帶鋼重卷檢查機(jī)組自動(dòng)收尾新算法

崔衛(wèi)華，孫亞波，任玉成，劉渭苗，馮沙

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安 710032)

帶鋼重卷檢查機(jī)組自動(dòng)收尾新算法

崔衛(wèi)華，孫亞波，任玉成，劉渭苗，馮沙

(中國重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安 710032)

本文綜合考慮帶鋼重卷檢查機(jī)組工藝布置和卷取下壓輥位置，推導(dǎo)了自動(dòng)收尾長度理論計(jì)算公式。并根據(jù)大量理論計(jì)算結(jié)果，采用切比雪夫算法擬合了高次多項(xiàng)式計(jì)算公式，形成了一種自動(dòng)收尾新算法。該算法簡潔明了，編程簡單，計(jì)算速度快，計(jì)算精度完全能夠滿足工業(yè)要求。

帶鋼;重卷檢查;自動(dòng)收尾;切比雪夫擬合

0 前言

經(jīng)冷軋機(jī)組軋制后的帶鋼，必須經(jīng)過精整處理加工，才能得到高質(zhì)量的合格產(chǎn)品。精整機(jī)組主要進(jìn)行重卷、修邊等工序。

帶鋼重卷檢查機(jī)組一般具備上開卷、下開卷和上卷取、下卷取功能［1-6］。帶鋼卷取完成后，執(zhí)行自動(dòng)收尾。分切剪分切，入、出口卷取下壓輥升起壓在鋼卷上，帶尾通過出口轉(zhuǎn)向輥，卷取機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將帶尾置于某一個(gè)合適位置。最后自動(dòng)卸卷，完成帶鋼精整處理生產(chǎn)。

一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，上卷取時(shí)，自動(dòng)收尾將帶尾置于相當(dāng)4點(diǎn)鐘的指針方向;下卷取時(shí)，自動(dòng)收尾將帶尾置于相當(dāng)8點(diǎn)鐘的指針方向。上述觀點(diǎn)沒有考慮卷取下壓輥壓在鋼卷上的位置，會(huì)導(dǎo)致卷取下壓輥壓不住鋼卷，自動(dòng)收尾失敗;或者卸下鋼卷后，帶尾向下彎曲過大，通過存料鞍座時(shí)，帶尾和存料鞍座干涉。

本文綜合考慮了機(jī)組工藝布置和卷取下壓輥位置，推導(dǎo)了自動(dòng)收尾長度理論計(jì)算公式。并根據(jù)大量計(jì)算結(jié)果，采用切比雪夫算法擬合了高次多項(xiàng)式計(jì)算公式，編程簡單，計(jì)算速度快。

1 工藝布置

自動(dòng)收尾工藝布置如圖1所示，帶尾檢測光電開關(guān)檢測帶尾到達(dá)位置→出口轉(zhuǎn)向輥下輥轉(zhuǎn)向帶鋼→出口轉(zhuǎn)向輥上輥轉(zhuǎn)向帶鋼→入口卷取下壓輥在收尾時(shí)壓住帶鋼→出口卷取下壓輥在收尾時(shí)壓住帶鋼。

上卷取時(shí)，將帶尾控制到出口卷取下壓輥和鋼卷的壓點(diǎn)之間，自動(dòng)收尾長度為從帶尾檢測光電開關(guān)到出口卷取下壓輥和鋼卷壓點(diǎn)之間的帶鋼長度。下卷取時(shí)，將帶尾控制到入口卷取下壓輥和鋼卷的壓點(diǎn)之間，自動(dòng)收尾長度為從帶尾檢測光電開關(guān)到入口卷取下壓輥和鋼卷壓點(diǎn)之間的帶鋼長度。

圖1 自動(dòng)收尾工藝布置圖Fig.1Technical layout for automatic tail end stop

2 上卷取自動(dòng)收尾長度理論計(jì)算

如圖2所示，上卷取時(shí)，自動(dòng)收尾長度L為從帶尾檢測光電開關(guān)到出口卷取下壓輥和鋼卷壓點(diǎn)之間的帶鋼長度，即

圖2 上卷取自動(dòng)收尾長度計(jì)算Fig.2Automatic tail end stop length calculation for up winding

式中，L1為帶尾檢測光電開關(guān)到出口轉(zhuǎn)向輥上輥中心垂線之間的帶鋼長度，L1=1 061.44 mm; L2為出口轉(zhuǎn)向輥上輥中心垂線到帶鋼和出口轉(zhuǎn)向輥上輥切點(diǎn)之間的帶鋼長度;L3為出口轉(zhuǎn)向輥的上輥和鋼卷之間切線長度;L4為帶鋼和鋼卷切點(diǎn)到出口卷取下壓輥和鋼卷壓點(diǎn)之間帶鋼長度。

L2按照下式計(jì)算

式中，a1為出口轉(zhuǎn)向輥上輥圓心到切點(diǎn)連線和中心垂線之間的夾角，rad;d為出口轉(zhuǎn)向輥出口輥直徑，mm。

a1按照下式計(jì)算

L3按照下式計(jì)算:

式中，D為鋼卷直徑，mm。a2按照下式計(jì)算:

計(jì)算出口卷取下壓輥中心到鋼卷中心連線和鋼卷中心垂線之間的夾角a5，rad。根據(jù)三角形余弦定理得到

式中，d1為出口卷取下壓輥直徑，mm;L5為出口卷取下壓輥中心到其上升軌跡線和鋼卷中心垂線交點(diǎn)連線長度，mm。

L5取值范圍為

采用迭代試值法可以求得L5。

出口卷取下壓輥中心到其上升軌跡線和出口卷取下壓輥到鋼卷中心連線夾角a4按照下式計(jì)算

L4按照下式計(jì)算:

3 下卷取自動(dòng)收尾長度理論計(jì)算

如圖3所示，下卷取時(shí)，自動(dòng)收尾長度L為從帶尾檢測光電開關(guān)到入口卷取下壓輥和鋼卷壓點(diǎn)之間的帶鋼長度，即

式中，L1為帶尾檢測光電開關(guān)到出口轉(zhuǎn)向輥出口輥切點(diǎn)之間的帶鋼長度，L1=905.72 mm;L2為出口轉(zhuǎn)向輥出口輥和帶鋼兩個(gè)切點(diǎn)之間的帶鋼長度;L3為出口轉(zhuǎn)向輥出口輥和鋼卷之間切線長度;L4為帶鋼和鋼卷切點(diǎn)到入口卷取下壓輥和鋼卷壓點(diǎn)之間帶鋼長度。

圖3 下卷取自動(dòng)收尾長度計(jì)算Fig.3Automatic tail end stop length calculation for down winding

L2按照下式計(jì)算:

式中，a1為出口轉(zhuǎn)向輥出口輥圓心到切點(diǎn)兩連線之間的夾角，rad。

a1按照下式計(jì)算:

式中，a2為鋼卷到出口轉(zhuǎn)向輥出口輥切線和鋼卷中心到出口轉(zhuǎn)向輥出口輥中心連線夾角，rad; a3為鋼卷中心到出口轉(zhuǎn)向輥上輥中心連線和水平線夾角，rad，a3=arctga5為出口轉(zhuǎn)向輥下輥和出口輥中心連線與水平線之間夾角，rad，a5=arctga6為出口轉(zhuǎn)向輥下輥和出口輥中心連線與出口輥中心到帶鋼與出口輥切點(diǎn)連線夾角，rad，a6=

L3按照下式計(jì)算

式中，D為鋼卷直徑，mm。

a2按照下式計(jì)算

下面計(jì)算入口卷取下壓輥中心到鋼卷中心連線和鋼卷中心垂線之間的夾角a7，rad。

根據(jù)三角形余弦定理得到

式中，d1為入口卷取下壓輥直徑，mm;L5為入口卷取下壓輥中心到其上升軌跡線和鋼卷中心垂線交點(diǎn)連線長度，mm。

L5取值范圍為

采用迭代試值法可以求得L5。

入口卷取下壓輥中心到其上升軌跡線和鋼卷中心垂線交點(diǎn)連線和入口卷取下壓輥到鋼卷中心連線夾角a8按照下式計(jì)算

4 自動(dòng)收尾長度擬合計(jì)算

上述自動(dòng)收尾長度理論計(jì)算公式精度高，缺點(diǎn)是公式較繁瑣，計(jì)算過程復(fù)雜，編程工作量大，且計(jì)算速度慢，不適合工業(yè)應(yīng)用。因此，本文在大量理論計(jì)算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用切比雪夫算法擬合了高次多項(xiàng)式計(jì)算公式，公式簡潔，編程簡單，計(jì)算速度快，計(jì)算精度完全能夠滿足工業(yè)要求。

自動(dòng)收尾長度L按照下式計(jì)算

式中，b0、b1、b2、b3、b4為四次多項(xiàng)式系數(shù)，采用切比雪夫算法編程擬合得到;Dmax為鋼卷最大直徑。

5 算例

采用本文所提出的自動(dòng)收尾新算法對(duì)某精整機(jī)組進(jìn)行計(jì)算。本機(jī)組參數(shù)為:鋼卷直徑為φ800～φ2 200 mm，出口轉(zhuǎn)向輥下輥和出口輥直徑為φ600 mm，入、出口卷取下壓輥直徑為φ200mm。根據(jù)大量理論計(jì)算數(shù)據(jù)采用切比雪夫算法擬合得到計(jì)算公式為:

上卷取時(shí)，自動(dòng)收尾長度L按照下式計(jì)算:

下卷取時(shí)，自動(dòng)收尾長度L按照下式計(jì)算:

采用式(22)、(23)編程進(jìn)行自動(dòng)收尾控制，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，收尾精度≤±25 mm，完全達(dá)到雙方簽訂的收尾精度≤±70 mm。

6 結(jié)論

本文綜合考慮機(jī)組工藝布置和卷取下壓輥位置，推導(dǎo)了自動(dòng)收尾長度理論計(jì)算公式。并根據(jù)大量理論計(jì)算結(jié)果，采用切比雪夫算法擬合了高次多項(xiàng)式計(jì)算公式，形成了一種自動(dòng)收尾新算法。該算法簡潔明了，編程簡單，計(jì)算速度快，計(jì)算精度完全能夠滿足工業(yè)要求。

［1］周國盈.帶鋼精整設(shè)備［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1979.

［2］譚剛，陳兵.冷軋后處理機(jī)組張力輥設(shè)計(jì)計(jì)算［J］.四川冶金，2010(2).

［3］孫亞波，張康武.穩(wěn)定夾送輥理論設(shè)計(jì)方法［J］.重型機(jī)械，2012(6).

［4］孫亞波，張康武.帶鋼高速精整線開卷和卷取動(dòng)態(tài)分析［J］.重型機(jī)械，2013(6).

［5］任玉成.拉伸彎曲矯直機(jī)基本工藝參數(shù)的確定［J］.四川冶金，2005(2).

［6］連家創(chuàng).矯直理論與卷取原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［7］孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

［8］劉玠.冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2006.

［9］李慶揚(yáng)，王能超，易大義.數(shù)值分析［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2001.

［10］李健，顏云輝.基于薄板固有特性的連續(xù)熱鍍鋅帶鋼表面質(zhì)量在線控制［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011 (2).

［11］宋建芝.帶鋼精整機(jī)組張力輥計(jì)算和設(shè)計(jì)研究［J］.冶金設(shè)備，2009(1):43-47.

［12］嚴(yán)興華.彩色涂層鋼板生產(chǎn)線的帶鋼懸垂度控制［D］.廣東:廣東工業(yè)大學(xué)，2007.

New calculation method of automatic tail end stop for strip recoiling and inspection line

CUI Wei-hua，SUN Ya-bo，REN Yu-cheng，LIU Wei-miao，F(xiàn)ENG Sha
(China national heavy machinery research institute Co.，Ltd.，Xi'an 710032，China)

A theoretic calculation formula for automatic tail end stop length is obtained with the consideration of technical layout of strip recoiling and inspection line and position of pressing roll of tension reel.According to large numbers of theoretic calculation results，the calculation formula of high order polynomials is fitting with Chebyshev algorithm，while a new calculation method for automatic tail end stop is formed.This method is concise，simple to program，calculation speed is fast，and calculation precision is satisfied for industrial requirement.

strip;recoiling and inspection;automatic tail end stop;Chebyshev algorithm

TG333

A

1001-196X(2014)06-0005-04

2014-06-06;

2014-08-21

2013年度科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2013EG119117);陜西省2013年重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2013ZKC(二)01-01)

崔衛(wèi)華(1967-)，男，高級(jí)工程師，從事板帶精整及處理專業(yè)研究與設(shè)計(jì)工作。