帶鋼自動糾偏原理研究及應用

肖力子 張康

摘 要：文章結合連續帶鋼生產設備及工藝特點，分析了帶鋼跑偏的原因。介紹了帶鋼生產中的自動糾偏系統，通過分析其中原理，建立相應的糾偏數學模型，并分析了各類糾偏形式的糾偏特點及效果。最后通過對某1320mm直接軋制退火酸洗機組中的糾偏應用進行比較分析，驗證了各種常用糾偏形式的應用條件。

關鍵詞：糾偏對中；CPC；跑偏；電液伺服

引言

在連續帶鋼生產中，帶鋼的穩定連續運行是作業效率和質量的保證。如何在各生產環節中對跑偏帶鋼進行糾偏控制已成為連續帶鋼生產的重要課題。

1 帶鋼跑偏原因分析

帶鋼運行中產生跑偏有多方面的原因：（1）帶鋼質量缺陷。如板形、板凸度缺陷，帶鋼焊接不齊，表面光潔度不均等，會在張力運行中造成側向力或螺旋升角導致帶鋼跑偏[1]。（2）設備制造安裝。如運行輥子制造安裝精度差，磨損不均導致帶鋼向一側滑移。（3）工藝因素。如不均勻軋制、受熱不均或張力波動等。

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

圖1 板帶自動糾偏系統

2 帶鋼糾偏原理研究

帶鋼運行中，如果前進方向與輥子軸線不垂直，輥子旋轉過程中會產生對帶鋼的橫向摩擦力，產生螺旋卷取效應，使帶鋼橫向移動，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；L自由帶鋼長度，mm；？琢-跑偏角，度。

3 幾種自動糾偏系統

根據糾偏形式的不同，實際應用中形成了三種基本糾偏方式。

3.1 比例糾偏輥系統

在工作空間狹小處經常應用比例糾偏輥（P型糾偏輥），其原理是通過糾偏輥框架以進帶平面上的一點為旋轉軸轉動，使帶鋼能夠側向移動（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-糾偏調整量，mm；L0-入帶自由長度，mm；？茁-糾偏擺動角，度。

當擺動角度？茁較小時，糾偏量？啄正比于L0，故稱之為比例糾偏輥，其應用形式見圖4。

圖4 比例糾偏輥的應用形式

3.2 積分糾偏輥系統

在較長進帶距離生產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，帶鋼邊緣上某一點先接觸到輥子上點P1位置后，隨著輥子轉動，從P1轉動到了P'1位置，帶鋼于出口與輥子軸線垂直，產生橫移？啄，即由于運行速度方向的變化，使帶鋼橫移，這就是積分現象的實質[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-帶鋼運行的速度，mm/s；？琢-糾偏擺動角，度。

橫移量？駐？啄與擺動角？琢和帶鋼通過輥面的時間dt的關系為：

？駐？啄=vi（t）·dt （4）

兩邊同時積分， ，即

由式（5）得出帶鋼糾偏橫移量是時間的積分。其布置形式主要有四種（見圖6）。

圖5 積分現象示意圖 圖6 積分糾偏輥的應用形式

3.3 比例積分糾偏輥系統

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，既實現了出帶的精確調整，又實現了進帶的糾偏調整，綜合效果為P-I效應。

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驅動回轉， 框架由兩個回轉中心O1、O2約束的等徑臂O1A1、O2B2 同糾偏輥A1B1構成四連桿機構。當油缸帶動框架向左擺動時， 糾偏輥A1B1向右傾斜至A2B2。當油缸反向， 則糾偏輥A1B1向左傾斜， 使帶材平移而實現糾偏[4][2]。

1-連桿，2-框架，3-輥子，4-擺動液壓缸。

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，取0.65；？琢-糾偏角，度。

比例積分糾偏輥在連續帶鋼生產中得到廣泛應用，布置形式十分靈活（見圖8）。

4 實際應用自動糾偏系統案例

在某1320mm直接軋制退火酸洗機組中，從開卷→雙機架軋制→脫脂→退火→除磷→酸洗→卷取，自動糾偏裝置應用于整個生產線（見表1）。

基于在連續帶鋼生產線的應用及比較，得到各類糾偏系統的應用特點：

（1）比例糾偏系統（P型）可在出帶位置進行精確調整且反應快，對進帶和出帶長度要求不高，可設置在預留空間狹窄的地方，且可調整帶鋼運行高度，配合機組布置。因此通常布置在軋機和卷取機等對進帶要求較高的設備入口。

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

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

5 結束語

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行理論分析，數學建模，分析了各種糾偏系統的糾偏能力及應用形式。結合某1320mm直接軋制退火酸洗機組中這三種糾偏系統的布置情況，分析了各自的應用特點，為糾偏系統的實際應用提供了參考方案。

參考文獻

[1]歐陽克誠，方勝年.轉向單輥糾偏裝置糾偏效果分析[J].重型機械，2000，2：1-4.

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

[3]戴寶泉，胡國平.帶鋼運動過程中對中糾偏原理研究與應用[J].冶金設備，2010，2：20-24.

[4]解恒坤，萬飛，解天.雙搖桿機構糾偏輥擺動量分析計算[J].重型機械，2012，6：73-76.

作者簡介：肖力子（1988，5-），男，遼寧大連，研究生學歷，助理工程師，研究方向：機械設計。