帶鋼精整機(jī)組漸變張力助卷新技術(shù)

王 鵬，孫亞波，劉渭苗，崔衛(wèi)華，段錦濤

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032)

0 前言

經(jīng)冷軋機(jī)組軋制后的帶鋼，必須經(jīng)過(guò)精整處理加工，才能得到高質(zhì)量的合格產(chǎn)品。精整機(jī)組主要進(jìn)行重卷、修邊等工序。

帶鋼精整機(jī)組一般具備上開(kāi)卷、下開(kāi)卷和上卷取、下卷取功能。帶鋼卸卷完成后，執(zhí)行自動(dòng)助卷。卷取軸頭支撐抬起支撐卷筒，出口轉(zhuǎn)向輥擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板擺起伸出到助卷位，助卷器進(jìn)入，助卷皮帶抱住卷筒，機(jī)組聯(lián)動(dòng)，皮帶包裹帶鋼進(jìn)入卷筒，助卷2～3圈后，助卷器退出，出口轉(zhuǎn)向輥擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板縮回并擺下到初始位，自動(dòng)助卷完成，進(jìn)行帶鋼精整處理生產(chǎn)。

一般自動(dòng)助卷時(shí)[1-12]，帶鋼與卷筒之間以及鋼卷內(nèi)圈之間由于摩擦系數(shù)很小易發(fā)生打滑，造成助卷后的鋼卷內(nèi)圈溢出，大大降低了鋼卷合格率。

本文針對(duì)鋼卷內(nèi)圈溢出問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了漸變張力助卷新技術(shù)，顯著提高了鋼卷合格率。

1 工藝布置

上卷取自動(dòng)助卷工藝布置如圖1所示，出口轉(zhuǎn)向輥擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板起輔助導(dǎo)向帶鋼穿帶作用；助卷皮帶包裹卷筒輔助實(shí)現(xiàn)帶鋼卷取。

1.出口轉(zhuǎn)向輥擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板 2.帶鋼 3.卷筒 4.助卷器圖1 自動(dòng)助卷工藝布置圖(上卷取)

上卷取自動(dòng)助卷工藝流程為：

(1) 卷取軸頭支撐抬起支撐卷筒；

(2) 出口轉(zhuǎn)向輥的擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板擺起、伸出到上卷取位置；

(3) 助卷器進(jìn)入，下擺臂抱住卷筒，助卷皮帶包裹卷筒；

(4) 機(jī)組聯(lián)動(dòng)，出口轉(zhuǎn)向輥的壓輥壓下，夾送帶鋼經(jīng)由擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板進(jìn)入助卷器皮帶與卷筒之間；

(5) 機(jī)組繼續(xù)聯(lián)動(dòng)，卷取2～3圈；

(6) 出口轉(zhuǎn)向輥的擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板縮回、擺下到初始位；

(7) 助卷器下擺臂打開(kāi)，退回到初始位；

(8) 機(jī)組聯(lián)動(dòng)進(jìn)行精整生產(chǎn)。

下卷取自動(dòng)助卷工藝布置如圖2所示，助卷皮帶包裹卷筒輔助實(shí)現(xiàn)帶鋼卷取。

1.出口轉(zhuǎn)向輥擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板 2.帶鋼 3.卷筒 4.助卷器圖2 自動(dòng)助卷工藝布置圖(下卷取)

下卷取自動(dòng)助卷工藝流程為：

(1) 卷取軸頭支撐抬起支撐卷筒；

(2) 出口轉(zhuǎn)向輥的擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板擺起、伸出到下卷取位置；

(3) 助卷器進(jìn)入，上擺臂抱住卷筒，助卷皮帶包裹卷筒；

(4) 機(jī)組聯(lián)動(dòng)，出口轉(zhuǎn)向輥的壓輥壓下，夾送帶鋼經(jīng)由擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板進(jìn)入助卷器皮帶與卷筒之間；

(5) 機(jī)組繼續(xù)聯(lián)動(dòng)，卷取2～3圈；

(6) 出口轉(zhuǎn)向輥的擺動(dòng)伸縮導(dǎo)板縮回、擺下到初始位；

(7) 助卷器上擺臂打開(kāi)，退回到初始位；機(jī)組聯(lián)動(dòng)進(jìn)行精整生產(chǎn)。

本文著重研究自動(dòng)助卷過(guò)程中，卷取機(jī)的控制方案，通過(guò)合理控制卷取機(jī)的速度以及轉(zhuǎn)矩，使卷取機(jī)轉(zhuǎn)矩與帶鋼和卷筒以及鋼卷內(nèi)圈之間的摩擦力相平衡，避免了打滑的發(fā)生，解決助卷后的鋼卷內(nèi)圈溢出問(wèn)題。

2 原有卷取機(jī)控制模式

通常自動(dòng)助卷時(shí)，卷取機(jī)控制模式分兩種：

(1) 速度控制模式，同時(shí)設(shè)置轉(zhuǎn)矩限幅。帶鋼達(dá)到卷筒與助卷皮帶結(jié)合處前，卷取機(jī)按照預(yù)設(shè)定的速度控制，帶鋼進(jìn)入卷筒與助卷皮帶之間，且負(fù)載達(dá)到轉(zhuǎn)矩限幅值后，卷取機(jī)速度保持機(jī)組速度，力矩保持轉(zhuǎn)矩限幅值。

(2) 轉(zhuǎn)矩控制模式，同時(shí)設(shè)置速度最大值。帶鋼達(dá)到卷筒與助卷皮帶結(jié)合處前，卷取機(jī)按照機(jī)組速度附加速度激勵(lì)控制，帶鋼進(jìn)入卷筒與助卷皮帶之間，且負(fù)載達(dá)到轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)定值后，卷取機(jī)速度保持機(jī)組速度，力矩保持轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)定值。

(3) 上述兩種模式下，帶鋼進(jìn)入卷筒與助卷皮帶之間后，卷取機(jī)出力為轉(zhuǎn)矩限幅值或者轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)定值，均很難和帶鋼與卷筒的摩擦力匹配，從而，導(dǎo)致帶鋼與卷筒以及鋼卷內(nèi)圈之間打滑，造成助卷后的鋼卷內(nèi)圈溢出，如圖3所示。

圖3 鋼卷內(nèi)圈溢出

3 漸變張力助卷新技術(shù)

為了解決帶鋼與卷筒之間以及鋼卷內(nèi)圈之間打滑造成的鋼卷內(nèi)圈溢出，開(kāi)發(fā)了漸變張力助卷新技術(shù)。在助卷開(kāi)始階段，以帶鋼和卷筒不發(fā)生打滑為原則，卷取機(jī)張力值隨帶鋼和卷筒之間摩擦力自動(dòng)調(diào)整，保證內(nèi)圈卷緊。在第一圈帶鋼形成后，助卷張力開(kāi)始逐漸增大，直到達(dá)到設(shè)定卷取張力，此過(guò)程同樣以鋼卷內(nèi)圈不發(fā)生打滑為原則，根據(jù)帶鋼與帶鋼之間摩擦力的實(shí)際值實(shí)時(shí)調(diào)整卷取機(jī)張力值，從而避免了帶鋼與卷筒之間打滑造成的鋼卷內(nèi)圈溢出，控制流程如圖4所示。

圖4 漸變張力助卷控制流程圖

控制流程如下：

(1) 卷取機(jī)轉(zhuǎn)矩初段預(yù)設(shè)定值T0=T1，i=1；

(2) 比較卷取機(jī)轉(zhuǎn)矩反饋值Tf與T0的大小，如果Tf

(3) 比較卷取機(jī)速度va與vl的大小，如果va≥vl+vm，令卷取機(jī)轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)定值T0=T0-Td，轉(zhuǎn)到步驟(2)繼續(xù)執(zhí)行；

(4) 判斷i≤N是否成立，N為轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)定值分段數(shù)，如果成立，令i=i+1，卷取機(jī)轉(zhuǎn)矩第i段預(yù)設(shè)定值T0=Ti，轉(zhuǎn)到步驟(2)繼續(xù)執(zhí)行；否則，結(jié)束。

4 實(shí)例

某精整機(jī)組由于帶鋼表面涂油量大，導(dǎo)致帶鋼與卷筒之間以及鋼卷內(nèi)圈之間的摩擦系數(shù)急劇下降，卷取后的鋼卷內(nèi)圈溢出嚴(yán)重，卷取后的鋼卷都為廢品鋼卷。

將本文所提出的漸變張力助卷新技術(shù)應(yīng)用于卷取機(jī)的自動(dòng)助卷控制，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，取得了良好地效果，鋼卷內(nèi)圈溢出精度≤2 mm，完全達(dá)到雙方簽訂的精度≤5 mm，如圖5所示。

圖5 合格鋼卷

5 結(jié)論

本文分析了原有卷取機(jī)控制模式造成鋼卷內(nèi)圈溢出的原因，提出了漸變張力助卷新技術(shù)。在助卷開(kāi)始階段，以帶鋼和卷筒不發(fā)生打滑為原則，助卷張力隨摩擦系數(shù)自動(dòng)調(diào)整，保證內(nèi)圈卷緊。在第一圈帶鋼形成后，助卷張力開(kāi)始逐漸增大，直到達(dá)到設(shè)定卷取張力，此過(guò)程同樣以鋼卷內(nèi)圈不發(fā)生打滑為原則。此技術(shù)應(yīng)用于某精整機(jī)組，控制效果良好，完全能夠滿(mǎn)足工業(yè)要求。

[1] 周?chē)?guó)盈. 帶鋼精整設(shè)備[M]. 北京,機(jī)械工業(yè)出版社，1979.

[2] 譚剛，陳兵. 冷軋后處理機(jī)組張力輥設(shè)計(jì)計(jì)算[J]. 四川冶金,2010(02).

[3] 孫亞波，張康武. 穩(wěn)定夾送輥理論設(shè)計(jì)方法[J]. 重型機(jī)械, 2012(06).

[4] 孫亞波，張康武. 帶鋼高速精整線(xiàn)開(kāi)卷和卷取動(dòng)態(tài)分析[J]. 重型機(jī)械, 2013(06).

[5] 任玉成. 拉伸彎曲矯直機(jī)基本工藝參數(shù)的確定[J]. 四川冶金，2005(02).

[6] 連家創(chuàng). 矯直理論與卷取原理[M]. 北京,機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[7] 孫一康. 帶鋼熱連軋的模型與控制[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社, 2007.

[8] 劉玠.冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社, 2006.

[9] 李慶揚(yáng), 王能超, 易大義. 數(shù)值分析[M]. 武漢: 華中科技大學(xué)出版社, 2001.

[10] 李健，顏云輝. 基于薄板固有特性的連續(xù)熱鍍鋅帶鋼表面質(zhì)量在線(xiàn)控制. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2011(02).

[11] 宋建芝.帶鋼精整機(jī)組張力輥計(jì)算和設(shè)計(jì)研究.冶金設(shè)備,2009(01):43-47.

[12] 孫亞波，張康武. 帶鋼高速精整線(xiàn)開(kāi)卷和卷取動(dòng)態(tài)分析. 重型機(jī)械, 2013(06): 30-33.