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環形鋼帶的液壓糾偏裝置

2020-06-21 23:46:10孫繼勇
科學導報·學術 2020年71期

孫繼勇

【摘 要】環形鋼帶傳送設備廣泛應用于造紙、化工原料傳送、隧道式食品烤爐傳送、單凍機冷凍鋼帶傳送、薄膜流延設備環形鋼帶傳送、環形鋼帶壓機設備、鼓式硫化機等工業領域。一般設備,如化工、食品的鋼帶傳送設備往往不需要將鋼帶張的那么平直,對糾偏的要求也不高。但是大型設備如鋼帶壓機、鋼帶式薄膜流延設備等環形鋼帶傳送過程中,因為工藝的需要,輪轂所需張緊力往往非常大,壓機設備和薄膜流延設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備已經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。與其他鋼帶糾偏設備相比較,液壓鋼帶糾偏設備是一種大張力糾偏設備,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整到中間位置,并保證5mm以內的糾偏范圍。這種裝置對于大張力鋼帶的糾偏是突破性的。液壓式環形鋼帶糾偏裝置包含了輪轂液壓缸、傳感器檢測系統、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控制器通過預先編寫的程序不間斷的輸出4-20mA電流給兩側液壓油缸的比例閥,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,鋼帶從張緊的一側往放松的一側移動,直到鋼帶回到中間位置,從而實現糾偏的功能。

【關鍵詞】環形鋼帶傳送設備;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

大張力環形鋼帶輸送機需要在鋼帶環形運轉過程中將鋼帶張平,比如應用于薄膜流延設備的鋼帶運輸機,薄膜流延輸送機在保溫箱體里環形運轉,設備長度達到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及正計劃使用鋼帶運輸機的企業提供幫助。

1.1大張力鋼帶傳送設備的鋼帶問題分析

現在使用的大張力環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,因為物料產品要在鋼帶上環繞一圈,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,環形鋼帶傳送設備由于多種原因其跑偏現象是不可避免的。而由于鋼帶跑偏所造成的生產事故包括碰撞切割鋼帶兩側的設備,鋼帶自身也會卷邊甚至斷裂,會給企業帶來巨大損失。所以為了保證鋼帶連續平穩的在規定范圍內運行,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,內側130度的高溫使得托輥糾偏不能放置于鋼帶內側,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成功應用于國內多家企業,控制大型鋼帶鋼帶傳送設備的鋼帶跑偏范圍在正負5mm以內。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油缸行程來定,在0-300mm范圍內。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:液壓缸的精準回退靠調整液壓缸有桿腔背壓來實現。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生產的可變量軸向柱塞泵,震動噪音小,剛性的結構和高轉速低摩擦的構造使油泵的壽命、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節器,可手動調節限制泵出口壓力。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,當超過限制值后,液壓油經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,當閥芯在零位時,油路關閉,閥芯在正向位置時閥打開開始進油,當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的軸承座上。

1.2.4基于PLC的糾偏控制系統:PLC采用西門子公司S7-200SMART的SR40CPU的PLC,使用網口通訊。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,當壓力達到設定壓力時,并且油缸兩側位移值達到設定值時張緊完成。放松過程則相反,打開泄壓球閥,液壓油從油缸經泄壓閥緩慢流入油箱,調節比例閥的開度用于控制泄壓速度。鋼帶張緊和放松有PLC程序連續控制,當檢測到油壓低于限制值則自動張緊,當檢測到油壓高于設定值則自動放油泄壓。

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

糾偏檢測位移傳感器將跑偏位置信號轉換成4-20mA電流信號送給PLC,PLC根據收到的跑偏位置信號調整比例閥開度實現自動糾偏。當鋼帶跑偏到極限位置后PLC發出報警信號,糾偏裝置停止運轉并且將信號輸出給鋼帶驅動控制系統,客戶根據此信號確認停止鋼帶驅動電機。

糾偏動作的算法如下:

(1)糾偏傳感器位移量在允許范圍內(5mm以內),糾偏不工作。

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

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

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

結束語

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

參考文獻:

[1]S7-200 Smart系統手冊,西門子自動化與驅動集團.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:上海銘客傳動系統有限公司)

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