 出 口 主动 辊 , 一旦辊 子 两端 的带 钢 张力差 大于 辊 子包 角处的 摩擦 力时 , 带钢 常 常在 包角 处打滑 , 这种 打 滑在 生产 中是 经 常可 以 看 得见 的 , 因此称 之 为显 性 打滑 . 对这 种 打 滑 的 产 生及 防治 已作 了 比较 详 细 的研 究 【’ ,3 ’,] , 然 而 尽 管 有 时带 钢 张 力 较 小 , 完全 满足 稳 定 张力 下 的不 打滑条件 , 一 旦 其值发 生 波动 则仍要 产 生 打滑 , 可 见 带钢 打 滑并 不 总是 发 生于 某 一 临界 值 之上 . 对 这种 由于 张力 波 动 引起 的 打滑 还 未见 到 有 关论述 , 下 面 对其 作详 细分析 . ( l) 带钢打 滑情 况 由于 带 钢本 身具 有 一 定 的 刚性 , 不 是 完 全 的弹 性柔 软 体 , 因 此 带 钢 也 不能 很 “ 服 贴 ” 地 贴 在 辊子 表 面 , 即带 材实 际包 角 0 要小 于理 论包 角 a . 为便 于 分析 计算 , 假设 带 钢在 A B 和 C D 段 要产生弹 塑 弯曲并认 为二 者相 等 (如 图 2 所示 ) z[] . 图 2 为 一被 动辊 , 设 弹 塑 性段 引起 的张 力 损耗 为 只 , 根 据 上述 张 力辊 上 不 打滑 的原 则 , 很容 易 推 导 出带 钢此 时不打 滑 的 初始 条件 s[] : 图 2 被动辊受 力图 、少户尸. 子 , 少 OQ 了 ù 、`.了、 凡 (凡 一 tF ) / 已口 一 tF ①设有 张力 波动 F , + 乙F l , 由以 上 假设 有 : 凡 二 爪 一 tF F , + △ F , = 凡 一 tF 因此 , 凡 = F I + △F I + 只 辊子传 递 的摩 擦力 : F = ( F , + △F , + 均 (已 e 一 l ) ( 10 ) 带钢 张力 差:

Vol.18 No.6 李同庆等：带钢打滑及对拉矫机延伸率损失的影响 ·549· △T=F2-F,-F4 (11) 由带钢不打滑条件△T0时，带钢也将打滑. ③图3为一主动辊，同理如果带钢张力波动后满足： (F3-F)/e-F0或△F,<0时，带钢也要打滑. (2)对张力波动引起带钢打滑的探讨 对于满足稳定张力下不打滑条件的张力辊组，一 旦张力发生波动，尽管波动量很小，都有可能发生带钢 打滑.也就是说，带钢并非只有张力达到一定值时才打 滑，它是随时都可能发生的，由此可见，带钢的打滑不 仅仅只是发生在临界载荷过载的情况下，各段张力的 不稳定都将可能导致打滑，尽管这种打滑实质上也是 一种过载打滑，但其产生的原因不同于临界载荷过载 图3主动辊受力图 的情况，对此必须引起高度的重视. 2拉矫机延伸率损失 2.1拉矫机延伸率的设定 延伸率ε是影响拉矫机矫正板形最关键的工艺参数，设它为： 8=Ep+Ea+ec+e 式中，。~矫平来料板形缺陷所需的塑性延伸率，E,-考虑其他工艺要求附加的塑性延伸 率，e。一带材弹性恢复的延伸率，￡，一拉弯机组本身延伸率损失. ε。与带钢的材质及尺寸等因素有关；ε。是考虑到延伸率沿板带横截面分布不均的影响， 而且拉矫过程不仅仅只是一个将带材浪形刚好拉平的过程，还须综合考虑其他工艺要求（如 酸洗拉矫机的破鳞)；而ε，与上述所讨论的带钢弹性滑移及过载打滑有关， 2.2拉矫机延伸率损失 拉矫机机组延伸率损失分传动过程损失与拉矫过程损失两部分.前者与机组传动链上齿 轮、轴承等工作效率有关，后者是带钢在张力辊上的弹性滑移及过载打滑.机组延伸率损失不 仅白白浪费了能源，极大地影响了拉矫机改善带钢质量的效果，同时对设备的安全构成严重

V o l . 1 8 N o . 6 李同庆等: 带钢 打滑及对拉矫机延 伸率损失 的影响 . 5 4 9 . 、少、少. .几. 2 . 且. j 了`气 . 、`、 ( 13 ) ( 14 ) 、少、.,. 一 声 、J 6 , 上. ` 了 .1 ` 了、`、 。 T 二 凡 一 tF 一 凡 由带钢 不打 滑条 件 乙 T 0 时 , 带钢 也将打滑 . ③ 图 3 为一 主动 辊 , 同理 如果 带钢 张力 波 动后满 足 : 帆 一 均 / 尹 一 tF 0 或 △凡 < 0 时 , 带钢 也要 打滑 · (2 ) 对张力波 动 引起 带钢 打滑 的探讨 对于 满 足 稳定 张力 下 不 打滑 条 件 的张 力 辊 组 , 一 旦 张力 发 生波 动 , 尽管 波 动量很小 , 都有 可能 发 生带钢 打滑 . 也就 是说 , 带钢 并非 只有 张力 达到 一定 值 时才 打 滑 , 它是 随 时都可 能发 生 的 . 由此 可见 , 带钢 的打 滑不 仅仅 只是 发 生 在 临界 载 荷 过载 的情 况 下 , 各 段 张 力 的 不 稳 定都 将 可 能 导致 打 滑 , 尽 管这 种 打 滑 实质 上 也是 一 种 过载 打滑 , 但其产生 的原 因不 同于 临界 载 荷 过 载 的情 况 , 对此必须 引起高度 的重 视 . 图3 主动辊受力 图 2 拉矫机延 伸率损 失 2 . 1 拉 矫机延伸率的设定 延伸率 : 是 影 响拉矫 机矫 正板 形最 关键 的工 艺参数 , 设它 为 : ￡ = E p + E a + E e + ￡- 式 中 , E 。 一 矫 平 来料 板 形 缺陷所 需 的 塑性 延 伸率 , ￡: 一 考 虑其他工 艺要 求 附 加 的塑 性 延 伸 率 , ￡。 一 带 材 弹性恢 复 的延 伸率 , : , 一 拉弯 机组 本身 延伸 率损 失 · ￡。 与带钢 的材 质及 尺 寸 等因 素有 关 ; ￡。 是考 虑 到 延伸率沿 板带横截面分布 不 均 的影 响 , 而且 拉 矫 过程 不仅 仅只 是 一 个将 带 材浪 形 刚好 拉 平 的过 程 , 还 须 综 合考 虑 其 他工 艺要 求 (如 酸洗 拉矫 机 的破 鳞 ) ; 而 。 , 与上 述所讨 论 的带 钢弹性 滑 移及过 载 打滑有 关 · .2 2 拉 矫机延伸率损 失 拉矫 机机 组 延伸 率损 失分 传动 过程 损失 与拉 矫过 程损 失两 部分 . 前 者 与机 组传 动链 上齿 轮 、 轴承 等工作 效 率有 关 , 后 者 是带钢在 张力辊上 的弹性滑 移及 过载打 滑 . 机 组延 伸率损 失不 仅白 白浪费 了能源 , 极 大 地影 响 了拉 矫 机改 善 带钢 质 量 的效果 , 同 时对设备 的 安全 构 成严 重

·550· 北京科技大学学报 1996年No.6 威胁，因此必须设法加以扼制. 3结论 (1)提高辊面与带钢副摩擦因数或根据具体情况在人口或出口张力辊安装加压辊以防止 张力辊过载而产生打滑. (2)不能忽视因各段张力波动带来的打滑.在高速机组中由于与速度平方成正比的离心 力以及带钢、辊面间夹人空气层等因素影响使摩擦因数显著下降进而将引起张紧力的波动， (3)张力辊辊面的机械磨损、磨光，启动、制动时的惯性效应等等也都会引起张紧力的波 动，因此在调控时一定要努力确保各工段的张力基本恒定， 参考文献 1周国盈.连续拉伸矫直设备设计计算.重型机械，1977(3)：25~28 2 Sheppard T,Roberts J M.On the Strip-to-roll Conformity in the Tention-levelling Process.Journal of the Institute of Metals,1972,5:130~135 3周国盈.带钢车间精整设备.北京：冶金工业出版社，1982 4张成阁，陈家欢，王国经，拉弯矫直机的分析.冶金设备，1986,2：2944 5曹风州.薄板（带）连续拉伸弯曲矫直技术.钢铁，1989,11：29~33 Strip's Sliding on Bridle and Lose of Elongation Percentage in Tension Leveller Li Tongqing Chen Xianlin College of Mechanical Engineering,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT Based on the analysis of the bridle's mechnical condition,the mechanism of the strip's sliding on the bridle is further explained.The problem of lose of elogation percentage in the tension leveller is analysed. KEY WORDS bridle,tension control,tension leveller

· 5 5 0 · 北 京 科 技 大 学 学 报 威胁 , 因此 必须 设法 加 以 扼 制 . 19 9 6年 N o 6 3 结论 ( l) 提 高辊 面 与带钢副 摩擦 因数 或根 据具 体情 况 在人 口 或 出 口 张力辊 安装 加压 辊 以 防 止 张力辊 过载 而 产生 打滑 . ( 2) 不 能忽 视 因各段 张 力波 动 带来 的打滑 . 在 高速 机 组 中 由于 与速 度 平方 成 正 比的离 心 力 以 及带 钢 、 辊 面 间夹人 空 气层 等 因素 影 响使 摩擦 因数显 著 下 降进 而将 引起张 紧力 的波 动 . ( 3) 张力辊 辊 面 的 机械 磨损 、 磨光 , 启动 、 制动 时的 惯性 效应等等也 都会 引起张 紧力的 波 动 , 因此在 调 控 时一定 要努 力 确保各 工段 的 张力基 本恒 定 . 参 考 文 献 周 国盈 . 连续拉伸矫直设备设计计算 . 重型机 械 , 1 97 〔3) : 25 一 28 s h e p p adr T , R o b e rt s J M . o n ht e s itr p 一 t o 一 or ll C o n fo mr iyt in ht e T e n ti o n 一 l e v e l lin g p or e e s s . J o 帅 a l o f ht e hi s ti ut t e o f M e at l s , 1 9 7 2 , 5 : 1 3 0 ~ 1 3 5 周 国盈 . 带钢车 间精整设备 . 北京 : 冶金工 业出版社 , 1 9 82 张成 阁 , 陈家欢 , 王 国 经 . 拉弯矫直机 的分析 . 冶金设备 , 1 9 8 6 , :2 29 科4 曹凤州 . 薄板 (带) 连续拉伸弯 曲矫直技术 . 钢铁 , 1 9 8 9 , fl : 29 一 3 Str i p , 5 s li d i n g o n B r i d l e a n d L o s e o f E l o n g a t i o n p e r c e n t a g e i n T e n s i o n L e v e l l e r L i OT n gq i n g hC e n Z反a n li n C o l l e g e o f M e e h a n i e a l E n g in e e irn g , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T B a s e d o n ht e a n a l y s i s o f ht e b r i d l e ’ 5 m e e hn i e a l e o n d i t i o n , t h e m e e h an i s m o f ht e s itr p , 5 s lid in g o n ht e b ir d l e 1 5 fu hrt e r e x p l a i n e d . T h e p r o b l e m o f l o s e o f e l o g at i o n P e r e e n t a g e i n th e t e n s i o n l e v e ll e r 1 5 an a l y s e d . K E Y W O R D S b ir d l e , t e n s i o n e o n tr o l , t e n s i o n l e v e ll e r