帶鋼自動(dòng)糾偏原理研究及應(yīng)用

肖力子 張康

摘 要：文章結(jié)合連續(xù)帶鋼生產(chǎn)設(shè)備及工藝特點(diǎn)，分析了帶鋼跑偏的原因。介紹了帶鋼生產(chǎn)中的自動(dòng)糾偏系統(tǒng)，通過分析其中原理，建立相應(yīng)的糾偏數(shù)學(xué)模型，并分析了各類糾偏形式的糾偏特點(diǎn)及效果。最后通過對某1320mm直接軋制退火酸洗機(jī)組中的糾偏應(yīng)用進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了各種常用糾偏形式的應(yīng)用條件。

關(guān)鍵詞：糾偏對中；CPC；跑偏；電液伺服

引言

在連續(xù)帶鋼生產(chǎn)中，帶鋼的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行是作業(yè)效率和質(zhì)量的保證。如何在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中對跑偏帶鋼進(jìn)行糾偏控制已成為連續(xù)帶鋼生產(chǎn)的重要課題。

1 帶鋼跑偏原因分析

帶鋼運(yùn)行中產(chǎn)生跑偏有多方面的原因：（1）帶鋼質(zhì)量缺陷。如板形、板凸度缺陷，帶鋼焊接不齊，表面光潔度不均等，會(huì)在張力運(yùn)行中造成側(cè)向力或螺旋升角導(dǎo)致帶鋼跑偏[1]。（2）設(shè)備制造安裝。如運(yùn)行輥?zhàn)又圃彀惭b精度差，磨損不均導(dǎo)致帶鋼向一側(cè)滑移。（3）工藝因素。如不均勻軋制、受熱不均或張力波動(dòng)等。

在帶鋼糾偏中使用最廣泛的是光電伺服糾偏系統(tǒng)（見圖1），即CPC/EPC系統(tǒng)。其對中度高，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)糾偏系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制[2]。

圖1 板帶自動(dòng)糾偏系統(tǒng)

2 帶鋼糾偏原理研究

帶鋼運(yùn)行中，如果前進(jìn)方向與輥?zhàn)虞S線不垂直，輥?zhàn)有D(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生對帶鋼的橫向摩擦力，產(chǎn)生螺旋卷取效應(yīng)，使帶鋼橫向移動(dòng)，即跑偏（見圖2）。

圖2 帶鋼的跑偏過程

跑偏公式[3]：

C=K·L·tan？琢 （1）

式中：C-跑偏量，mm；K-跑偏系數(shù)；L自由帶鋼長度，mm；？琢-跑偏角，度。

3 幾種自動(dòng)糾偏系統(tǒng)

根據(jù)糾偏形式的不同，實(shí)際應(yīng)用中形成了三種基本糾偏方式。

3.1 比例糾偏輥系統(tǒng)

在工作空間狹小處經(jīng)常應(yīng)用比例糾偏輥（P型糾偏輥），其原理是通過糾偏輥框架以進(jìn)帶平面上的一點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使帶鋼能夠側(cè)向移動(dòng)（見圖3）。

圖3 比例糾偏輥（P型糾偏輥）

其糾偏能力：

±？啄=L0·sin？茁 （2）

式中，？啄-糾偏調(diào)整量，mm；L0-入帶自由長度，mm；？茁-糾偏擺動(dòng)角，度。

當(dāng)擺動(dòng)角度？茁較小時(shí)，糾偏量？啄正比于L0，故稱之為比例糾偏輥，其應(yīng)用形式見圖4。

圖4 比例糾偏輥的應(yīng)用形式

3.2 積分糾偏輥系統(tǒng)

在較長進(jìn)帶距離生產(chǎn)線上通常使用積分糾偏輥（I型糾偏輥）（見圖5）。如果糾偏輥擺過？琢角，帶鋼邊緣上某一點(diǎn)先接觸到輥?zhàn)由宵c(diǎn)P1位置后，隨著輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，從P1轉(zhuǎn)動(dòng)到了P'1位置，帶鋼于出口與輥?zhàn)虞S線垂直，產(chǎn)生橫移？啄，即由于運(yùn)行速度方向的變化，使帶鋼橫移，這就是積分現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)[2]。

而橫移的速度叫做積分速度：

vi=v·tan？琢 （3）

式中：vi-積分速度，mm/s；v-帶鋼運(yùn)行的速度，mm/s；？琢-糾偏擺動(dòng)角，度。

橫移量？駐？啄與擺動(dòng)角？琢和帶鋼通過輥面的時(shí)間dt的關(guān)系為：

？駐？啄=vi（t）·dt （4）

兩邊同時(shí)積分， ，即

由式（5）得出帶鋼糾偏橫移量是時(shí)間的積分。其布置形式主要有四種（見圖6）。

圖5 積分現(xiàn)象示意圖 圖6 積分糾偏輥的應(yīng)用形式

3.3 比例積分糾偏輥系統(tǒng)

比例積分糾偏輥（PI型糾偏輥）是利用比例糾偏+積分糾偏綜合效應(yīng)，既實(shí)現(xiàn)了出帶的精確調(diào)整，又實(shí)現(xiàn)了進(jìn)帶的糾偏調(diào)整，綜合效果為P-I效應(yīng)。

以連桿式比例積分糾偏輥為例（見圖7）。糾偏框架2由油缸4驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)， 框架由兩個(gè)回轉(zhuǎn)中心O1、O2約束的等徑臂O1A1、O2B2 同糾偏輥A1B1構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)油缸帶動(dòng)框架向左擺動(dòng)時(shí)， 糾偏輥A1B1向右傾斜至A2B2。當(dāng)油缸反向， 則糾偏輥A1B1向左傾斜， 使帶材平移而實(shí)現(xiàn)糾偏[4][2]。

1-連桿，2-框架，3-輥?zhàn)樱?-擺動(dòng)液壓缸。

圖7 連桿式比例積分糾偏輥

其糾偏量：

±C=R·sin？琢+L·K·sin？琢 （6）

式中，C-糾偏調(diào)整量，mm；R-比例糾偏半徑，mm；L-入帶自由長度，mm；K-積分糾偏系數(shù)，取0.65；？琢-糾偏角，度。

比例積分糾偏輥在連續(xù)帶鋼生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，布置形式十分靈活（見圖8）。

4 實(shí)際應(yīng)用自動(dòng)糾偏系統(tǒng)案例

在某1320mm直接軋制退火酸洗機(jī)組中，從開卷→雙機(jī)架軋制→脫脂→退火→除磷→酸洗→卷取，自動(dòng)糾偏裝置應(yīng)用于整個(gè)生產(chǎn)線（見表1）。

基于在連續(xù)帶鋼生產(chǎn)線的應(yīng)用及比較，得到各類糾偏系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)：

（1）比例糾偏系統(tǒng)（P型）可在出帶位置進(jìn)行精確調(diào)整且反應(yīng)快，對進(jìn)帶和出帶長度要求不高，可設(shè)置在預(yù)留空間狹窄的地方，且可調(diào)整帶鋼運(yùn)行高度，配合機(jī)組布置。因此通常布置在軋機(jī)和卷取機(jī)等對進(jìn)帶要求較高的設(shè)備入口。

（2）積分糾偏系統(tǒng)（I型）可對進(jìn)帶的跑偏趨勢進(jìn)行糾正，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但需足夠的自由進(jìn)帶距離，因此活套中常使用這種糾偏。

（3）比例積分糾偏系統(tǒng)（PI型），綜合了比例糾偏和積分糾偏的優(yōu)勢，響應(yīng)快，糾偏能力強(qiáng)，對出口及入口帶鋼都有糾偏能力，配置形式多樣，廣泛應(yīng)用于具有較長自由帶鋼長度的糾偏中。

5 結(jié)束語

文章從帶鋼的跑偏原因入手，通過對比例、積分及比例積分糾偏這三種形式進(jìn)行理論分析，數(shù)學(xué)建模，分析了各種糾偏系統(tǒng)的糾偏能力及應(yīng)用形式。結(jié)合某1320mm直接軋制退火酸洗機(jī)組中這三種糾偏系統(tǒng)的布置情況，分析了各自的應(yīng)用特點(diǎn)，為糾偏系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了參考方案。

參考文獻(xiàn)

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[2]李素娥.酸洗連軋生產(chǎn)線帶鋼的跑偏控制及仿真分析[D].中南大學(xué)，2008.

[3]戴寶泉，胡國平.帶鋼運(yùn)動(dòng)過程中對中糾偏原理研究與應(yīng)用[J].冶金設(shè)備，2010，2：20-24.

[4]解恒坤，萬飛，解天.雙搖桿機(jī)構(gòu)糾偏輥擺動(dòng)量分析計(jì)算[J].重型機(jī)械，2012，6：73-76.

作者簡介：肖力子（1988，5-），男，遼寧大連，研究生學(xué)歷，助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。