臥式活套中帶鋼跑偏問題分析與改善措施

曹 曦

(西馬克帶鋼技術(shù)(上海)有限公司 上海200083)

臥式活套中帶鋼跑偏問題分析與改善措施

曹 曦①

(西馬克帶鋼技術(shù)(上海)有限公司 上海200083)

針對帶鋼連續(xù)生產(chǎn)線上臥式活套中無法避免的帶鋼跑偏問題，對各種不同機(jī)組中臥式活套中帶鋼的跑偏問題進(jìn)行分析研究，提出了多種不同的應(yīng)對措施，通過在臥式活套中改進(jìn)設(shè)計(jì)或增加設(shè)備，在現(xiàn)場運(yùn)行過程中切實(shí)可行的緩解了帶鋼跑偏問題，為今后進(jìn)行臥式活套設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

帶鋼連續(xù)生產(chǎn)線 臥式活套 帶鋼跑偏

1 前言

在帶鋼連續(xù)生產(chǎn)線上，各種各樣的原因都可能引起板帶運(yùn)行跑偏，例如產(chǎn)品本身的缺陷(如板帶的彎曲，變形)或工藝加工過程中產(chǎn)生誤差(如對邊不良，卷輥只有一邊承載或受壓，處理過程中受熱，受冷不均等)。帶鋼跑偏不僅會影響帶鋼質(zhì)量，甚至?xí)p壞機(jī)組設(shè)備，對機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響。特別是近些年，隨著涂鍍、連退及酸連軋機(jī)組的發(fā)展，帶鋼長度更長，厚度更薄，機(jī)組速度更高，為了保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行及獲得邊部整齊的帶卷，對帶鋼的跑偏進(jìn)行研究和控制顯得越來越重要。

在帶鋼連續(xù)生產(chǎn)線上尤其是酸洗、連退機(jī)組中，臥式活套被廣泛用于儲存帶鋼，保證機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。由于臥式活套中帶鋼的水平跨距較長，帶鋼跑偏問題成為臥式活套中無法避免的難題，迫使許多機(jī)組被迫采用降低生產(chǎn)線速度、減少薄帶產(chǎn)量以及縮短活套行程等措施來緩解帶鋼跑偏問題。

通過分析研究各種不同機(jī)組臥式活套中帶鋼的跑偏問題，提出了多種不同的應(yīng)對措施，在現(xiàn)場運(yùn)行過程中切實(shí)可行的緩解了帶鋼跑偏問題，為今后進(jìn)行臥式活套設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

2 帶鋼在臥式活套中跑偏原因分析

2.1 臥式活套中設(shè)備的整體布置

臥式活套主要用于在活套前后帶鋼速度不等時(shí)儲存帶鋼，保證機(jī)組的連續(xù)工作，尤其是發(fā)生生產(chǎn)線入口或出口需要降速或停機(jī)進(jìn)行操作而工藝段則需要以正常速度繼續(xù)運(yùn)行的情況[1]。圖1為一酸連軋機(jī)組入口活套的整體布置圖，該活套為4層帶鋼水平活套。

從圖中可以看到，帶鋼在臥式活套中主要與各種輥?zhàn)咏佑|，活套外輥?zhàn)訛閹?qū)動(dòng)輥，活套內(nèi)輥?zhàn)咏詾闊o驅(qū)動(dòng)輥，在摩擦力作用下由帶鋼帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。通常活套前后及中部都有糾偏設(shè)備，如圖中1、3、4所示，但是都是在活套外部。由于活套車不斷運(yùn)動(dòng)且空間狹小緊湊，糾偏設(shè)備很難安裝在活套內(nèi)部，這使得臥式活套內(nèi)帶鋼跑偏問題難以徹底避免。

圖1 入口活套整體布置圖

2.2 帶鋼在臥式活套中的跑偏原因

由于帶鋼在臥式活套中主要與各種輥?zhàn)咏佑|，且輥?zhàn)佣际窃谀Σ亮ψ饔孟卤粍?dòng)的跟隨帶鋼轉(zhuǎn)動(dòng)。從力的角度來看，假如帶鋼受到的橫向擾動(dòng)力不足以克服帶鋼與輥?zhàn)又g的橫向靜摩擦力時(shí)，帶鋼是不會跑偏的。而一旦橫向擾動(dòng)力超過了橫向靜摩擦力，帶鋼將偏離原來的運(yùn)動(dòng)中心線，發(fā)生跑偏，直到橫向擾動(dòng)力再次小于橫向靜摩擦力，帶鋼停止跑偏，在新的中心線上繼續(xù)運(yùn)動(dòng)[2]。

從帶鋼張力的角度來分析，當(dāng)帶鋼的張力分布發(fā)生變化，張力形成的合力與帶鋼幾何中心線不能重合。此時(shí)，帶鋼相當(dāng)于對輥?zhàn)邮┘恿艘粋€(gè)偏轉(zhuǎn)力矩。由于輥?zhàn)觾啥搜剌S向是固定的，輥?zhàn)颖銜т摦a(chǎn)生一個(gè)反力矩，使得帶鋼有發(fā)生偏移的趨勢[3]。

2.3 帶鋼在臥式活套中的運(yùn)動(dòng)情況

當(dāng)由于工藝要求，活套前帶鋼開始降速或活套后帶鋼開始加速時(shí)，活套車加速開始運(yùn)動(dòng)，活套開始充套直至速度恢復(fù)平衡；活套前帶鋼開始加速或活套后帶鋼開始降速時(shí)，活套車反向加速開始運(yùn)動(dòng)，活套開始放套直至速度恢復(fù)平衡。

因此，活套前后帶鋼速度差越大，活套小車的運(yùn)行速度就越大；活套內(nèi)帶鋼速度越高，活套內(nèi)與帶鋼接觸的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)的就越快；同時(shí)，生產(chǎn)線入口或出口降速或停機(jī)時(shí)間越長，需要的活套儲量就越大，活套小車的行程就越長。此時(shí)，帶鋼在水平活套內(nèi)就越容易發(fā)生跑偏。

3 不同工況下帶鋼跑偏時(shí)的應(yīng)對措施

由于活套內(nèi)帶鋼的速度、張力以及活套行程的不同，不同工況下帶鋼跑偏的程度就會各不相同。從設(shè)備制造成本上考慮，不同程度的跑偏需要不同的應(yīng)對措施。

3.1 將轉(zhuǎn)向輥加工成凸度輥

對于速度不快(活套小車速度小于50m/min)、行程不長(活套行程小于100m)的活套，應(yīng)對帶鋼跑偏最基本的措施就是將活套小車上帶鋼轉(zhuǎn)向輥的輥型加工成帶凸度的形式，這種方法可以增加帶鋼的自糾偏效果，以彌補(bǔ)活套內(nèi)部無糾偏裝置的不足。

圖2 凸度輥

對比兩種不同的凸度輥形式，經(jīng)過試驗(yàn)證明，在凸度相同的情況下，單錐度凸度輥(圖2a)的防跑偏效果比圓弧凸度輥(圖2b)好，因?yàn)閱五F度凸度輥中間部分與帶鋼的接觸面積比圓弧凸度輥的接觸面積大，可以產(chǎn)生更大的摩擦力糾正帶鋼跑偏。

3.2 將帶鋼托輥放置成一定角度

當(dāng)活套速度較快(活套小車速度大于50m/min)、行程較長(活套行程大于100m)時(shí)，在將轉(zhuǎn)向輥加工成凸度輥的基礎(chǔ)上，還需要將帶鋼托輥拆分成兩根，并且將兩帶鋼托輥在水平方向(帶鋼運(yùn)行方向)傾斜布置，如圖3所示，帶鋼沿圖示方向運(yùn)行，則有自動(dòng)對中的作用，可用在活套擺動(dòng)門或地輥上。

當(dāng)帶鋼從輥面上經(jīng)過時(shí)，依靠摩擦力帶動(dòng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間為滾動(dòng)摩擦，輥?zhàn)邮芰θ鐖D3所示。由于輥?zhàn)觾A角的存在，帶鋼對輥?zhàn)拥哪Σ亮輥1分解為沿輥?zhàn)訌较驇?dòng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)的力F輥1徑向和沿輥?zhàn)虞S向的力F輥1軸向。由于輥?zhàn)虞S向固定，靜摩擦力F輥1軸向使輥?zhàn)訉т摦a(chǎn)生一個(gè)反作用力，即圖中F1。

圖3 帶傾角的輥?zhàn)硬贾檬疽鈭D

在帶鋼與兩托輥的接觸線上各取一點(diǎn)，這兩點(diǎn)的受力情況如圖3所示。圖中F1牽，F(xiàn)2牽為帶鋼所受牽引力，F(xiàn)1阻，F(xiàn)2阻為帶鋼所受阻力，F(xiàn)1，F(xiàn)2為輥?zhàn)訉т摰妮S向反作用力。F1，F(xiàn)2可以沿帶鋼寬度方向和長度方向分解為F1x，F(xiàn)1y和F2x，F(xiàn)2y。當(dāng)帶鋼在運(yùn)行中心線上時(shí)，F(xiàn)1=F2，以此F1x=F2x。

當(dāng)帶鋼發(fā)生跑偏，假如偏向輥?zhàn)?一側(cè)，帶鋼與輥?zhàn)?輥面的接觸面積增加，因此正壓力增大，進(jìn)而導(dǎo)致摩擦力增大，使得F1>F2，因此F1x>F2x，在帶鋼寬度方向產(chǎn)生附加分力ΔF=F1x-F2x，推動(dòng)帶鋼向輥?zhàn)?方向移動(dòng)，以此達(dá)到自動(dòng)定心的作用。

需注意若帶鋼反方向運(yùn)行，則會增大帶鋼的跑偏，故應(yīng)用該輥?zhàn)訒r(shí)，要保證輥?zhàn)觾A角方向與帶鋼運(yùn)行方向的關(guān)系與圖3所示的情況相同，以免產(chǎn)生相反的效果。

同時(shí)需要指出的是，自動(dòng)對中輥組的對中能力是有限的，若跑偏量及跑偏速度較大時(shí)，則不能保持良好的對中效果。故而在機(jī)組中布置自動(dòng)對中輥組的主要作用是抑制帶鋼的跑偏而不是糾偏。

3.3 增加傳感器檢測帶鋼跑偏

由于空間限制，糾偏設(shè)備無法安裝在活套內(nèi)部，只能安裝在帶鋼進(jìn)出活套的位置。但是，在活套內(nèi)部可以增加傳感器來檢測帶鋼側(cè)邊的位置，一旦發(fā)生檢測到帶鋼跑偏量超出允許范圍，便可以給活套前后的糾偏輥發(fā)送信號進(jìn)行糾偏。

圖4為在入口托輥頂部安裝了紅外線光柵傳感器的示意圖，可以同時(shí)檢測下面四層帶鋼，在現(xiàn)場運(yùn)行過程中取得了很好的預(yù)防跑偏效果。

圖4 安裝有紅外線光柵傳感器設(shè)備示意圖

3.4 在活套小車上增加糾偏設(shè)備

當(dāng)活套速度很快(活套小車速度大于100m/min)、行程很長(活套行程大于150m)時(shí)，前述抑制帶鋼跑偏的措施都無法解決問題，此時(shí)只能通過在活套內(nèi)部增加糾偏設(shè)備來減小帶鋼跑偏量。雖然這種措施大幅增加了加工制造成本，卻是解決活套內(nèi)部帶鋼跑偏問題最有效的方法。目前想要在活套內(nèi)部添加糾偏設(shè)備就必須面對兩個(gè)問題：活套內(nèi)部空間緊湊，以及如何給糾偏設(shè)備通過電力供應(yīng)和信號傳輸。圖5為安裝有糾偏設(shè)備的活套小車整體布置圖。

相比于其他活套小車而言，這臺活套小車在長度方向上加長了很多，圖中2和3組成的糾偏系統(tǒng)需要一定的空間，而糾偏設(shè)備8也必須拉開空間以滿足糾偏需要的帶鋼包角，而對于6液壓動(dòng)力系統(tǒng)及控制面板，只有在小車的尾部才有足夠的空間安放，又增加了小車的長度。

圖5 帶糾偏設(shè)備的活套小車整體布置圖

圖6 電力供應(yīng)和信號傳輸系統(tǒng)布置圖

圖5中的輥?zhàn)?和5需要加工成凸度輥，原因如前面3.1所述，而輥?zhàn)?和8由于糾偏的需要?jiǎng)t必須加工成無凸度輥。

糾偏設(shè)備的動(dòng)力來自小車尾部的液壓動(dòng)力系統(tǒng)，而糾偏系統(tǒng)控制信號和反饋信號則需要與活套外部進(jìn)行通訊。由于活套小車必須進(jìn)行長距離的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，只能通過非接觸式滑線系統(tǒng)來給糾偏設(shè)備提供電力和傳輸信號。圖6為電力供應(yīng)和信號傳輸系統(tǒng)布置圖。

圖6中的滑線系統(tǒng)包含兩條導(dǎo)軌，一條導(dǎo)軌4給糾偏系統(tǒng)提供電力，另一條導(dǎo)軌5進(jìn)行信號傳輸，兩條導(dǎo)軌通過3固定在橫梁2上，貫穿整個(gè)活套小車行程。雙信號收集裝置6通過支架7固定在活套小車上，可以沿著這兩條軌道滑動(dòng)，但是并不與軌道接觸?；钐仔≤嚿系募m偏裝置、液壓動(dòng)力系統(tǒng)和控制面板通過電纜與6相連，通過6與外面進(jìn)行通信。

通過上述兩種措施，解決了空間緊湊和信號傳輸?shù)膯栴}，使在臥式活套內(nèi)部安裝糾偏輥的計(jì)劃變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，真正的由抑制帶鋼跑偏轉(zhuǎn)變?yōu)榧m偏。在活套小車上安裝了糾偏設(shè)備以后，臥式活套設(shè)計(jì)突破了由帶鋼跑偏問題帶來的速度和行程上的瓶頸，為制造出更快、更長的活套提供了依據(jù)。

4 總結(jié)

針對不同工況下的臥式活套帶鋼跑偏問題，進(jìn)行了分析和研究，根據(jù)帶鋼速度、張力以及活套行程的不同，通過改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)或增加設(shè)備的方式，提出了四種解決帶鋼跑偏問題的措施，并且都在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中取得了很好的效果。帶鋼跑偏是一個(gè)在臥式活套的設(shè)計(jì)、加工制造、現(xiàn)場運(yùn)行等過程中都無法避免的問題，希望通過本文的分析與闡述，能夠給將來的臥式活套設(shè)計(jì)提供依據(jù)和方向。

[1]鄒家祥主編．軋鋼機(jī)械．北京：冶金工業(yè)出版社，2000．

[2]唐英．帶鋼跑偏控制．重型機(jī)械科技，2007(3)：4-6．

[3]陳勇，李天石．帶材的糾偏控制．機(jī)床與液壓,2003(6)：190-192．

·業(yè)界動(dòng)態(tài)·

殼牌“得力士液壓油”為8萬t大型模鍛壓機(jī)提供潤滑保護(hù)

8萬t大型模鍛壓機(jī)是一個(gè)集機(jī)、電、液為一體的巨型系統(tǒng)工程，它可運(yùn)送71MPa的壓力。它對壓機(jī)過濾閥器的靈敏度要求越高，對于潤滑油的品質(zhì)要求也就越高。在重壓之下，潤滑油的粘度會增加,形成阻力并造成過量消耗。殼牌團(tuán)隊(duì)通過采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對比論證，并模擬出了設(shè)備投產(chǎn)后液壓室的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),成功開發(fā)出滿足要求的潤滑油,得力士液壓油為8萬t大型模鍛壓機(jī)提供潤滑保護(hù)。

AnalysisandSolutionsofStripRunningDeviationinHorizontalLooper

Cao Xi

(SMS Siemag Strip Processing Lines (Shanghai) Co., Ltd. Shanghai 200083)

The problem of strip running deviation was aways exist and inevitable in horizontal loopers for strip continuous processing lines. Aiming at this problem, a series of research and analysis have been carried out regarding to different kinds of strip processing units. A variety of different solutions have been put forward correspondingly. By adding or improving equipments in the horizontal looper, the strip running deviation problem is practically solved during field operating. Reliable experience is provided to support the design of horizontal loopers in future.

Strip continuous processing line Horizontal looper Strip running deviation

曹曦，男，1984年出生，畢業(yè)于北京科技大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事鋼帶連續(xù)處理工藝、設(shè)備研究等工程設(shè)計(jì)

TG333.7

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.017

2014-05-16)