環(huán)形鋼帶的液壓糾偏裝置

孫繼勇

【摘 要】環(huán)形鋼帶傳送設(shè)備廣泛應(yīng)用于造紙、化工原料傳送、隧道式食品烤爐傳送、單凍機冷凍鋼帶傳送、薄膜流延設(shè)備環(huán)形鋼帶傳送、環(huán)形鋼帶壓機設(shè)備、鼓式硫化機等工業(yè)領(lǐng)域。一般設(shè)備，如化工、食品的鋼帶傳送設(shè)備往往不需要將鋼帶張的那么平直，對糾偏的要求也不高。但是大型設(shè)備如鋼帶壓機、鋼帶式薄膜流延設(shè)備等環(huán)形鋼帶傳送過程中，因為工藝的需要，輪轂所需張緊力往往非常大，壓機設(shè)備和薄膜流延設(shè)備的鋼帶張緊力可能達到26噸以上的推力，使用氣動或者電動式的糾偏設(shè)備已經(jīng)不能滿足實際的使用需要。

為此，需要采用液壓式鋼帶糾偏裝置。與其他鋼帶糾偏設(shè)備相比較，液壓鋼帶糾偏設(shè)備是一種大張力糾偏設(shè)備，具有張力大，檢測精度高，糾偏精度高，成本高等一系列特點。液壓式環(huán)形鋼帶糾偏裝置是一種用于糾正鋼帶跑偏的裝置，它能將跑偏的裝置調(diào)整到中間位置，并保證5mm以內(nèi)的糾偏范圍。這種裝置對于大張力鋼帶的糾偏是突破性的。液壓式環(huán)形鋼帶糾偏裝置包含了輪轂液壓缸、傳感器檢測系統(tǒng)、液壓站、PLC觸摸屏控制柜。跑偏量的檢測采用位移測距傳感器，檢測鋼帶跑偏量，將跑偏量輸入給PLC可編程邏輯控制器，PLC控制器通過預(yù)先編寫的程序不間斷的輸出4-20mA電流給兩側(cè)液壓油缸的比例閥，通過控制油缸的進油量的改變從而改變油缸活塞的伸長量，活塞連接到軸承，推動輪轂來回擺動，鋼帶從張緊的一側(cè)往放松的一側(cè)移動，直到鋼帶回到中間位置，從而實現(xiàn)糾偏的功能。

【關(guān)鍵詞】環(huán)形鋼帶傳送設(shè)備;液壓式鋼帶糾偏裝置;大張力糾偏;液壓站;檢測傳感器;PLC觸摸屏

引言

大張力環(huán)形鋼帶輸送機需要在鋼帶環(huán)形運轉(zhuǎn)過程中將鋼帶張平，比如應(yīng)用于薄膜流延設(shè)備的鋼帶運輸機，薄膜流延輸送機在保溫箱體里環(huán)形運轉(zhuǎn)，設(shè)備長度達到25米，鋼帶寬度接近2米，在鋼帶行走過程中要求鋼帶下表面不能有任何支撐。液壓張緊裝置完美解決了張平問題，同時液壓張緊裝置又具備自動糾偏功能。完美解決了大張力鋼帶運輸機在運行中面臨的技術(shù)難點。

本論文主要介紹了鋼帶液壓自動糾偏，分析鋼帶運行中的跑偏問題，并提出液壓式自動糾偏方案對策，希望能對使用大張力鋼帶運輸機的企業(yè)及正計劃使用鋼帶運輸機的企業(yè)提供幫助。

1.1大張力鋼帶傳送設(shè)備的鋼帶問題分析

現(xiàn)在使用的大張力環(huán)形鋼帶運輸機其尺寸長X寬X厚為50mX1.85mX1.0mm，1.4噸重。下鋼帶要求需要在運行過程中張緊撐平，因為物料產(chǎn)品要在鋼帶上環(huán)繞一圈，回到頭端輪轂下方剝離，所以要求鋼帶下垂量不能過多，采用液壓油缸單側(cè)油缸打出的力約10噸，方能把鋼帶張平。

鋼帶張平后面臨的重要問題就是鋼帶的跑偏，環(huán)形鋼帶傳送設(shè)備由于多種原因其跑偏現(xiàn)象是不可避免的。而由于鋼帶跑偏所造成的生產(chǎn)事故包括碰撞切割鋼帶兩側(cè)的設(shè)備，鋼帶自身也會卷邊甚至斷裂，會給企業(yè)帶來巨大損失。所以為了保證鋼帶連續(xù)平穩(wěn)的在規(guī)定范圍內(nèi)運行，就必須選用高精度的鋼帶自動糾偏裝置。

然而普通的糾偏方式不再適用。比如氣缸糾偏力度不夠，內(nèi)側(cè)130度的高溫使得托輥糾偏不能放置于鋼帶內(nèi)側(cè)，采用液壓糾偏既能張緊鋼帶，又能具備糾偏的功能。

本文所述的托輥式自動糾偏裝置已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)多家企業(yè)，控制大型鋼帶鋼帶傳送設(shè)備的鋼帶跑偏范圍在正負5mm以內(nèi)。得到了客戶的一致好評。

1.2液壓式鋼帶糾偏裝置的組成

液壓式糾偏裝置由檢測傳感器裝置、液壓站、液壓缸、基于PLC的糾偏控制系統(tǒng)等組成。

1.2.1檢測傳感器裝置：

1.2.1.1跑偏量檢測：采用位移傳感器檢測鋼帶邊緣位置。它使用氣缸推動位移傳感器活塞桿伸出，活塞桿上裝有不銹鋼滾輪，不銹鋼滾輪垂直貼緊在鋼帶邊緣。檢測距離在0-100mm之間。位移傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。

1.2.1.2油缸伸長量檢測：鋼帶輪轂左右兩側(cè)分別裝有位移傳感器用來檢測液壓油缸的伸縮量，位移傳感器的行程根據(jù)油缸行程來定，在0-300mm范圍內(nèi)。位移傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。

1.2.1.3液壓張緊壓力檢測：液壓缸的推出是靠油缸無桿腔進油來控制的，液壓缸的無桿腔進油口處裝有張緊壓力傳感器，用來檢測張緊壓力，量程在0-20Mpa。壓力傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。

1.2.1.4液壓缸背壓檢測：液壓缸的精準(zhǔn)回退靠調(diào)整液壓缸有桿腔背壓來實現(xiàn)。此次壓力傳感器量程在0-20Mpa，壓力傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。

1.2.2液壓站：

包含油箱箱體，液位計、PT熱電阻、蓄能器、高壓過濾器、液壓泵、散熱風(fēng)扇、閥組等組成。其中這里主要介紹液壓泵和閥組。

1.2.2.1液壓泵：采用臺灣YEOSE生產(chǎn)的可變量軸向柱塞泵，震動噪音小，剛性的結(jié)構(gòu)和高轉(zhuǎn)速低摩擦的構(gòu)造使油泵的壽命、效率更佳理想化。泵出口常壓可達到350bar，泵出口的自帶壓力調(diào)節(jié)器，可手動調(diào)節(jié)限制泵出口壓力。為了防止泵出口壓力超限損傷輪轂、軸承和鋼帶，此處將油壓限制在6.5Mpa.

1.2.2.2 閥組：閥組底座油路塊采用高壓鍛打件，經(jīng)過精加工后表面鍍鉻處理。閥組上的安裝有電磁溢流閥、電磁球閥、調(diào)壓閥、液壓比例閥等閥。

電磁溢流閥用來限制液壓出口壓力上限，當(dāng)超過限制值后，液壓油經(jīng)溢流閥下方管口回流至油箱。

電磁球閥用來給鋼帶張緊和泄壓。需要張緊時，打開張緊電磁球閥給液壓缸無桿腔供油。泄壓時將泄壓電磁球閥打開，液壓缸無桿腔的油回流至油箱。

液壓比例閥采用三位四通直動式比例方向閥，當(dāng)閥芯在零位時，油路關(guān)閉，閥芯在正向位置時閥打開開始進油，當(dāng)閥芯在反向位置時閥打開回油口。

1.2.3 液壓缸：定制液壓缸，單只液壓缸張力在6Mpa能達到10噸。液壓缸活塞連到定制的絲杠，絲杠前端通過螺母鎖在輪轂兩側(cè)的軸承座上。

1.2.4基于PLC的糾偏控制系統(tǒng)：PLC采用西門子公司S7-200SMART的SR40CPU的PLC，使用網(wǎng)口通訊。連接威綸通公司的10寸觸摸屏MT6103IP。

1.3液壓式鋼帶糾偏裝置的原理

1.3.1鋼帶張緊和放松：

打開油泵電機，打開液壓張緊球閥，液壓油流至液壓油缸的無桿腔，控制有桿腔比例閥，使得液壓油緩慢流走，鋼帶緩慢張緊，當(dāng)壓力達到設(shè)定壓力時，并且油缸兩側(cè)位移值達到設(shè)定值時張緊完成。放松過程則相反，打開泄壓球閥，液壓油從油缸經(jīng)泄壓閥緩慢流入油箱，調(diào)節(jié)比例閥的開度用于控制泄壓速度。鋼帶張緊和放松有PLC程序連續(xù)控制，當(dāng)檢測到油壓低于限制值則自動張緊，當(dāng)檢測到油壓高于設(shè)定值則自動放油泄壓。

1.3.2鋼帶糾偏：鋼帶張緊完成后，啟動環(huán)形鋼帶傳送設(shè)備的驅(qū)動電機。開啟自動糾偏，偏移量超過設(shè)定值時，一側(cè)的油缸背壓升高，另一側(cè)的油缸的背壓降低;偏移量低于設(shè)定值時，一側(cè)的油缸背壓降低，另一側(cè)的油缸的背壓升高，通過調(diào)節(jié)油缸的背壓來調(diào)整油缸活塞的伸縮量，從而調(diào)整輪轂左右兩側(cè)的擺動量。PLC 通過預(yù)設(shè)的程序判定跑偏后，輸出 4-20mA 信號給比例閥，控制比例閥的開度，調(diào)整油缸的背壓，從而調(diào)整油缸的伸縮量，氣缸伸縮推動輪轂兩側(cè)不停的伸長或回縮，輪轂的伸縮導(dǎo)致鋼帶兩側(cè)的張緊程度發(fā)生變化，鋼帶從張緊的一側(cè)往放松的一側(cè)移動，從而實現(xiàn)糾偏的功能。

糾偏檢測位移傳感器將跑偏位置信號轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號送給PLC，PLC根據(jù)收到的跑偏位置信號調(diào)整比例閥開度實現(xiàn)自動糾偏。當(dāng)鋼帶跑偏到極限位置后PLC發(fā)出報警信號，糾偏裝置停止運轉(zhuǎn)并且將信號輸出給鋼帶驅(qū)動控制系統(tǒng)，客戶根據(jù)此信號確認(rèn)停止鋼帶驅(qū)動電機。

糾偏動作的算法如下：

（1）糾偏傳感器位移量在允許范圍內(nèi)（5mm以內(nèi)），糾偏不工作。

（2）糾偏傳感器的位移量大于設(shè)定值，糾偏正向運轉(zhuǎn)，PLC 通過預(yù)設(shè)的程序判定跑偏后，輸出 4-20mA 信號給比例閥，控制比例閥的開度，調(diào)整油缸的背壓，一側(cè)的油缸背壓降低，另一側(cè)的油缸的背壓升高。直至將鋼帶糾正到允許范圍內(nèi)。

（3）糾偏傳感器的位移量小于設(shè)定值，糾偏反向運轉(zhuǎn)，PLC 通過預(yù)設(shè)的程序判定跑偏后，輸出 4-20mA 信號給比例閥，控制比例閥的開度，調(diào)整油缸的背壓，一側(cè)的油缸背壓升高，另一側(cè)的油缸的背壓降低。直至將鋼帶糾正到允許范圍內(nèi)。

注意：在糾偏過程中，鋼帶左右兩側(cè)的輪轂位移不停進行比較，如果兩側(cè)輪轂傾斜過多，超出限制值則需要停止比例閥。

結(jié)束語

大張力鋼帶傳送設(shè)備跑偏是環(huán)形鋼帶傳送所面臨一個難題，它不像小型鋼帶傳送設(shè)備那么容易糾偏。大型環(huán)形鋼帶設(shè)備如果發(fā)生跑偏將會對設(shè)備造成嚴(yán)重破壞，跑偏時鋼帶產(chǎn)生巨大的切割力會損壞鋼帶兩邊的設(shè)備，還會使鋼帶自身發(fā)生卷邊，撕裂等損壞。大張力鋼帶傳送設(shè)備不但要求張緊鋼帶還需要穩(wěn)定調(diào)偏，如果要求工廠每天24小時連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)就必須要配備鋼帶自動糾偏設(shè)備。本文所論述的液壓式自動糾偏裝置是由本人自主研發(fā)的鋼帶糾偏裝置，已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)多家企業(yè)，解決了大型環(huán)形鋼帶跑偏的問題。

參考文獻：

[1]S7-200 Smart系統(tǒng)手冊，西門子自動化與驅(qū)動集團.2011年9月.

[2]EasyBuild Pro 使用手冊，威綸通科技有限公司，WWW.Weinview.cn

（作者單位：上海銘客傳動系統(tǒng)有限公司）