本发明属于带钢精整处理技术领域，涉及一种带钢精整机组助卷张力预设定及控制方法。
背景技术：
经冷轧机组轧制后的带钢，必须经过精整处理加工，才能得到高质量的合格产品。精整处理是成品带钢的最后一道工序，因此不得产生新的缺陷，带钢表面不准产生擦划伤和塑形变形。精整机组主要进行剖分、拉矫、重卷、切边、表面检查、涂油等工序。
现有的精整机组在助卷卷取时，通常带钢表面涂油，带钢与卷筒之间以及带钢与已卷取的带钢之间摩擦系数很小，易发生打滑，造成助卷后的钢卷内圈溢出，大大降低了钢卷合格率。因此，在助卷阶段，为了避免带钢与卷筒之间打滑，助卷张力不能过大。同时，在助卷阶段，为了实现正常卷取，助卷张力必须保证带钢产生一定的曲率使之包覆到卷筒上，在其后各层必须保证带钢不能与卷取好的带钢脱离。因此，在助卷阶段，为了保证带钢顺利卷取，助卷张力不能过小。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种带钢精整机组助卷张力预设定及控制方法，解决了现有的精整机组助卷卷取时，带钢与卷筒之间以及带钢与已卷取的带钢之间发生打滑，造成助卷后的钢卷内圈溢出的问题，大大提高了产品质量。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
步骤一：计算卷取第1圈时的助卷张力预设定值T1；
步骤二：计算卷取第i圈时(i＝2～N)的助卷张力预设定值Ti(i＝2～N)；
步骤三：设i＝1；
步骤四：比较卷取机转矩反馈值Tf与助卷张力预设定值Ti的大小，如果Tf-Ti＞ΔT(ΔT为转矩控制精度)，则卷取机实时速度va＝vl-vm，vl为机组速度，vm为控制系统速度激励值，转到步骤四继续执行；
步骤五：比较卷取机转矩反馈值Tf与助卷张力预设定值Ti的大小，如果Tf-Ti＜-ΔT(ΔT为转矩控制精度)，则卷取机实时速度va＝vl+vm，vl为机组速度，vm为控制系统速度激励值，转到步骤五继续执行；
步骤六：判别i＜N是否成立？若成立，令i＝i+1，转到步骤四；否则，转到步骤七；
步骤七：助卷卷取控制结束。
进一步，计算卷取第1圈时的助卷张力预设定值T1过程如下：
为了确定带钢弯曲至目标曲率所需的最小张力，将卷筒与已经卷取完的带钢看成一个整体。从带钢头部开始逆卷取方向取四分之一单元进行受力分析，根据弹性力学，其水平和竖直方向的受力平衡及力矩平衡可列出平衡方程：
式中：T为带钢张力，单位：N；F为周向力，单位：N；p为外圈带钢受到的均布压应力，单位：MPa；τ为外圈带钢受到的均布摩擦应力，单位：MPa；Mw为A截面的内力矩，单位：Nm；θ为方位角，单位：rad；R为卷筒半径，单位：mm；B为带钢宽度，单位：mm。
由于外圈带钢所受压应力较小，可认为其处于临界滑移状态，则：
τ＝μp (2)
式中：μ为带钢与卷筒间的摩擦系数。
联立式(1)和式(2)可得到：
根据弯曲弹塑性理论，可知内力矩Mw如下：
式中：h为带钢厚度，单位：mm；σs为带钢屈服强度，单位：MPa；ht为弹塑性分界区域的带钢厚度，单位：mm，E为带钢弹性模量，单位：MPa。
联立式(3)和式(4)可得助卷张力最小值Tmin为
为了避免带钢和卷筒之间以及带钢和已卷取带钢之间的打滑现象，助卷张力最大值T1max计算如下：
带钢在径向的力平衡方程式：
皮带的径向力平衡方程式：
根据式(6)、(7)可得到
式中：Bb为皮带宽度，单位：mm；Tb为皮带张力，单位：N，式中，Ph为油压，MPa；D0、d0为液压缸缸径、杆径，mm；Q为皮带包覆力，单位：MPa；QR为带钢与卷筒间的正压力，单位：MPa。
忽略高次无穷小量，有
当dθ→0时，
考虑到带钢和卷筒间的摩擦，并忽略皮带和带钢间的摩擦，在圆周方向的力平衡方程为：
当dθ→0时，有dT-μQRBbRdθ
将式(9)代入，得到
当带钢头部进入与卷筒包角为θ的C点时，带钢与卷筒的切点B点处张力可根据式(11)得到
经积分可得Tθ＝Tb(eμθ-1) (13)
当带钢头部到达压辊与卷筒的接触点D处时，在压辊力P的作用下，带钢与卷筒的切点B点处的张力为
式中为皮带助卷包角。
从而得到助卷张力最大值T1max：
卷取第一圈时，助卷张力预设定值T1为：
T1＝a(Tmin+T0)+b(T1max+T0) (16)
式中：a、b为加权系数，取a＝0.5、b＝0.5；
T0为助卷皮带包覆卷筒时，卷筒转动阻力，单位：N。
进一步，计算卷取第i圈时(i＝2～N)的助卷张力预设定值Ti(i＝2～N)过程如下：
卷取第i圈时(i＝2～N)，带钢已经成圈，靠助卷张力包覆在已卷取得带钢上，助卷张力与设定值Ti可设为：
式中：Tp为助卷完成后的卷取张力设定值，单位：N。
进一步，以卷取前N圈的助卷张力预设定值Ti(i＝1～N)为控制目标，卷取机采用力矩控制模式，实现助卷张力预设定控制及闭环控制。
附图说明
图1是带钢精整机组助卷卷取工艺布置图；
图2是四分之一圆弧带钢受力图；
图3是皮带助卷受力分析图；
图4是带钢引入卷筒时皮带包覆情况；
图5是带钢精整机组助卷张力预设定及控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供的带钢精整机组助卷张力预设定及控制方法通过如图1所示的设备完成，图1中上方为上卷取设备，下方为下卷取设备。沿线设备依次包含出口转向辊1、带钢2、卷筒3、助卷器4。
上卷取助卷卷取工艺流程为：
(1)出口转向辊1的摆动伸缩导板摆起、伸出到上卷取位置；
(2)助卷器4进入，其下摆臂抱住卷筒3，助卷器4的助卷皮带包覆卷筒3；
(3)机组联动，出口转向辊1的压辊压下，夹送带钢3经由出口转向辊1的摆动伸缩导板进入助卷器4的助卷皮带与卷筒3之间；
(4)机组继续联动，卷取N圈(N＝5)；
(5)出口转向辊1的摆动伸缩导板缩回、摆下到初始位；
(6)助卷器4的下摆臂打开，退回到初始位；
(7)机组联动进行精整生产。
下卷取助卷卷取工艺流程为：
(1)出口转向辊1的摆动伸缩导板摆起、伸出到下卷取位置；
(2)助卷器4进入，其上摆臂抱住卷筒，助卷器4的助卷皮带包裹卷筒3；
(3)机组联动，出口转向辊1的压辊压下，夹送带钢3经由出口转向辊1的摆动伸缩导板进入助卷器4的助卷皮带与卷筒3之间；
(4)机组继续联动，卷取N圈(N＝5)；
(5)出口转向辊1的摆动伸缩导板缩回、摆下到初始位；
(6)助卷器4的上摆臂打开，退回到初始位；
(7)机组联动进行精整生产。
本发明着重研究带钢精整生产的助卷过程中助卷张力的预设定及控制，以保证带钢紧密贴合到卷筒上，同时保证带钢与卷筒之间以及带钢与已卷取的带钢之间不发生打滑，从而解决助卷后的钢卷内圈溢出问题。
助卷张力预设定计算如下：
为了确定带钢弯曲至目标曲率所需的最小张力，将卷筒与已经卷取完的带钢看成一个整体，如图2所示。
从带钢头部开始逆卷取方向取四分之一单元进行受力分析，根据弹性力学，其水平和竖直方向的受力平衡及力矩平衡可列出平衡方程：
式中：T为带钢张力，单位：N；F为周向力，单位：N；p为外圈带钢受到的均布压应力，单位：MPa；τ为外圈带钢受到的均布摩擦应力，单位：MPa；Mw为A截面的内力矩，单位：Nm；θ为方位角，单位：rad；R为卷筒半径，单位：mm；B为带钢宽度，单位：mm。
由于外圈带钢所受压应力较小，可认为其处于临界滑移状态，则：
τ＝μp (2)
式中：μ为带钢与卷筒间的摩擦系数。
联立式(1)和式(2)可得到：
根据弯曲弹塑性理论，可知内力矩Mw如下：
式中：h为带钢厚度，单位：mm；σs为带钢屈服强度，单位：MPa；ht为弹塑性分界区域的带钢厚度，单位：mm，E为带钢弹性模量，单位：MPa。
联立式(3)和式(4)可得助卷张力最小值Tmin为
为了避免带钢和卷筒之间以及带钢和已卷取带钢之间的打滑现象，助卷张力最大值T1max计算如下：
图3所示的情况是在皮带包覆下，卷取机卷筒上带钢所处的状况及皮带与带钢的受力情况。
带钢在径向的力平衡方程式：
皮带的径向力平衡方程式：
根据式(6)、(7)可得到
式中：Bb为皮带宽度，单位：mm；Tb为皮带张力，单位：N，式中，Ph为油压，MPa；D0、d0为液压缸缸径、杆径，mm；Q为皮带包覆力，单位：MPa；QR为带钢与卷筒间的正压力，单位：MPa。
忽略高次无穷小量，有
当dθ→0时，
考虑到带钢和卷筒间的摩擦，并忽略皮带和带钢间的摩擦，在圆周方向的力平衡方程为：
当dθ→0时，有dT＝μQRBbRdθ
将式(9)代入，得到
根据图4，当带钢头部进入与卷筒包角为θ的C点时，带钢与卷筒的切点B点处张力可根据式(11)得到
经积分可得Tθ＝Tb(eμθ-1) (13)
当带钢头部到达压辊与卷筒的接触点D处时，在压辊力P的作用下，带钢与卷筒的切点B点处的张力为
式中为皮带助卷包角。
从而得到助卷张力最大值T1max：
卷取第一圈时，助卷张力预设定值T1为：
T1＝a(Tmin+T0)+b(T1max+T0) (16)
式中：a、b为加权系数，取a＝0.5、b＝0.5；
T0为助卷皮带包覆卷筒时，卷筒转动阻力，单位：N。
卷取第i圈时(i＝2～N)，带钢已经成圈，靠助卷张力包覆在已卷取得带钢上，助卷张力与设定值Ti可设为：
式中：Tp为助卷完成后的卷取张力设定值，单位：N。
带钢精整机组助卷张力控制方法，以卷取前N圈的助卷张力预设定值Ti(i＝1～N)为控制目标，卷取机采用力矩模式控制，实现助卷张力预设定控制及闭环控制，如图5所示，包含以下步骤：
步骤一：计算卷取第1圈时的助卷张力预设定值T1；
步骤二：计算卷取第i圈时(i＝2～N)的助卷张力预设定值Ti(i＝2～N)；
步骤三：设i＝1；
步骤四：比较卷取机转矩反馈值Tf与助卷张力预设定值Ti的大小，如果Tf-Ti＞ΔT(ΔT为转矩控制精度)，则卷取机实时速度va＝vl-vm，vl为机组速度，vm为控制系统速度激励值，转到步骤四继续执行；
步骤五：比较卷取机转矩反馈值Tf与助卷张力预设定值Ti的大小，如果Tf-Ti＜-ΔT(ΔT为转矩控制精度)，则卷取机实时速度va＝vl+vm，vl为机组速度，vm为控制系统速度激励值，转到步骤五继续执行；
步骤六：判别i＜N是否成立？若成立，令i＝i+1，转到步骤四；否则，转到步骤七；
步骤七：助卷卷取控制结束。
本发明所提出的带钢精整机组助卷张力预设定及控制方法成功应用于某汽车板精整机组。带钢宽度B＝1500mm，厚度h＝1.5mm，屈服强度σs＝430MPa，卷筒半径R＝305mm，助卷皮带包覆卷筒产生的阻力T0＝3000N，卷取张力设定值Tp＝35000N。经计算，助卷过程中，前五圈助卷张力设定值为：35000N。经工程实践，助卷效果良好，生产的钢卷内圈质量完全合格。
本发明综合考虑了助卷时带钢和卷筒之间以及带钢和已卷取带钢之间的打滑现象，保证带钢紧密贴合到卷筒或者已卷取带钢上，以带钢紧密贴合同时不发生打滑为原则，开发了带钢精整机组助卷张力预设定及控制方法，从而解决了助卷后的钢卷内圈溢出问题，显著提高了钢卷合格率。实现了带钢的顺利助卷，解决了助卷后的钢卷内圈溢出问题，大大提高了产品质量。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。