提高帶頭在橡膠套筒上定位精度的方法

趙寶華

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海201900）

1 概述

帶頭印是卷取時帶頭與內圈帶鋼擠壓形成的，由于在帶頭位置帶鋼厚度突然由0 變到帶鋼實際厚度，因此會在此處形成一個凸起，加上帶鋼的張力卷取，這個凸起會在后面接下來的幾圈上“復印”，形成周期性的，貫穿整個帶鋼寬度的缺陷。有的帶頭印缺陷可能只有幾米，有的可能有一百多米，嚴重影響產品的質量和成材率。為了盡量減少這些缺陷的影響，卷取機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度,提高產品成材率。

2 帶頭的定位方法和影響因素分析

由于連續生產的機組帶鋼是不停止的，當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方向運動，此時卷取機卷筒處于停止狀態，帶頭到達某一位置后，卷取機卷筒帶著橡膠套筒開始啟動，當帶頭到達卷筒時，要求卷取機卷筒上橡膠套筒軟帶也剛好到達，并且與帶頭速度相同，因此要想在運動過程中把帶頭準確壓到軟帶位置必須滿足兩個條件。a.帶頭作直線運動到達目標位置時，橡膠套筒上的軟帶也必須同時到達，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。b.橡膠套筒到達目標位置時外圓面上的切向線速度必須與帶頭的線速度相同。

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

圖1 出口設備布置圖

某鋼廠的熱鍍鋅機組出口段布置如圖1，原設計出口剪剪切后，帶頭穿帶到光電開關A位置后標記為零位，帶頭穿過零位以后通過張力輥上的編碼器記錄的長度來確定帶頭的具體位置。由于是自由穿帶，所以不同規格（或相同規格不同材質）帶鋼在穿帶過程中從A點到B點在轉向夾送輥位置彎曲程度不一樣，所以帶頭到達卷取機卷筒上B點（上卷取方式）實際長度和編碼器理論計算長度值不同，加上傳動設備等的誤差，所以會造成帶頭不能壓到橡膠套筒的軟帶區域，造成帶頭定位失敗。

由實際測量發現該機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到±0.25mm/s。由此可見該機組的位置定位精度不能滿足帶頭定位到橡膠套筒軟帶區域的要求。對不同規格、不同材質帶鋼帶頭在橡膠套筒軟帶區域的定位進行跟蹤記錄，然后根據統計結果在控制系統里進行補償，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，減短帶鋼帶頭印長度的目標無法實現。

3 改進方法

圖2 上卷取時帶鋼與水平線夾角

上卷取帶鋼與卷筒的切點位置B如圖2 所示，AB為上卷取時帶鋼位置，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：

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

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

圖3 下卷取時帶鋼與水平線夾角

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

圖4 E 點位置

E 點位置如圖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 速度時間曲線

根據以上計算可得卷取機橡膠套筒上軟帶位置切向速度與時間的曲線如圖5 所示，從圖5 上可以看出ED段為卷取機卷筒上橡膠套筒的勻加速階段，DB段為達到帶鋼穿帶速度后的勻速運動階段，曲線EDB與坐標軸圍起區域的面積即為橡膠套筒上軟帶從E點開始以勻加速度啟動，然后勻速運動到達B點走過的弧長s。

由帶頭定位的條件，結合圖5 可知，帶頭檢測開關設置在曲線上D點最合適，因為D點以后帶頭和橡膠套筒上軟帶位置的線速度相同，而且到達同一點花費的時間也相同。圖5 中陰影線區域的面積即為帶頭通過圖1 中D點后走過的距離s，它與橡膠套筒軟帶位置切向速度達到帶鋼穿帶速度后走過的弧長相同，即為203.95mm。當帶頭走到D點后，檢測橡膠套筒上軟帶從啟動到此時走過的弧長，與理論上啟動1S后走過的弧長相對比，然后在到達B點前這個區間進行補償，從而減小定位誤差。

由此可見圖1 中D點帶頭檢測光電開關應該設置在距離B點203.95mm的位置。

按照上面的原理定位帶頭時，除了動態定位過程中位置控制要準確，軟帶啟動時的位置也直接影響著最終定位的精度，因此卷取機在卸完卷后，卷取機卷筒應該低速轉動，實現精確停車定位。

通過以上的分析、計算結合實際運行情況，得到以下改進方法：a.把帶頭檢測光電開關設置在距離B點203.95mm的位置。b.橡膠套筒軟帶啟動位置設置在與豎直線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設置各設置一個接近開關。c.卷筒低速轉動精確定位軟帶停止位置。d.結合實際情況通過電氣系統對誤差進行補償。

4 結論

通過以上簡單的改進，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度，提高產品質量和成品率，實現低成本投入、高收益回報的目的。