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摘 要:纠偏是保证带钢连续处理生产线正常运行的重中之重,文章对纠偏设备的纠偏方法和纠偏原理进行了分析和研究,总结了各种类型的纠偏设备纠偏执行的原理,并给出了纠偏设备设计选型的要素和原则,为纠偏设备设计提供借鉴和参考。
关键词:纠偏 执行原理 设计选型
由于带钢在运行中可能受到不可控制的力的作用,当这个作用力大于带钢与辊子间的摩擦力时,带钢就不能保持直线运行而偏离机组中心线。导致带钢在传送过程中跑偏的干扰主要有以下方面:带钢断面不均匀(如带钢镰刀弯);辊子几何形状的影响;两传送辊轴向不平行;辊面质量的影响;两端压力不均的橡胶夹送辊的影响;带钢运送中的气流和液流的影响;塔式或卧式活套中运动辊的导向精度的影响;带钢张力波动的影响。本文主要就带钢跑偏原理及纠偏设备选型等问题展开探讨。
一、带钢纠偏方法及纠偏原理
带钢的纠偏从其检测方式上来讲可分为CPC对中纠偏装置和EPC齐边纠偏装置。二者区别在于CPC对中纠偏即保证带钢的中心始终在机组中心线上,当带钢跑偏时,它是通过纠偏辊使跑偏的带钢在摩擦力的作用下回到机组中心来完成纠偏任务的。而EPC齐边纠偏装置为齐边浮动卷取,即保证钢带卷的一侧边部整齐,它是通过将卷取机的卷筒中心移向跑偏的带钢中心来保证卷取整齐的。另外,从检测原理上来讲,又可分为:电感式位置检测和光电式位置检测。下文以光电式为例来进行说明。
(一)光电式CPC对中纠偏
CPC对中纠偏位置检测装置主要用于带钢运行过程中的纠偏检测,该装置在带钢两侧各有一个光源和光束接收器(见图1)。光源发出平行光是以机组中心线为对称的,当带钢处于机组中心时,光束接收器收到的两侧光通量相等,其转换成的信号为零,无信号输出。当带钢不处于机组中心时,光束接收器收到的两侧光通量就有一个差值,转换成的信号不为零,此信号经放大器放大后传递给自动矫正本体,使其调节液压缸液压油的流向,从而使液压缸动作,驱动纠偏辊侧移或旋转,使带钢受到与偏移反向的摩擦力作用而移向机组中心,从而实现带钢的自动对中。
(二)EPC边部控制纠偏
EPC边部控制系统主要由光电感应器、放卷器、电液压控制器和随动液压缸等组成,光电感应器用于检测带钢边缘的位置,当带钢处于感应器光源的中心位置时,放大器检测到的信号为零,当带钢不处于感应器光源的中心位置时,光电感应器将有信号输出,信号经放大后传递给电液压控制器,通过液压缸的动作来控制卷取机移动,从而达到移动光电感应器的目的光电感应器固定在卷取机上,直到使带钢边部处于感应器光源的中心位置,信号变为零,从而保证带钢边部卷取整齐(见图2)。
二、带钢纠偏设备的设计选型
纠偏设备设计要考虑纠偏的效果和设备的可行性。纠偏设备在执行时要产生足够的力矩改变板带的位置又不影响板带质量,因此纠偏辊的结构,尺寸,安装都必须是最优化设计的。必须考虑到板带宽度、厚度,质量,可用空间位置,安装连接件及板带速度的影响;还应考虑环境的温湿度,粉尘、油、水等因素。下文以CPC对中纠偏设备为例对各类型的纠偏设备进行分析,总结其选型要素及原则。纠偏设备从形式上看有多种执行方式,从其原理上可分为侧移式、转动式和偏转式。
(一)侧移式纠偏辊
侧移式纠偏辊应用最为广泛的一种形式,适合使用在安装位置较为狭窄的场合下,纠偏辊架的活动机架以进带侧中心附近的支点为圆心,而移动出带侧。测量装置检测到板带中心位置的偏差,电控器通过伺服阀驱动液压油缸,推动纠偏辊旋转,而使板带最终沿设定位置运行。板带调整行程与纠偏辊活动机架调节范围成比例关系。进带方向始终与纠偏辊旋转平面成90度,测量装置、液压缸调整设备固定安装在纠偏辊架的出带位置。这种控制辊可以是由一根或一组辊子组成,辊子装在旋转架上,以下面固定框架上的旋转点转动。同时,应该使带钢能180°包缠于这一控制辊或这对控制辊,这样控制辊移动的平面可以和入口跨距与出口跨距的平面垂直[见图3(a)]。纠偏量等于入口跨距与出口跨距之间的距离L乘以控制设备旋转的α角的正弦值:C=Lsniα。这一控制系统的优点是,带钢无侧向弯曲。在出口端和入口端土会使带钢扭曲,带钢扭曲会导致带钢内的张力畸变,而呈抛物线形。控制装置的纠偏能力与角度以及入口与出口跨距之间的距离有关。
(二)转动式纠偏辊
转动式纠偏辊结构简单,辊子以一端为支点(旋转点),另一端用液压缸调节辊子的角度。当带钢跑偏,可借助于液压缸调节辊子的角度。由于辊子角度的调节,从而强制运行中的带钢在辊子上作侧向移动,直到带钢与辊轴线呈90°的位置,当带钢突然跑偏,虽然可马上调整辊子的角度,但将带钢调整到新的位置需要一定的时间,是随时间逐步积分,达到新的带钢位置,所以这种纠偏辊又称为积分效应辊。此类纠偏辊的旋转铰点当带钢自由段距离较长(大于20倍带宽)时可以考虑使用转动式纠偏辊。由于这种纠偏辊在调整时有积分时间,动态性能差,故带钢速度在100m/min以下以及带钢镰刀弯较小时,可使用这一系统,当带钢速度较高时不适用。如图3(b)所示,纠偏量ΔX=L×sinα,式中L为进出口带长。由此式可以看出,对于转动式纠偏辊进出口自由带长越长,纠偏效果越明显。
(三)偏转式纠偏辊
对于高速运行的带钢,偏转式纠偏辊的纠偏效果更佳,这种控制辊在液压缸驱动调节时,既有侧向位移(侧移),又有角度的改变(积分效应),这种纠偏辊的调节效果相当与侧移式和转动式纠偏辊的效应叠加。纠偏辊架的活动框架以与进带平面垂直并在纠偏辊之前的转轴为中心旋转(一般是虚拟的转轴),首先,纠偏辊转动时,使测量点板带如同侧移式纠偏辊产生横向位移,板带成比例移动;其次,纠偏辊转动时,纠偏辊轴线形成偏转角度,根据转动辊纠偏原理,板带受到侧向力,直到板带进带方向与辊子中心线垂直。这种纠偏辊在使用时也需要较长的自由进带距离(大于8倍带宽);自由出带距离可以短些,一般要有5倍带宽。
三、结论
第一,本文对纠偏设备的分类及选型方法进行了详细介绍,并对纠偏检测、纠偏原理进行研究,剖析了纠偏设备执行纠偏动作时带钢所产生的一系列运动的根本原因。
第二,本文对纠偏设备的纠偏方法和纠偏原理进行概括和分析,并以光电式CPC对中纠偏设备为例,分解其纠偏步骤,总结其纠偏原理,并对CPC纠偏设备的设计选型的要素和原则进行了分析,为纠偏设备设计提供借鉴和参考。
(作者单位:湖北工业大学)
【参考文献】
1、李俊飞.一种棒材计数装置的研究[J].计算机测量与控制,2004(12).
2、陈勇,李天石.带材的纠偏控制[J].机床与液压,2003(6).
3、刘道楚.防止带钢跑偏自动控制装置[J].武钢技术,1986(1).
关键词:纠偏 执行原理 设计选型
由于带钢在运行中可能受到不可控制的力的作用,当这个作用力大于带钢与辊子间的摩擦力时,带钢就不能保持直线运行而偏离机组中心线。导致带钢在传送过程中跑偏的干扰主要有以下方面:带钢断面不均匀(如带钢镰刀弯);辊子几何形状的影响;两传送辊轴向不平行;辊面质量的影响;两端压力不均的橡胶夹送辊的影响;带钢运送中的气流和液流的影响;塔式或卧式活套中运动辊的导向精度的影响;带钢张力波动的影响。本文主要就带钢跑偏原理及纠偏设备选型等问题展开探讨。
一、带钢纠偏方法及纠偏原理
带钢的纠偏从其检测方式上来讲可分为CPC对中纠偏装置和EPC齐边纠偏装置。二者区别在于CPC对中纠偏即保证带钢的中心始终在机组中心线上,当带钢跑偏时,它是通过纠偏辊使跑偏的带钢在摩擦力的作用下回到机组中心来完成纠偏任务的。而EPC齐边纠偏装置为齐边浮动卷取,即保证钢带卷的一侧边部整齐,它是通过将卷取机的卷筒中心移向跑偏的带钢中心来保证卷取整齐的。另外,从检测原理上来讲,又可分为:电感式位置检测和光电式位置检测。下文以光电式为例来进行说明。
(一)光电式CPC对中纠偏
CPC对中纠偏位置检测装置主要用于带钢运行过程中的纠偏检测,该装置在带钢两侧各有一个光源和光束接收器(见图1)。光源发出平行光是以机组中心线为对称的,当带钢处于机组中心时,光束接收器收到的两侧光通量相等,其转换成的信号为零,无信号输出。当带钢不处于机组中心时,光束接收器收到的两侧光通量就有一个差值,转换成的信号不为零,此信号经放大器放大后传递给自动矫正本体,使其调节液压缸液压油的流向,从而使液压缸动作,驱动纠偏辊侧移或旋转,使带钢受到与偏移反向的摩擦力作用而移向机组中心,从而实现带钢的自动对中。
(二)EPC边部控制纠偏
EPC边部控制系统主要由光电感应器、放卷器、电液压控制器和随动液压缸等组成,光电感应器用于检测带钢边缘的位置,当带钢处于感应器光源的中心位置时,放大器检测到的信号为零,当带钢不处于感应器光源的中心位置时,光电感应器将有信号输出,信号经放大后传递给电液压控制器,通过液压缸的动作来控制卷取机移动,从而达到移动光电感应器的目的光电感应器固定在卷取机上,直到使带钢边部处于感应器光源的中心位置,信号变为零,从而保证带钢边部卷取整齐(见图2)。
二、带钢纠偏设备的设计选型
纠偏设备设计要考虑纠偏的效果和设备的可行性。纠偏设备在执行时要产生足够的力矩改变板带的位置又不影响板带质量,因此纠偏辊的结构,尺寸,安装都必须是最优化设计的。必须考虑到板带宽度、厚度,质量,可用空间位置,安装连接件及板带速度的影响;还应考虑环境的温湿度,粉尘、油、水等因素。下文以CPC对中纠偏设备为例对各类型的纠偏设备进行分析,总结其选型要素及原则。纠偏设备从形式上看有多种执行方式,从其原理上可分为侧移式、转动式和偏转式。
(一)侧移式纠偏辊
侧移式纠偏辊应用最为广泛的一种形式,适合使用在安装位置较为狭窄的场合下,纠偏辊架的活动机架以进带侧中心附近的支点为圆心,而移动出带侧。测量装置检测到板带中心位置的偏差,电控器通过伺服阀驱动液压油缸,推动纠偏辊旋转,而使板带最终沿设定位置运行。板带调整行程与纠偏辊活动机架调节范围成比例关系。进带方向始终与纠偏辊旋转平面成90度,测量装置、液压缸调整设备固定安装在纠偏辊架的出带位置。这种控制辊可以是由一根或一组辊子组成,辊子装在旋转架上,以下面固定框架上的旋转点转动。同时,应该使带钢能180°包缠于这一控制辊或这对控制辊,这样控制辊移动的平面可以和入口跨距与出口跨距的平面垂直[见图3(a)]。纠偏量等于入口跨距与出口跨距之间的距离L乘以控制设备旋转的α角的正弦值:C=Lsniα。这一控制系统的优点是,带钢无侧向弯曲。在出口端和入口端土会使带钢扭曲,带钢扭曲会导致带钢内的张力畸变,而呈抛物线形。控制装置的纠偏能力与角度以及入口与出口跨距之间的距离有关。
(二)转动式纠偏辊
转动式纠偏辊结构简单,辊子以一端为支点(旋转点),另一端用液压缸调节辊子的角度。当带钢跑偏,可借助于液压缸调节辊子的角度。由于辊子角度的调节,从而强制运行中的带钢在辊子上作侧向移动,直到带钢与辊轴线呈90°的位置,当带钢突然跑偏,虽然可马上调整辊子的角度,但将带钢调整到新的位置需要一定的时间,是随时间逐步积分,达到新的带钢位置,所以这种纠偏辊又称为积分效应辊。此类纠偏辊的旋转铰点当带钢自由段距离较长(大于20倍带宽)时可以考虑使用转动式纠偏辊。由于这种纠偏辊在调整时有积分时间,动态性能差,故带钢速度在100m/min以下以及带钢镰刀弯较小时,可使用这一系统,当带钢速度较高时不适用。如图3(b)所示,纠偏量ΔX=L×sinα,式中L为进出口带长。由此式可以看出,对于转动式纠偏辊进出口自由带长越长,纠偏效果越明显。
(三)偏转式纠偏辊
对于高速运行的带钢,偏转式纠偏辊的纠偏效果更佳,这种控制辊在液压缸驱动调节时,既有侧向位移(侧移),又有角度的改变(积分效应),这种纠偏辊的调节效果相当与侧移式和转动式纠偏辊的效应叠加。纠偏辊架的活动框架以与进带平面垂直并在纠偏辊之前的转轴为中心旋转(一般是虚拟的转轴),首先,纠偏辊转动时,使测量点板带如同侧移式纠偏辊产生横向位移,板带成比例移动;其次,纠偏辊转动时,纠偏辊轴线形成偏转角度,根据转动辊纠偏原理,板带受到侧向力,直到板带进带方向与辊子中心线垂直。这种纠偏辊在使用时也需要较长的自由进带距离(大于8倍带宽);自由出带距离可以短些,一般要有5倍带宽。
三、结论
第一,本文对纠偏设备的分类及选型方法进行了详细介绍,并对纠偏检测、纠偏原理进行研究,剖析了纠偏设备执行纠偏动作时带钢所产生的一系列运动的根本原因。
第二,本文对纠偏设备的纠偏方法和纠偏原理进行概括和分析,并以光电式CPC对中纠偏设备为例,分解其纠偏步骤,总结其纠偏原理,并对CPC纠偏设备的设计选型的要素和原则进行了分析,为纠偏设备设计提供借鉴和参考。
(作者单位:湖北工业大学)
【参考文献】
1、李俊飞.一种棒材计数装置的研究[J].计算机测量与控制,2004(12).
2、陈勇,李天石.带材的纠偏控制[J].机床与液压,2003(6).
3、刘道楚.防止带钢跑偏自动控制装置[J].武钢技术,1986(1).