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        冷軋機(jī)組帶鋼糾偏研究

        2010-06-28 12:30:38韓俊平
        裝備制造技術(shù) 2010年4期
        關(guān)鍵詞:板帶輥?zhàn)?/a>電液

        葉 紅,韓俊平

        (武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院,湖北武漢430205)

        在帶鋼生產(chǎn)加工過程中,鋼卷通常要被打開,進(jìn)行加工處理之后,大多數(shù)情況下又會被重新卷成鋼卷,以便運(yùn)輸。在這過程中,由于帶鋼板形不平直,或者設(shè)備上某些原因,例如輥?zhàn)拥闹圃炀鹊?、安裝偏差等,均會使得帶鋼出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象,影響到正常生產(chǎn),因此跑偏控制,成為了各種冷軋機(jī)組設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。

        1 跑偏原因分析

        帶鋼的縱向移動,主要依賴于傳動機(jī)械和板帶糾偏裝置,來確保板帶平穩(wěn)的穿過加工線而不產(chǎn)生側(cè)移,不對帶鋼及加工生產(chǎn)線造成損傷或損壞。不規(guī)則的帶鋼經(jīng)過,會造成纏繞不良的金屬進(jìn)入系統(tǒng),或者由于處理設(shè)備的反作用力而使帶鋼受損,板型改變,受影響的帶鋼可能會有縱向彎曲,或表面不平,如長邊、中心變長、偏移或者帶鋼回轉(zhuǎn)粘連。在加工處理過程中,造成導(dǎo)向輥和驅(qū)動輥的不平整纏繞,未對準(zhǔn)擠壓輥的單側(cè)操作、錐面、擦傷滾筒、不規(guī)則的加熱冷卻處理,和其他許多的相關(guān)影響。在系統(tǒng)中這些錯誤動作的傳播,是因?yàn)楹椭本€上的下一個輥?zhàn)又g產(chǎn)生了夾角,因而使板帶向一側(cè)偏移。

        實(shí)踐應(yīng)用表明,跑偏是客觀存在的,是不可避免的。問題在于如何采用一些措施來減少帶鋼跑偏,使跑偏量控制在允許范圍之內(nèi),滿足生產(chǎn)工藝要求[2]。

        從理論上而言,控制跑偏首先應(yīng)該精確計(jì)算帶鋼運(yùn)行時的最大跑偏量,但是這是一個非常難以準(zhǔn)確計(jì)算的數(shù)據(jù)。因?yàn)閹т摰呐芷饕?,是帶鋼本身的板形和機(jī)械設(shè)備的安裝誤差造成的,而很多邊界條件是難以確定的。在實(shí)際中,主要通過不斷的實(shí)踐應(yīng)用總結(jié)而來。

        帶鋼跑偏主要由下列因素決定:自由的未導(dǎo)向距離,板帶的張力,材料特性,板帶運(yùn)行的速度,以及機(jī)械設(shè)備的安裝誤差。因此,為了減小跑偏,相應(yīng)地可以采取如下措施:

        (1)保證輥?zhàn)訄A柱表面制造精度和機(jī)組安裝精度。問題在于,即使保證了安裝精度,待投產(chǎn)以后,由于基礎(chǔ)下沉和輥面磨損等因素,也會直接影響初安裝精度和初制造精度,因此這種方法不能從根本上解決問題。

        (2)增大張力。這樣可以減少帶材跑偏,但是不能完全消除。由于張力增大,使設(shè)備重量增大,投資也相應(yīng)地增大。

        (3)放寬輥?zhàn)虞伱鎸挾取_@樣可以達(dá)到粗定心,但是不經(jīng)濟(jì)。

        (4)降低機(jī)組速度。機(jī)組速度過低直接影響生產(chǎn)效率。

        但這些措施在實(shí)際應(yīng)用中,不是十分理想,經(jīng)濟(jì)效果差。實(shí)際應(yīng)用中通常采用電子液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)來進(jìn)行糾偏,例如在軋機(jī)機(jī)組對開卷機(jī)橫向調(diào)節(jié)使用糾偏系統(tǒng),在機(jī)組中設(shè)置若干糾偏輥。

        2 電液控制系統(tǒng)原理

        帶鋼糾偏系統(tǒng),主要使用非接觸的測量裝置,模擬式或者數(shù)字式、光電式感應(yīng)式的測量系統(tǒng),掃描板帶邊緣位置,對邊測量裝置使用一個傳感器,測量并計(jì)算出帶鋼邊緣的位置;對中測量裝置使用兩個傳感器,分別測量帶鋼的兩個邊緣,兩個傳感器的測量值之差,即是帶鋼中心位置偏差,兩個傳感器的測量值之和,即是帶鋼寬度值。糾偏控制器比較當(dāng)前值和設(shè)定值,并計(jì)算其偏差,控制放大器輸出信號,經(jīng)功率放大器轉(zhuǎn)換成電液伺服閥要求的范圍,伺服閥控制液壓油的比例流動(大小、方向)到伺服油缸,這種由電子到液壓的轉(zhuǎn)化過程,是必要的,從而產(chǎn)生足夠的控制力矩,以快速移動設(shè)備。伺服控制是一個閉環(huán)控制過程。

        圖1 帶鋼糾偏系統(tǒng)示意圖

        3 開卷機(jī)糾偏系統(tǒng)

        使用電子液壓閉環(huán)控制系統(tǒng),當(dāng)帶鋼偏離預(yù)期位置時,偏移量被測量系統(tǒng)測量出來,經(jīng)過放大傳輸給電子控制裝置,控制裝置輸出有規(guī)律的電子液壓控制閥的調(diào)制信號到電液伺服閥,驅(qū)動伺服油缸,使開卷機(jī)橫向移動,保持帶鋼在測量系統(tǒng)的指定范圍內(nèi)[3]。

        開卷機(jī)附近有大量的輔助設(shè)備,不可避免地使測量系統(tǒng)安裝在固定導(dǎo)向輥后面,測量系統(tǒng)的調(diào)整過程因而產(chǎn)生時間延遲,這將極大的影響閉環(huán)的穩(wěn)定性,尤其是帶鋼低速時。針對這種現(xiàn)象,采用時間差補(bǔ)償技術(shù),可以在控制回路中解決不同速度的帶鋼的控制偏差及卷筒的位置調(diào)節(jié)。通過電液伺服閥及通過伺服油缸驅(qū)動開卷機(jī),使卷筒橫向移送,有效地防止了跑偏現(xiàn)象。

        測量系統(tǒng)檢測的帶鋼位置與設(shè)定值的偏差,在帶鋼位置控制器中計(jì)算出來,傳遞到位置調(diào)節(jié)的PID控制器上。其中,比例控制的部分,直接作用在位置控制器上,以矯正帶鋼位置。經(jīng)過測量導(dǎo)向輥的轉(zhuǎn)速,計(jì)算帶鋼速度(也可以由機(jī)組PLC提供),控制偏差和帶鋼速度的乘積傳送到控制器的積分部分和微分部分。積分和微分的時間常數(shù),由帶鋼從調(diào)節(jié)裝置到測量裝置的時間差確定。需要注意的是,由于存在控制系統(tǒng)的建立時間以至于瞬態(tài)的誤差無法很好地糾正,死區(qū)時間的增加和調(diào)節(jié)裝置到測量裝置的距離成正比,這個距離過遠(yuǎn)會使動態(tài)控制品質(zhì)惡劣。

        4 糾偏輥

        糾偏設(shè)備要產(chǎn)生足夠的力矩,改變帶鋼的位置,但又不影響帶鋼質(zhì)量,糾偏控制器比較當(dāng)前值和設(shè)定值,并計(jì)算其偏差,控制放大器輸出信號,經(jīng)功率放大器轉(zhuǎn)換成電液伺服閥要求的范圍,伺服閥控制液壓油的比例流動到伺服油缸,從而產(chǎn)生足夠的控制力矩以快速移動設(shè)備。

        隨著帶鋼生產(chǎn)線不斷向連續(xù)化、高速化發(fā)展,對于帶鋼糾偏設(shè)備提出了更高的要求。根據(jù)機(jī)械設(shè)備狀況、工藝條件及材料的性能,在生產(chǎn)線上設(shè)置若干糾偏輥。因此糾偏輥的結(jié)構(gòu)和尺寸都必須是最優(yōu)化設(shè)計(jì)的,除了必須考慮帶鋼寬度、厚度、質(zhì)量、可用空間位置、安裝連接件及帶鋼速度的影響,還要考慮溫度等環(huán)境因素[4]。在各種條件下,當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)動作時,必須確認(rèn)它施加在帶鋼邊緣的力足夠,并且小于該材料的屈服強(qiáng)度。糾偏設(shè)備是為了使帶鋼順利通過生產(chǎn)線,一般情況下帶鋼的對中精度有±10 mm就足夠了;在圓盤剪和縱剪的入口必須有很高的精度,通常要求達(dá)到±1~1.5 mm,這是為了提高成材率,需要在廢邊不斷裂的情況下,盡量減小剪邊量。

        比例動作糾偏輥?zhàn)樱羌m偏輥中應(yīng)用較為廣泛的一種,主要用于安裝位置較為狹窄的場合下,糾偏輥架的活動支架以進(jìn)帶側(cè)中心附近的支點(diǎn)為圓心,而移動出帶側(cè)。測量裝置檢測到鋼帶中心位置的偏差,電控器通過伺服閥驅(qū)動液壓油缸,推動糾偏輥旋轉(zhuǎn),而使帶鋼最終沿設(shè)定位置運(yùn)行。帶鋼調(diào)整行程與糾偏輥活動機(jī)架范圍成比例關(guān)系。進(jìn)帶方向始終和糾偏輥旋轉(zhuǎn)平面始終成90°,測量裝置、液壓缸調(diào)整設(shè)備固定安裝在糾偏輥架的出帶位置。

        5 結(jié)束語

        針對冷軋機(jī)組中的跑偏控制,做了深入研究,提出了一些帶鋼運(yùn)行中糾偏的措施,分析了各種設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性,并提出了提高可靠性的設(shè)計(jì)方案。

        [1]謝忠亮.帶鋼的“跑偏”及糾正[J].本溪冶金高等??茖W(xué)校學(xué)報(bào),2003,(2):14-16.

        [2]習(xí)中革,王永亮.立式還原退火爐爐內(nèi)對中糾偏系統(tǒng)[J].軋鋼,2005,(6):42-44.

        [3]歐陽克誠.轉(zhuǎn)向單輥糾偏裝置糾偏效果分析[J].重型機(jī)械,2000,(2):1-4.

        [4]方勝年.新型帶材自動糾偏裝置的研制[J].武鋼技術(shù),2001,(5):29-32.

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