提高帶頭在橡膠套筒上定位精度的方法

趙寶華

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海201900）

1 概述

帶頭印是卷取時(shí)帶頭與內(nèi)圈帶鋼擠壓形成的，由于在帶頭位置帶鋼厚度突然由0 變到帶鋼實(shí)際厚度，因此會(huì)在此處形成一個(gè)凸起，加上帶鋼的張力卷取，這個(gè)凸起會(huì)在后面接下來(lái)的幾圈上“復(fù)印”，形成周期性的，貫穿整個(gè)帶鋼寬度的缺陷。有的帶頭印缺陷可能只有幾米，有的可能有一百多米，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成材率。為了盡量減少這些缺陷的影響，卷取機(jī)普遍采用帶有軟帶的橡膠套筒，軟帶深度約為3～4mm，寬度約為20mm,卷取時(shí)讓帶頭剛好壓在軟帶位置，通過軟帶位置的彈性變形減小帶頭凸起程度，從而減少帶頭印影響長(zhǎng)度,提高產(chǎn)品成材率。

2 帶頭的定位方法和影響因素分析

由于連續(xù)生產(chǎn)的機(jī)組帶鋼是不停止的，當(dāng)出口飛剪剪切完帶鋼之后，帶鋼頭部以穿帶速度勻速向卷取機(jī)方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)卷取機(jī)卷筒處于停止?fàn)顟B(tài)，帶頭到達(dá)某一位置后，卷取機(jī)卷筒帶著橡膠套筒開始啟動(dòng)，當(dāng)帶頭到達(dá)卷筒時(shí)，要求卷取機(jī)卷筒上橡膠套筒軟帶也剛好到達(dá)，并且與帶頭速度相同，因此要想在運(yùn)動(dòng)過程中把帶頭準(zhǔn)確壓到軟帶位置必須滿足兩個(gè)條件。a.帶頭作直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，橡膠套筒上的軟帶也必須同時(shí)到達(dá)，橡膠套筒上的軟帶寬度約為20mm，因此帶頭定位誤差要求在±10mm 以內(nèi)。b.橡膠套筒到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)外圓面上的切向線速度必須與帶頭的線速度相同。

由以上兩個(gè)條件可以看出影響帶頭定位因素主要是卷取機(jī)卷筒和帶頭的位置精度和速度精度。

圖1 出口設(shè)備布置圖

某鋼廠的熱鍍鋅機(jī)組出口段布置如圖1，原設(shè)計(jì)出口剪剪切后，帶頭穿帶到光電開關(guān)A位置后標(biāo)記為零位，帶頭穿過零位以后通過張力輥上的編碼器記錄的長(zhǎng)度來(lái)確定帶頭的具體位置。由于是自由穿帶，所以不同規(guī)格（或相同規(guī)格不同材質(zhì)）帶鋼在穿帶過程中從A點(diǎn)到B點(diǎn)在轉(zhuǎn)向夾送輥位置彎曲程度不一樣，所以帶頭到達(dá)卷取機(jī)卷筒上B點(diǎn)（上卷取方式）實(shí)際長(zhǎng)度和編碼器理論計(jì)算長(zhǎng)度值不同，加上傳動(dòng)設(shè)備等的誤差，所以會(huì)造成帶頭不能壓到橡膠套筒的軟帶區(qū)域，造成帶頭定位失敗。

由實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)該機(jī)組帶鋼的位置定位精度一般為±30mm，帶鋼的速度控制精度可以達(dá)到±0.25mm/s。由此可見該機(jī)組的位置定位精度不能滿足帶頭定位到橡膠套筒軟帶區(qū)域的要求。對(duì)不同規(guī)格、不同材質(zhì)帶鋼帶頭在橡膠套筒軟帶區(qū)域的定位進(jìn)行跟蹤記錄，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果在控制系統(tǒng)里進(jìn)行補(bǔ)償，可以將帶頭在橡膠套筒軟帶位置定位精度提高到±15mm，但是仍然不能滿足±10mm 的要求，造成帶頭定位失敗，減短帶鋼帶頭印長(zhǎng)度的目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

3 改進(jìn)方法

圖2 上卷取時(shí)帶鋼與水平線夾角

上卷取帶鋼與卷筒的切點(diǎn)位置B如圖2 所示，AB為上卷取時(shí)帶鋼位置，線段DO平行于線段AB，由圖可知φ 為OB與豎直線的夾角，并且可得以下公式：

由機(jī)組布置圖可知GF=1830mm，OF=3300mm，GA=500mm，OB=305mm。通過計(jì)算可得到φ=31.97°。

下卷取時(shí)帶鋼與卷筒的切點(diǎn)位置C如圖3 所示，AC為下卷取時(shí)帶鋼位置，直線DO 平行于直線AC,則下卷取時(shí)OC 與水平線之間的夾角為η，并且可得以下公式：

圖3 下卷取時(shí)帶鋼與水平線夾角

由機(jī)組布置圖可知GF=1830mm，OF=3300mm，GA=500mm，OC=305mm。通過計(jì)算可得η=48.67°。

圖4 E 點(diǎn)位置

E 點(diǎn)位置如圖4 所示，則由圖可知OE 與豎直線的夾角為ψ，并且可得如下公式：

圖5 速度時(shí)間曲線

根據(jù)以上計(jì)算可得卷取機(jī)橡膠套筒上軟帶位置切向速度與時(shí)間的曲線如圖5 所示，從圖5 上可以看出ED段為卷取機(jī)卷筒上橡膠套筒的勻加速階段，DB段為達(dá)到帶鋼穿帶速度后的勻速運(yùn)動(dòng)階段，曲線EDB與坐標(biāo)軸圍起區(qū)域的面積即為橡膠套筒上軟帶從E點(diǎn)開始以勻加速度啟動(dòng)，然后勻速運(yùn)動(dòng)到達(dá)B點(diǎn)走過的弧長(zhǎng)s。

由帶頭定位的條件，結(jié)合圖5 可知，帶頭檢測(cè)開關(guān)設(shè)置在曲線上D點(diǎn)最合適，因?yàn)镈點(diǎn)以后帶頭和橡膠套筒上軟帶位置的線速度相同，而且到達(dá)同一點(diǎn)花費(fèi)的時(shí)間也相同。圖5 中陰影線區(qū)域的面積即為帶頭通過圖1 中D點(diǎn)后走過的距離s，它與橡膠套筒軟帶位置切向速度達(dá)到帶鋼穿帶速度后走過的弧長(zhǎng)相同，即為203.95mm。當(dāng)帶頭走到D點(diǎn)后，檢測(cè)橡膠套筒上軟帶從啟動(dòng)到此時(shí)走過的弧長(zhǎng)，與理論上啟動(dòng)1S后走過的弧長(zhǎng)相對(duì)比，然后在到達(dá)B點(diǎn)前這個(gè)區(qū)間進(jìn)行補(bǔ)償，從而減小定位誤差。

由此可見圖1 中D點(diǎn)帶頭檢測(cè)光電開關(guān)應(yīng)該設(shè)置在距離B點(diǎn)203.95mm的位置。

按照上面的原理定位帶頭時(shí)，除了動(dòng)態(tài)定位過程中位置控制要準(zhǔn)確，軟帶啟動(dòng)時(shí)的位置也直接影響著最終定位的精度，因此卷取機(jī)在卸完卷后，卷取機(jī)卷筒應(yīng)該低速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確停車定位。

通過以上的分析、計(jì)算結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，得到以下改進(jìn)方法：a.把帶頭檢測(cè)光電開關(guān)設(shè)置在距離B點(diǎn)203.95mm的位置。b.橡膠套筒軟帶啟動(dòng)位置設(shè)置在與豎直線53.35°的位置，為了提高橡膠套筒的停車定位精度從正反向兩個(gè)設(shè)置各設(shè)置一個(gè)接近開關(guān)。c.卷筒低速轉(zhuǎn)動(dòng)精確定位軟帶停止位置。d.結(jié)合實(shí)際情況通過電氣系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

4 結(jié)論

通過以上簡(jiǎn)單的改進(jìn)，完全能夠滿足帶頭在橡膠套筒軟帶位置±10mm 的定位要求，可以有效減少帶頭印的長(zhǎng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，實(shí)現(xiàn)低成本投入、高收益回報(bào)的目的。