雙搖桿糾偏輥的糾偏量與液壓缸行程的關(guān)系解析

摘 要：簡要介紹雙搖桿糾偏輥的結(jié)構(gòu)原理，并采用以點坐標(biāo)為基礎(chǔ)的代數(shù)方法解析了反映糾偏能力的糾偏量與液壓缸行程的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：雙搖桿糾偏輥；糾偏量；液壓缸行程；點坐標(biāo)；代數(shù)方法

在冷軋帶鋼精整線上，當(dāng)帶材呈現(xiàn)鐮刀彎、瓢形等不平直板形，或旋轉(zhuǎn)的輥子類設(shè)備制造精度低、安裝偏差大時，帶鋼都會出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。即使上述情況處于理想狀態(tài)，帶材也會因輥子表面或軸承長期工作受到磨損而跑偏。可以說，精整機組中的帶材跑偏是客觀存在的[1]。尤其在退火酸洗機組中，機組線較長，某些區(qū)段的帶材張力較小，且為節(jié)省廠房空間帶材往往分層疊加轉(zhuǎn)向，而這些因素也都會使得帶材跑偏的機會大大增加。如若不及時糾正跑偏的帶材，不僅降低帶材質(zhì)量，磨損設(shè)備，甚至造成斷帶的重大事故。因此，在機組中合適布置一些糾偏設(shè)備是非常必要的。常見的糾偏設(shè)備包括：浮動開卷機、浮動卷取機、糾偏輥及側(cè)導(dǎo)裝置等，其中糾偏輥是中間段設(shè)備區(qū)非常重要的糾偏裝置。

1 雙搖桿糾偏輥的結(jié)構(gòu)原理

糾偏輥有多種結(jié)構(gòu)形式，其中雙搖桿糾偏輥是一種典型的單糾偏輥，因其結(jié)構(gòu)簡單、糾偏量大，而被廣泛使用。其本體主要由固定架、擺動架、輥子部件、連桿、液壓缸等組成。輥子部件固定在擺動架上，連桿連接固定架和擺動架，液壓缸作為驅(qū)動元件，其三維實體造型見圖1。

1：固定架；2：擺動架；3：輥子部件；4：連桿；5：液壓缸

圖1 雙搖桿糾偏輥本體

其實無論何種原因引起的帶材跑偏，表現(xiàn)形式都是帶材依據(jù)螺旋作用原理在輥子表面以一定螺旋升角按螺旋線路運行[2]。而雙搖桿糾偏輥的糾偏過程正是通過擺動輥子產(chǎn)生反向螺旋升角，以其反向螺旋偏移作用進(jìn)行糾偏。據(jù)現(xiàn)場一些運行機組反饋的實際情況，要使該類糾偏輥糾偏效果較好，工藝布置時應(yīng)考慮以下三個條件：（1）輥子部件的擺動平面與帶材來料平面相平行；（2）兩個連桿的虛交點在來料的入口側(cè)；（3）帶材的包角不應(yīng)小于90°。

2 糾偏量與液壓缸行程的關(guān)系解析

帶材的跑偏量表示運動帶材中心線與機組中心線的不吻合程度，與之相對的糾偏量反映了糾偏輥的糾偏能力。而糾偏量除受結(jié)構(gòu)限制外，主要取決于液壓缸行程。設(shè)計糾偏輥時，如何根據(jù)糾偏量計算或驗證液壓缸行程就成為一個較為重要的問題。與繞固定點作純轉(zhuǎn)動的糾偏輥相比，雙搖桿糾偏輥沒有固定擺點，且作轉(zhuǎn)動和橫向移動的復(fù)合運動，這使得其糾偏量與液壓缸行程的關(guān)系并不易推出。文獻(xiàn)[3]通過幾何關(guān)系導(dǎo)出，而此法需要作多個三角形，分析繁瑣，求解也比較復(fù)雜，不便于工程設(shè)計計算。文章以點坐標(biāo)為基礎(chǔ)，利用代數(shù)的方法較為簡單地分別推出轉(zhuǎn)角與糾偏量、液壓缸行程的關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)出糾偏量與液壓缸行程的關(guān)系。為方便分析，把糾偏輥等效為雙搖桿機構(gòu)，其機構(gòu)原理簡圖見圖2。AB、CD分別表示兩搖桿，EF表示處在初始位置的液壓缸，B、C、E為擺動架上的三動點，A、D、F為固定架上的三定點。其中，B、C作繞各自定點的圓弧運動，E點作由轉(zhuǎn)動和橫向移動合成的曲線運動。GH表示糾偏輥中心線，且G點在連桿BC上而H點在輥子中心線上。

以固定點A為原點，AD為X軸建立平面直角坐標(biāo)系，以Li表示機構(gòu)簡圖上對應(yīng)的桿長，以i'點表示i點擺后位置，且記任意一點i的坐標(biāo)為（ix，iy）。初始位置時：？琢0表示搖桿與X軸的銳角夾角，S表示液壓缸兩鉸接點長度。擺后位置時：？琢、？茁表示擺后兩搖桿與X軸的銳角夾角，？啄表示糾偏量，△S表示液壓缸行程。

2.1 轉(zhuǎn)角與糾偏量的關(guān)系

由圖2知，點H、B'與C'的坐標(biāo)為H（L1cos？琢0+L2/2，L1sin？琢0-L6），B'（L1cos？琢，L1sin？琢），C'（L3-L1cos？茁，L1sin？茁）。G'點是B'點和C'點的中點，則G'{（L3-L1cos？茁+L1cos？琢）/2，（L1sin？茁+L1sin？琢）/2}。

初始位置時： （1）

擺后位置時：

（2）

糾偏量： （3）

根據(jù) ，得： （4）

而 ，則：

（5）

綜合上述式（1）～式（5），可得： （6）

2.2 轉(zhuǎn)角與液壓缸行程的關(guān)系

由圖2同知，B和C點坐標(biāo)為：B（L1cos？琢0，L1sin？琢0），C（L2+L1cos？琢0，L1sin？琢0）。

根據(jù)EB=L4，EC=L5，得：

（7）

求解，可得E點坐標(biāo)（Ex，Ey）。

同理，由 可得E'點坐標(biāo)（E'x，E'y） 。

而F點坐標(biāo)值可由E點坐標(biāo)值獲得，即（Ex-S-Ey），因此液壓缸的行程△S為：

把E點和E'點坐標(biāo)值代入式（8），可得：△S=f（？琢）（9）

再將式（6）代入式（9），可得：△S=F（？啄） （10）

2.3 實例分析

以某機組中雙搖桿糾偏輥的設(shè)計為例，來驗證以上推導(dǎo)算式的正確性。此機組中，雙搖桿糾偏輥的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)完成，現(xiàn)需根據(jù)糾偏量去確定合適的液壓缸行程。已知參數(shù)：L1=600mm，L2=2250mm，L3=2590.8mm，L4=1841mm，L5=1508.5mm，L6=289.8mm，S=1060mm。設(shè)計要求糾偏量：？啄=±150mm。根據(jù)轉(zhuǎn)角和糾偏量的關(guān)系，把以上參數(shù)值代入各式，求得：？琢0=72°，？琢=57.41°；然后根據(jù)液壓缸行程與轉(zhuǎn)角關(guān)系，得：△S=188.2mm，實際值取△S=190mm。由于糾偏輥一般是對稱擺動的雙向糾偏，則液壓缸行程取值為380mm或±190mm。

3 結(jié)束語

雙搖桿糾偏輥作為一種典型的糾偏裝置被廣泛應(yīng)用在冷軋帶鋼精整機組中。本文通過把糾偏輥等效為雙搖桿機構(gòu)，建立平面直角坐標(biāo)系，以點坐標(biāo)為基礎(chǔ)，創(chuàng)新地運用代數(shù)方法更為簡單地解析了糾偏量與液壓缸行程的關(guān)系式。從而為設(shè)計雙搖桿糾偏輥提供了一定的理論依據(jù)，并為其它非固定擺點的糾偏輥理論分析提出了一種參考方法。

參考文獻(xiàn)

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

[2]歐陽克誠，方勝年.轉(zhuǎn)向單輥糾偏裝置糾偏效果分析[J].重型機械，2000，2：1-12.

[3]解恒坤，萬飛，等.搖桿機構(gòu)糾偏輥擺動量分析計算[J].重型機械，2012，6：73-76.

作者簡介：韋志鴻，一重集團大連設(shè)計研究院有限公司，助理工程師。