冷軋機(jī)組帶鋼糾偏研究

葉 紅，韓俊平

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院，湖北武漢430205)

在帶鋼生產(chǎn)加工過(guò)程中，鋼卷通常要被打開(kāi)，進(jìn)行加工處理之后，大多數(shù)情況下又會(huì)被重新卷成鋼卷，以便運(yùn)輸。在這過(guò)程中，由于帶鋼板形不平直，或者設(shè)備上某些原因，例如輥?zhàn)拥闹圃炀鹊?、安裝偏差等，均會(huì)使得帶鋼出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，影響到正常生產(chǎn)，因此跑偏控制，成為了各種冷軋機(jī)組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。

1 跑偏原因分析

帶鋼的縱向移動(dòng)，主要依賴于傳動(dòng)機(jī)械和板帶糾偏裝置，來(lái)確保板帶平穩(wěn)的穿過(guò)加工線而不產(chǎn)生側(cè)移，不對(duì)帶鋼及加工生產(chǎn)線造成損傷或損壞。不規(guī)則的帶鋼經(jīng)過(guò)，會(huì)造成纏繞不良的金屬進(jìn)入系統(tǒng)，或者由于處理設(shè)備的反作用力而使帶鋼受損，板型改變，受影響的帶鋼可能會(huì)有縱向彎曲，或表面不平，如長(zhǎng)邊、中心變長(zhǎng)、偏移或者帶鋼回轉(zhuǎn)粘連。在加工處理過(guò)程中，造成導(dǎo)向輥和驅(qū)動(dòng)輥的不平整纏繞，未對(duì)準(zhǔn)擠壓輥的單側(cè)操作、錐面、擦傷滾筒、不規(guī)則的加熱冷卻處理，和其他許多的相關(guān)影響。在系統(tǒng)中這些錯(cuò)誤動(dòng)作的傳播，是因?yàn)楹椭本€上的下一個(gè)輥?zhàn)又g產(chǎn)生了夾角，因而使板帶向一側(cè)偏移。

實(shí)踐應(yīng)用表明，跑偏是客觀存在的，是不可避免的。問(wèn)題在于如何采用一些措施來(lái)減少帶鋼跑偏，使跑偏量控制在允許范圍之內(nèi)，滿足生產(chǎn)工藝要求[2]。

從理論上而言，控制跑偏首先應(yīng)該精確計(jì)算帶鋼運(yùn)行時(shí)的最大跑偏量，但是這是一個(gè)非常難以準(zhǔn)確計(jì)算的數(shù)據(jù)。因?yàn)閹т摰呐芷饕?，是帶鋼本身的板形和機(jī)械設(shè)備的安裝誤差造成的，而很多邊界條件是難以確定的。在實(shí)際中，主要通過(guò)不斷的實(shí)踐應(yīng)用總結(jié)而來(lái)。

帶鋼跑偏主要由下列因素決定：自由的未導(dǎo)向距離，板帶的張力，材料特性，板帶運(yùn)行的速度，以及機(jī)械設(shè)備的安裝誤差。因此，為了減小跑偏，相應(yīng)地可以采取如下措施：

(1)保證輥?zhàn)訄A柱表面制造精度和機(jī)組安裝精度。問(wèn)題在于，即使保證了安裝精度，待投產(chǎn)以后，由于基礎(chǔ)下沉和輥面磨損等因素，也會(huì)直接影響初安裝精度和初制造精度，因此這種方法不能從根本上解決問(wèn)題。

(2)增大張力。這樣可以減少帶材跑偏，但是不能完全消除。由于張力增大，使設(shè)備重量增大，投資也相應(yīng)地增大。

(3)放寬輥?zhàn)虞伱鎸挾?。這樣可以達(dá)到粗定心，但是不經(jīng)濟(jì)。

(4)降低機(jī)組速度。機(jī)組速度過(guò)低直接影響生產(chǎn)效率。

但這些措施在實(shí)際應(yīng)用中，不是十分理想，經(jīng)濟(jì)效果差。實(shí)際應(yīng)用中通常采用電子液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行糾偏，例如在軋機(jī)機(jī)組對(duì)開(kāi)卷機(jī)橫向調(diào)節(jié)使用糾偏系統(tǒng)，在機(jī)組中設(shè)置若干糾偏輥。

2 電液控制系統(tǒng)原理

帶鋼糾偏系統(tǒng)，主要使用非接觸的測(cè)量裝置，模擬式或者數(shù)字式、光電式感應(yīng)式的測(cè)量系統(tǒng)，掃描板帶邊緣位置，對(duì)邊測(cè)量裝置使用一個(gè)傳感器，測(cè)量并計(jì)算出帶鋼邊緣的位置；對(duì)中測(cè)量裝置使用兩個(gè)傳感器，分別測(cè)量帶鋼的兩個(gè)邊緣，兩個(gè)傳感器的測(cè)量值之差，即是帶鋼中心位置偏差，兩個(gè)傳感器的測(cè)量值之和，即是帶鋼寬度值。糾偏控制器比較當(dāng)前值和設(shè)定值，并計(jì)算其偏差，控制放大器輸出信號(hào)，經(jīng)功率放大器轉(zhuǎn)換成電液伺服閥要求的范圍，伺服閥控制液壓油的比例流動(dòng)(大小、方向)到伺服油缸，這種由電子到液壓的轉(zhuǎn)化過(guò)程，是必要的，從而產(chǎn)生足夠的控制力矩，以快速移動(dòng)設(shè)備。伺服控制是一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程。

圖1 帶鋼糾偏系統(tǒng)示意圖

3 開(kāi)卷機(jī)糾偏系統(tǒng)

使用電子液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)帶鋼偏離預(yù)期位置時(shí)，偏移量被測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量出來(lái)，經(jīng)過(guò)放大傳輸給電子控制裝置，控制裝置輸出有規(guī)律的電子液壓控制閥的調(diào)制信號(hào)到電液伺服閥，驅(qū)動(dòng)伺服油缸，使開(kāi)卷機(jī)橫向移動(dòng)，保持帶鋼在測(cè)量系統(tǒng)的指定范圍內(nèi)[3]。

開(kāi)卷機(jī)附近有大量的輔助設(shè)備，不可避免地使測(cè)量系統(tǒng)安裝在固定導(dǎo)向輥后面，測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)整過(guò)程因而產(chǎn)生時(shí)間延遲，這將極大的影響閉環(huán)的穩(wěn)定性，尤其是帶鋼低速時(shí)。針對(duì)這種現(xiàn)象，采用時(shí)間差補(bǔ)償技術(shù)，可以在控制回路中解決不同速度的帶鋼的控制偏差及卷筒的位置調(diào)節(jié)。通過(guò)電液伺服閥及通過(guò)伺服油缸驅(qū)動(dòng)開(kāi)卷機(jī)，使卷筒橫向移送，有效地防止了跑偏現(xiàn)象。

測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)的帶鋼位置與設(shè)定值的偏差，在帶鋼位置控制器中計(jì)算出來(lái)，傳遞到位置調(diào)節(jié)的PID控制器上。其中，比例控制的部分，直接作用在位置控制器上，以矯正帶鋼位置。經(jīng)過(guò)測(cè)量導(dǎo)向輥的轉(zhuǎn)速，計(jì)算帶鋼速度(也可以由機(jī)組PLC提供)，控制偏差和帶鋼速度的乘積傳送到控制器的積分部分和微分部分。積分和微分的時(shí)間常數(shù)，由帶鋼從調(diào)節(jié)裝置到測(cè)量裝置的時(shí)間差確定。需要注意的是，由于存在控制系統(tǒng)的建立時(shí)間以至于瞬態(tài)的誤差無(wú)法很好地糾正，死區(qū)時(shí)間的增加和調(diào)節(jié)裝置到測(cè)量裝置的距離成正比，這個(gè)距離過(guò)遠(yuǎn)會(huì)使動(dòng)態(tài)控制品質(zhì)惡劣。

4 糾偏輥

糾偏設(shè)備要產(chǎn)生足夠的力矩，改變帶鋼的位置，但又不影響帶鋼質(zhì)量，糾偏控制器比較當(dāng)前值和設(shè)定值，并計(jì)算其偏差，控制放大器輸出信號(hào)，經(jīng)功率放大器轉(zhuǎn)換成電液伺服閥要求的范圍，伺服閥控制液壓油的比例流動(dòng)到伺服油缸，從而產(chǎn)生足夠的控制力矩以快速移動(dòng)設(shè)備。

隨著帶鋼生產(chǎn)線不斷向連續(xù)化、高速化發(fā)展，對(duì)于帶鋼糾偏設(shè)備提出了更高的要求。根據(jù)機(jī)械設(shè)備狀況、工藝條件及材料的性能，在生產(chǎn)線上設(shè)置若干糾偏輥。因此糾偏輥的結(jié)構(gòu)和尺寸都必須是最優(yōu)化設(shè)計(jì)的，除了必須考慮帶鋼寬度、厚度、質(zhì)量、可用空間位置、安裝連接件及帶鋼速度的影響，還要考慮溫度等環(huán)境因素[4]。在各種條件下，當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)，必須確認(rèn)它施加在帶鋼邊緣的力足夠，并且小于該材料的屈服強(qiáng)度。糾偏設(shè)備是為了使帶鋼順利通過(guò)生產(chǎn)線，一般情況下帶鋼的對(duì)中精度有±10 mm就足夠了；在圓盤(pán)剪和縱剪的入口必須有很高的精度，通常要求達(dá)到±1～1.5 mm，這是為了提高成材率，需要在廢邊不斷裂的情況下，盡量減小剪邊量。

比例動(dòng)作糾偏輥?zhàn)?，是糾偏輥中應(yīng)用較為廣泛的一種，主要用于安裝位置較為狹窄的場(chǎng)合下，糾偏輥架的活動(dòng)支架以進(jìn)帶側(cè)中心附近的支點(diǎn)為圓心，而移動(dòng)出帶側(cè)。測(cè)量裝置檢測(cè)到鋼帶中心位置的偏差，電控器通過(guò)伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓油缸，推動(dòng)糾偏輥旋轉(zhuǎn)，而使帶鋼最終沿設(shè)定位置運(yùn)行。帶鋼調(diào)整行程與糾偏輥活動(dòng)機(jī)架范圍成比例關(guān)系。進(jìn)帶方向始終和糾偏輥旋轉(zhuǎn)平面始終成90°，測(cè)量裝置、液壓缸調(diào)整設(shè)備固定安裝在糾偏輥架的出帶位置。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)冷軋機(jī)組中的跑偏控制，做了深入研究，提出了一些帶鋼運(yùn)行中糾偏的措施，分析了各種設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性，并提出了提高可靠性的設(shè)計(jì)方案。

[1]謝忠亮.帶鋼的“跑偏”及糾正[J].本溪冶金高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003，(2)：14-16.

[2]習(xí)中革，王永亮.立式還原退火爐爐內(nèi)對(duì)中糾偏系統(tǒng)[J].軋鋼，2005，(6)：42-44.

[3]歐陽(yáng)克誠(chéng).轉(zhuǎn)向單輥糾偏裝置糾偏效果分析[J].重型機(jī)械，2000，(2)：1-4.

[4]方勝年.新型帶材自動(dòng)糾偏裝置的研制[J].武鋼技術(shù)，2001，(5)：29-32.