糾偏裝置設(shè)計分析

馬 鵬 鄭忠良 劉 輝

(中國二重重型機(jī)械設(shè)計研究院，四川 618000)

在冷軋板帶的生產(chǎn)過程中，由于帶鋼的板形不平直，或機(jī)械設(shè)備加工安裝等原因，均可能產(chǎn)生帶鋼跑偏現(xiàn)象，影響生產(chǎn)。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)的順利進(jìn)行，在連續(xù)生產(chǎn)線上，如酸軋機(jī)組、鍍鋅機(jī)組都使用糾偏裝置?？刂茙т撆芷?，成為各種連續(xù)生產(chǎn)線設(shè)計的重要內(nèi)容之一。

1 帶鋼跑偏原因分析

在實際生產(chǎn)中，帶鋼跑偏的原因主要包括帶鋼板形不好、輥子磨損不均勻或設(shè)備制造加工與安裝誤差較大等。

2 糾偏裝置結(jié)構(gòu)

糾偏輥按照輥子的數(shù)量可分為單輥糾偏、雙輥糾偏以及三輥糾偏。按照控制方式，可分為P形調(diào)節(jié)糾偏輥、I 形調(diào)節(jié)糾偏輥、PI 形調(diào)節(jié)糾偏輥。其中單輥糾偏結(jié)構(gòu)較為簡單，其原理是利用帶鋼在糾偏輥上的螺旋偏移作用進(jìn)行糾偏。

下面針對相對較復(fù)雜的PI 型單輥糾偏裝置進(jìn)行分析。

某單輥PI 形調(diào)節(jié)糾偏結(jié)構(gòu)形式示意如圖1所示。

該結(jié)構(gòu)由液壓缸、糾偏輥、支撐框架、轉(zhuǎn)動連桿及位移傳感器組成。

3 單輥糾偏裝置運動分析

在實際工程運用中，帶鋼位置檢測裝置布置于帶鋼入口或出口，檢測帶鋼偏移量，由該信號控制液壓缸驅(qū)動糾偏輥動作，從而達(dá)到糾偏作用。

如圖2 所示，當(dāng)檢測到帶鋼跑偏后，由液壓缸伸縮動作，使糾偏輥繞某一點擺動一定角度，可使糾偏輥上帶鋼出口端產(chǎn)生向右初始糾偏量。如果擺動的角度適宜，可使帶鋼出口端暫時擺至生產(chǎn)線上;同時，因糾偏輥擺動后入口帶鋼出現(xiàn)偏角，產(chǎn)生螺旋偏移作用，一段帶鋼在輥面上螺旋右移，從而達(dá)到糾偏的效果。

如圖2 所示，CPC 檢測點與糾偏輥中心距離為d，當(dāng)帶鋼跑偏后，糾偏輥繞輥后方某點轉(zhuǎn)動α角，糾偏輥擺動后，入口帶鋼出現(xiàn)偏角β=α，產(chǎn)生螺旋偏移作用，長為d 的一段帶鋼在輥面上的螺旋偏移量f=dsinα。

由此可得

對O2FGO3進(jìn)行分析:

G 點坐標(biāo):

G'點坐標(biāo):

F 點坐標(biāo):

F'點坐標(biāo):

圖中，F(xiàn)G 與F'G'之間夾角與糾偏輥轉(zhuǎn)動角度相等，同為角α。

由此可知:

即:

聯(lián)立式(1)(2)(3)求得:(O2Fsin ∠2+O3Gsin ∠1+O3Gtanαcos ∠1-O2Ftanαcos∠2)sinΔ+(O2Fcos∠2-O3Gcos∠1+O3Gtanαsin∠1+O2Ftanαsin∠2)cosΔ=O2O3tanα

記:

A=O2Fsin∠2+O3Gsin∠1+O3Gtanαcos∠1-O2Ftanαcos∠2

B=O2Fcos∠2-O3Gcos∠1+O3Gtanαsin∠1+O2Ftanαsin∠2

聯(lián)立式(4)(5)求解:

對O1EFO2進(jìn)行分析:

液壓缸頭部鉸點E 與連桿O2F 鉸點F 之間距離始終保持不變，則有

如圖可知:E'F'⊥G'F'

聯(lián)立式(6)(7)求解得

由此，在已知入口帶鋼偏移量f 時，通過控制液壓缸伸縮量，從而實現(xiàn)糾偏。

4 MATLAB 程序計算仿真

定義糾偏機(jī)構(gòu)中各變量見表1。

表1 糾偏機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Structural parameters of correction mechanism

部分仿真程序如下:

O2O3=input(‘請定義連桿鉸點間距離(輥子長度與輥子端面與鉸點距離之和)O2O3:’);

O1O2=input(‘請定義液壓缸轉(zhuǎn)動鉸點與連桿固定點間距離O1O2:’);

EF=input(‘請定義框架寬度EF:’);

d=input(‘請定義糾偏輥中心與CPC 中心距d:’);

alf=asin(f/d);

A=O2F* sin(jiao)+O3G* sin(jiao)+O3G.* tan(alf)* cos(jiao)-O2F.* tan(alf)* cos(jiao);

B=O2F* cos(jiao)-O3G* cos(jiao)+O3G.* tan(alf)* sin(jiao)+O2F.* tan(alf)* sin(jiao);

C=(B.^2)./(A.^2)+1;

D=(2* O2O3* tan(alf).* B)./(A.^2);

E=(O2O3.* tan(alf)./A).^2-1;

xF=O2F* cos(jiao-delta1);%帶鋼向下偏移

yF=O1O2+O2F* sin(jiao-delta1);

……

m0=sqrt(xe^2+ye^2);

m=sqrt(xE.^2+yE.^2);

dm=m0-m;%液壓缸縮回量

……

xFS=O2F* cos(jiao+delta1);%帶鋼向上偏移

yFS=O1O2+O2F* sin(jiao+delta1);

mS=sqrt(xES.^2+yES.^2);

dmS=mS-m0;%液壓缸伸出量

……

某冷軋生產(chǎn)線上一單輥糾偏機(jī)構(gòu)中，連桿O2F、O3G 長度為600 mm、糾偏輥輥身長度2 300 mm、連桿鉸點O2O3間距為3 070 mm、連桿初始水平方向夾角為18°、液壓缸轉(zhuǎn)動鉸點與連桿轉(zhuǎn)動鉸點O1O2間距為1 055 mm，CPC 與糾偏輥中心間距離d=1 715 mm。當(dāng)帶鋼偏移量由0 到60 mm 變化時，可計算出液壓缸缸頭鉸點運動軌跡。計算結(jié)果如圖3 所示。

糾偏輥中液壓缸缸頭初始坐標(biāo)為(-349.366 1，1 241)，圖3 中初始點左側(cè)軌跡為帶鋼向生產(chǎn)線中心以上偏移，初始點右側(cè)軌跡為帶鋼向生產(chǎn)線中心以下偏移。由圖可知，若CPC檢測到入口帶鋼向下偏移量f=30 mm 時，糾偏輥輥身轉(zhuǎn)動α=1°，液壓缸縮回行程為dm=92 mm。f=50 mm 時，糾偏輥輥身轉(zhuǎn)動α=1.677°，液壓缸縮回行程為dm=154 mm。

通過檢測入口帶鋼偏移量f，計算所得液壓缸缸頭鉸點的位置坐標(biāo)，可擬合出其軌跡解析表達(dá)式如下:

式中，a1=1 331，b1=-423.5，c1=119.7，a2=433.2，b2=-321.9，c2=53.29。

按公式(10)，擬合曲線與實際情況接近，可用于在線糾偏控制。

利用該仿真計算，在新設(shè)計中，可根據(jù)帶鋼規(guī)格參數(shù)的不同要求，設(shè)定糾偏裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)，如連桿長度，鉸點位置，連桿初始角度等?？筛鶕?jù)糾偏精度要求，控制液壓缸行程。

圖3 液壓缸缸頭鉸點運動軌跡Figure 3 Movement path of hydraulic cylinder cover hinge

5 結(jié)束語

糾偏裝置是連續(xù)生產(chǎn)線上重要設(shè)備之一，其合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是達(dá)到線上糾偏能力要求的前提。本文提供了單輥糾偏裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的方法，對單輥糾偏裝置的設(shè)計具有一定的參考價值。

［1］劉洪，張愛華.連續(xù)退火機(jī)組退火爐內(nèi)的糾偏技術(shù)應(yīng)用.梅山科技，2011，3:12-14.

［2］葉紅，韓俊平.冷軋機(jī)組帶鋼糾偏研究.裝備制造技術(shù)，2010，4:27-28.

［3］龍迎春，劉愛軍，肖富英.冷酸軋機(jī)糾偏輥軸承座的受力分析.湘潭師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009:107-110.