梭車接卷的穩(wěn)定性研究

劉曉明

（山信軟件日照自動(dòng)化分公司，山東 日照 276800）

0 引言

由于現(xiàn)場(chǎng)存在的各種不確定性，接卷過(guò)程中鋼卷會(huì)給梭車一定橫向力，導(dǎo)致梭車在接卷過(guò)程中產(chǎn)生掉卷危險(xiǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)存在鞍座V型口角度傾斜，鞍座覆板安裝精度不夠，軌道磨損嚴(yán)重電機(jī)輸出要求更高，軌道表面存在降低摩擦力的水汽造成定位不準(zhǔn)，接卷梭車電機(jī)抱閘鎖緊動(dòng)力不足等問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，設(shè)備老舊等情況的發(fā)生，上述這些問(wèn)題可能會(huì)成為事故發(fā)生的最后一根稻草，導(dǎo)致鋼卷在接卷過(guò)程中掉落。本文主要解決鋼卷被接到梭車鞍座上的擺動(dòng)、鋼卷橫向力使得梭車水平橫移造成掉卷風(fēng)險(xiǎn)這類問(wèn)題。通過(guò)容錯(cuò)率的提升及鋼卷軟接觸的方法，實(shí)現(xiàn)接卷梭車在以上眾多惡劣環(huán)境下依舊能夠穩(wěn)定牢靠地接卷，降低梭車接卷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的要求，減少設(shè)備維護(hù)次數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)梭車接卷能夠在更多容錯(cuò)的情況下自動(dòng)運(yùn)行[1]。

1 控制情況

主要從生產(chǎn)工藝組成及自動(dòng)控制時(shí)序兩方面描述現(xiàn)場(chǎng)及控制情況。

1.1 生產(chǎn)工藝

圖1為現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)簡(jiǎn)易版示意圖。生產(chǎn)工藝為：步進(jìn)梁將鋼卷運(yùn)送接卷鞍座上，利用梭車將接卷鞍座上的鋼卷運(yùn)送下一個(gè)接卷鞍座。梭車到達(dá)接卷鞍座后執(zhí)行接卷的過(guò)程中，各種工況造成的鋼卷產(chǎn)生橫向力容易造成鋼卷在梭車鞍座上擺動(dòng)的情況，從而出現(xiàn)鋼卷掉落風(fēng)險(xiǎn)。梭車橫移是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，梭車升降通過(guò)液壓控制。

1.2 梭車接卷自動(dòng)運(yùn)卷時(shí)序

自動(dòng)時(shí)序過(guò)程中梭車到接卷鞍座處托起鋼卷的動(dòng)作需要滿足三個(gè)目標(biāo)位：

（1）第一個(gè)目標(biāo)位：運(yùn)卷車在接卷的水平目標(biāo)位。

（2）第二個(gè)目標(biāo)位：運(yùn)卷車在接卷位抬升接卷的過(guò)程中應(yīng)穩(wěn)定在水平目標(biāo)位。

（3）第三個(gè)目標(biāo)位：運(yùn)卷車抬升接卷并到達(dá)高度目標(biāo)位。

梭車下降到低位，梭車在等待位，中間鞍座上有卷、上卷鞍座上無(wú)卷、時(shí)序啟動(dòng)。梭車自動(dòng)運(yùn)行到5（中間鞍座）水平位，梭車鞍座70%的比例開(kāi)口度緩慢升起。梭車鞍座接觸鋼卷后比例閥的開(kāi)口度變?yōu)?0%，用更小的力去接觸鋼卷。梭車托卷逐漸上升到最大高度，完成整個(gè)托卷過(guò)程。

1.3 鋼卷重心偏移產(chǎn)生梭車橫向破壞力

理論情況下鋼卷的重心同梭車鞍座中心在同一條垂直線上，此時(shí)鋼卷收到梭車鞍座的上托力后不會(huì)產(chǎn)生橫向力。但在實(shí)際情況中梭車接卷托升時(shí)，由于鋼卷重心偏離產(chǎn)生的橫向力導(dǎo)致梭車水平位移動(dòng)。梭車水平位的移動(dòng)導(dǎo)致自動(dòng)時(shí)序過(guò)程中梭車到接卷鞍座處托起鋼卷的動(dòng)作的目標(biāo)位條件不再滿足，運(yùn)卷車在接卷位抬升接卷的過(guò)程中無(wú)法穩(wěn)定在水平目標(biāo)位。梭車接卷目標(biāo)位準(zhǔn)確度要求較高的原因?yàn)椋核筌嚨讲竭M(jìn)梁處接卷時(shí)，為了保證梭車能夠安全地托起鋼卷，梭車水平位應(yīng)在接卷鞍座位±2mm的安全范圍內(nèi)停止。梭車到達(dá)接卷鞍座位，進(jìn)行抬升接取接卷位處的鋼卷[2]。在抬升過(guò)程中，如果由于鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心不再同一水平面的垂直線上，鋼卷對(duì)梭車鞍座產(chǎn)生的橫向力可能會(huì)導(dǎo)致梭車產(chǎn)生水平移動(dòng)，存在鋼卷掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

如圖3、圖4所示，梭車V型口中心同鋼卷重心不在一條垂直線上時(shí)，發(fā)生梭車鞍座在鋼卷邊部受力。由鋼卷重心a偏移到b的狀況下，梭車鞍座在接卷過(guò)程中會(huì)首先在鋼卷的c位置受力，此時(shí)鋼卷會(huì)對(duì)梭車鞍座產(chǎn)生一個(gè)橫向力Fb，該橫向力會(huì)導(dǎo)致鋼卷在梭車鞍座V型口內(nèi)擺動(dòng)（梭車抱閘力充足）及梭車水平橫移（梭車抱閘力不足）的情況。這種情況對(duì)設(shè)備的損害極大，易造成鋼卷托不穩(wěn)掉落的風(fēng)險(xiǎn)，給后續(xù)鋼卷開(kāi)卷造成帶頭跟蹤錯(cuò)誤等故障發(fā)生。

橫向力的產(chǎn)生因素：鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心的不對(duì)應(yīng)的情況由很多因素造成。

（1）襯板磨損。

（2）鋼卷偏心。

（3）鋼卷溫度高造成的接觸物形變等影響。

（4）安裝精度不夠。

（5）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的維護(hù)、更換頻率不夠。

（6）接卷鞍座同梭車鞍座中心不在同一條垂直線上。

梭車抱閘無(wú)法鎖定水平位移：梭車水平位的變化除了鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心不在同一垂直線上外還有以下幾個(gè)方面。

（1）軌道磨損嚴(yán)重。

（2）軌道濕滑、摩擦力不夠。

（3）梭車車輪磨損嚴(yán)重。

（4）梭車抱閘力量過(guò)小（該條會(huì)受以上三條的影響）。

梭車接卷的安全性要求：在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況為梭車的橫移距離能夠達(dá)到20mm左右，與精度2mm相差較大，考慮為危險(xiǎn)情況，易產(chǎn)生梭車鞍座碰撞鋼卷，鋼卷掉落情況，因此在自動(dòng)時(shí)序執(zhí)行過(guò)程中認(rèn)為切換為手動(dòng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，加重了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在以上不可避免的情況下，鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心在實(shí)際情況下無(wú)法保證在同一條垂直線上，梭車鞍座托舉鋼卷的過(guò)程中，鋼卷對(duì)梭車鞍座的橫向力會(huì)導(dǎo)致一定程度上的鋼卷擺動(dòng)及梭車水平橫移。在執(zhí)行自動(dòng)時(shí)序的過(guò)程中，該橫向力會(huì)造成梭車的水平目標(biāo)位偏離故障安全報(bào)警，中斷自動(dòng)時(shí)序。梭車抱閘力如果能夠抵抗該橫向力的話，會(huì)造成鋼卷在梭車上擺動(dòng)的情況，在鋼卷橫向偏心的情況下會(huì)壓倒梭車，造成設(shè)備損壞；另外鋼卷擺動(dòng)也對(duì)動(dòng)態(tài)的梭車提出了更高的要求，鋼卷擺動(dòng)會(huì)對(duì)梭車設(shè)備造成一定程度的破壞。

2 現(xiàn)狀分析

在自動(dòng)時(shí)序過(guò)程中，梭車接卷托升時(shí)，由于鋼卷錯(cuò)位產(chǎn)生的橫向力導(dǎo)致梭車水平位移動(dòng)。梭車水平位的移動(dòng)導(dǎo)致自動(dòng)時(shí)序過(guò)程中梭車到接卷鞍座處托起鋼卷的動(dòng)作的第二個(gè)目標(biāo)位條件不再滿足，運(yùn)卷車在接卷位抬升接卷的過(guò)程中無(wú)法穩(wěn)定在水平目標(biāo)位。第二個(gè)目標(biāo)位需要保證的原因?yàn)椋核筌嚨讲竭M(jìn)梁處接卷時(shí)，為了保證梭車能夠安全地托起鋼卷，梭車水平位應(yīng)在接卷鞍座位±2mm的安全范圍內(nèi)停止。梭車到達(dá)接卷鞍座位，進(jìn)行抬升接取接卷位處的鋼卷。在抬升過(guò)程中，如果梭車產(chǎn)生水平移動(dòng)，梭車鞍座的V型口凹口中心將無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)鋼卷，由于鋼卷中心同梭車鞍座V型口中心不再同一水平面的垂直線上，則存在將鋼卷掉落的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

為了實(shí)現(xiàn)梭車的平穩(wěn)接卷，在梭車接卷的托升過(guò)程控制中應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：（1）梭車接卷托升未接觸到鋼卷時(shí)，梭車產(chǎn)生橫移會(huì)導(dǎo)致梭車撞翻鋼卷的情況。梭車鞍座上鋼卷檢測(cè)限位在沒(méi)有檢測(cè)到鋼卷時(shí)不允許梭車產(chǎn)生橫移動(dòng)作。（2）減小鋼卷在梭車鞍座上擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)梭車鞍座與鋼卷的軟接觸。

3 解決方案

在整個(gè)過(guò)程中由于以上原因容易中斷的過(guò)程為第三步梭車鞍座抬升接卷的過(guò)程。在第三步梭車鞍座抬升接卷過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷梭車鞍座觸碰鋼卷，鋼卷被安全托放到鞍座中心。

（1）機(jī)械方面：抱閘緊度調(diào)整。根據(jù)鋼卷的重量適當(dāng)調(diào)節(jié)梭車抱閘的緊度，使其在鋼卷橫向力的作用下能夠產(chǎn)生梭車的橫向移動(dòng)（由于冷軋使用的熱軋卷一般重量都在23噸左右，所以梭車的抱閘緊度在能夠保證梭車不帶卷的情況下鎖定即可）。

（2）檢測(cè)元件調(diào)整：梭車鞍座光柵目的是檢測(cè)梭車鞍座上是否存在鋼卷，檢測(cè)距離為20cm，由于光柵位置的情況，此距離為光柵檢測(cè)到鋼卷的有效距離，范圍大約在±5cm內(nèi)都為有效檢測(cè)。鋼卷外表面能夠檢測(cè)到的最低點(diǎn)距離梭車鞍座光柵的距離大約為15～85cm之間。為了確保梭車鞍座在抬升過(guò)程中能夠檢測(cè)到鋼卷，將光柵的檢測(cè)距離由20cm調(diào)整為50cm，確保此位置情況下，梭車鞍座V型口已經(jīng)包含部分鋼卷。由于鋼卷大小不確定，此時(shí)梭車鞍座抬升位置大約為760mm。

（3）程序邏輯：鋼卷對(duì)梭車產(chǎn)生的橫向力導(dǎo)致梭車水平位移動(dòng)的現(xiàn)象認(rèn)為為有效接卷。自動(dòng)時(shí)序過(guò)程中調(diào)節(jié)梭車水平位的判斷條件，原為梭車應(yīng)在目標(biāo)位固定不變?，F(xiàn)調(diào)整為梭車鞍座在檢測(cè)到鋼卷時(shí)，梭車的水平位移動(dòng)為正常移動(dòng)。梭車鞍座檢測(cè)到鋼卷后，此時(shí)梭車鞍座的V型口包含部分鋼卷，特殊情況下已經(jīng)出現(xiàn)鞍座接觸鋼卷，隨著梭車鞍座的抬升鋼卷的橫向力會(huì)導(dǎo)致梭車的水平位發(fā)生移動(dòng)。由于梭車的抱閘力已經(jīng)進(jìn)行了部分調(diào)整，所以梭車對(duì)鋼卷的反向作用力較小，隨著梭車鞍座的抬升，梭車水平橫移，梭車鞍座的V型口對(duì)鋼卷的包圍狀態(tài)逐漸由半包圍狀態(tài)變?yōu)槿鼑鸂顟B(tài)。程序中認(rèn)定當(dāng)前情況下的梭車橫移位正常橫移，非故障狀態(tài)。

（4）程序邏輯及液壓壓力調(diào)節(jié)：梭車鞍座與鋼卷進(jìn)行軟接觸（需根據(jù)實(shí)際情況，既要保證梭車接卷效率又要保證梭車接卷后鋼卷在梭車鞍座內(nèi)不產(chǎn)生較大的擺動(dòng)）。梭車鞍座抬升接卷的過(guò)程繼續(xù)優(yōu)化抬升速度曲線。在梭車鞍座上鋼卷檢測(cè)用光柵信號(hào)檢測(cè)到鋼卷時(shí)，抬升速度降為梭車鞍座抬升最大速度的5%～20%之間，使得梭車鞍座能夠緩慢平穩(wěn)地接觸到鋼卷底部，從而達(dá)到鋼卷中心與梭車鞍座V型口中心能夠在同一水平面的垂直線上[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該方法可以實(shí)現(xiàn)梭車在橫移位不穩(wěn)定、鋼卷輕微偏心的情況下進(jìn)行穩(wěn)定、安全的接卷，有效減少梭車自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)序中斷次數(shù)，能夠準(zhǔn)確牢靠地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)接卷，能夠在現(xiàn)場(chǎng)條件不是非常完美的情況下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、安全的接卷。該方法解決了在鞍座角度不合適，存在輕微角度側(cè)傾，軌道磨損嚴(yán)重，軌道表面存在降低摩擦力的水汽等情況；接卷梭車電機(jī)抱閘鎖緊動(dòng)力不足的情況下能夠在鞍座交接處穩(wěn)定地接卷。實(shí)現(xiàn)了接卷梭車在以上眾多惡劣環(huán)境下依舊能夠穩(wěn)定牢靠地接卷，實(shí)現(xiàn)了梭車的容錯(cuò)接卷功能，降低了梭車接卷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的要求，減少了設(shè)備維護(hù)次數(shù)，提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。