冷軋機組帶鋼糾偏研究

葉 紅，韓俊平

(武漢軟件工程職業學院，湖北武漢430205)

在帶鋼生產加工過程中，鋼卷通常要被打開，進行加工處理之后，大多數情況下又會被重新卷成鋼卷，以便運輸。在這過程中，由于帶鋼板形不平直，或者設備上某些原因，例如輥子的制造精度低、安裝偏差等，均會使得帶鋼出現跑偏現象，影響到正常生產，因此跑偏控制，成為了各種冷軋機組設計的關鍵點[1]。

1 跑偏原因分析

帶鋼的縱向移動，主要依賴于傳動機械和板帶糾偏裝置，來確保板帶平穩的穿過加工線而不產生側移，不對帶鋼及加工生產線造成損傷或損壞。不規則的帶鋼經過，會造成纏繞不良的金屬進入系統，或者由于處理設備的反作用力而使帶鋼受損，板型改變，受影響的帶鋼可能會有縱向彎曲，或表面不平，如長邊、中心變長、偏移或者帶鋼回轉粘連。在加工處理過程中，造成導向輥和驅動輥的不平整纏繞，未對準擠壓輥的單側操作、錐面、擦傷滾筒、不規則的加熱冷卻處理，和其他許多的相關影響。在系統中這些錯誤動作的傳播，是因為和直線上的下一個輥子之間產生了夾角，因而使板帶向一側偏移。

實踐應用表明，跑偏是客觀存在的，是不可避免的。問題在于如何采用一些措施來減少帶鋼跑偏，使跑偏量控制在允許范圍之內，滿足生產工藝要求[2]。

從理論上而言，控制跑偏首先應該精確計算帶鋼運行時的最大跑偏量，但是這是一個非常難以準確計算的數據。因為帶鋼的跑偏主要原因，是帶鋼本身的板形和機械設備的安裝誤差造成的，而很多邊界條件是難以確定的。在實際中，主要通過不斷的實踐應用總結而來。

帶鋼跑偏主要由下列因素決定：自由的未導向距離，板帶的張力，材料特性，板帶運行的速度，以及機械設備的安裝誤差。因此，為了減小跑偏，相應地可以采取如下措施：

(1)保證輥子圓柱表面制造精度和機組安裝精度。問題在于，即使保證了安裝精度，待投產以后，由于基礎下沉和輥面磨損等因素，也會直接影響初安裝精度和初制造精度，因此這種方法不能從根本上解決問題。

(2)增大張力。這樣可以減少帶材跑偏，但是不能完全消除。由于張力增大，使設備重量增大，投資也相應地增大。

(3)放寬輥子輥面寬度。這樣可以達到粗定心，但是不經濟。

(4)降低機組速度。機組速度過低直接影響生產效率。

但這些措施在實際應用中，不是十分理想，經濟效果差。實際應用中通常采用電子液壓閉環控制系統來進行糾偏，例如在軋機機組對開卷機橫向調節使用糾偏系統，在機組中設置若干糾偏輥。

2 電液控制系統原理

帶鋼糾偏系統，主要使用非接觸的測量裝置，模擬式或者數字式、光電式感應式的測量系統，掃描板帶邊緣位置，對邊測量裝置使用一個傳感器，測量并計算出帶鋼邊緣的位置；對中測量裝置使用兩個傳感器，分別測量帶鋼的兩個邊緣，兩個傳感器的測量值之差，即是帶鋼中心位置偏差，兩個傳感器的測量值之和，即是帶鋼寬度值。糾偏控制器比較當前值和設定值，并計算其偏差，控制放大器輸出信號，經功率放大器轉換成電液伺服閥要求的范圍，伺服閥控制液壓油的比例流動(大小、方向)到伺服油缸，這種由電子到液壓的轉化過程，是必要的，從而產生足夠的控制力矩，以快速移動設備。伺服控制是一個閉環控制過程。

圖1 帶鋼糾偏系統示意圖

3 開卷機糾偏系統

使用電子液壓閉環控制系統，當帶鋼偏離預期位置時，偏移量被測量系統測量出來，經過放大傳輸給電子控制裝置，控制裝置輸出有規律的電子液壓控制閥的調制信號到電液伺服閥，驅動伺服油缸，使開卷機橫向移動，保持帶鋼在測量系統的指定范圍內[3]。

開卷機附近有大量的輔助設備，不可避免地使測量系統安裝在固定導向輥后面，測量系統的調整過程因而產生時間延遲，這將極大的影響閉環的穩定性，尤其是帶鋼低速時。針對這種現象，采用時間差補償技術，可以在控制回路中解決不同速度的帶鋼的控制偏差及卷筒的位置調節。通過電液伺服閥及通過伺服油缸驅動開卷機，使卷筒橫向移送，有效地防止了跑偏現象。

測量系統檢測的帶鋼位置與設定值的偏差，在帶鋼位置控制器中計算出來，傳遞到位置調節的PID控制器上。其中，比例控制的部分，直接作用在位置控制器上，以矯正帶鋼位置。經過測量導向輥的轉速，計算帶鋼速度(也可以由機組PLC提供)，控制偏差和帶鋼速度的乘積傳送到控制器的積分部分和微分部分。積分和微分的時間常數，由帶鋼從調節裝置到測量裝置的時間差確定。需要注意的是，由于存在控制系統的建立時間以至于瞬態的誤差無法很好地糾正，死區時間的增加和調節裝置到測量裝置的距離成正比，這個距離過遠會使動態控制品質惡劣。

4 糾偏輥

糾偏設備要產生足夠的力矩，改變帶鋼的位置，但又不影響帶鋼質量，糾偏控制器比較當前值和設定值，并計算其偏差，控制放大器輸出信號，經功率放大器轉換成電液伺服閥要求的范圍，伺服閥控制液壓油的比例流動到伺服油缸，從而產生足夠的控制力矩以快速移動設備。

隨著帶鋼生產線不斷向連續化、高速化發展，對于帶鋼糾偏設備提出了更高的要求。根據機械設備狀況、工藝條件及材料的性能，在生產線上設置若干糾偏輥。因此糾偏輥的結構和尺寸都必須是最優化設計的，除了必須考慮帶鋼寬度、厚度、質量、可用空間位置、安裝連接件及帶鋼速度的影響，還要考慮溫度等環境因素[4]。在各種條件下，當伺服機構動作時，必須確認它施加在帶鋼邊緣的力足夠，并且小于該材料的屈服強度。糾偏設備是為了使帶鋼順利通過生產線，一般情況下帶鋼的對中精度有±10 mm就足夠了；在圓盤剪和縱剪的入口必須有很高的精度，通常要求達到±1～1.5 mm，這是為了提高成材率，需要在廢邊不斷裂的情況下，盡量減小剪邊量。

比例動作糾偏輥子，是糾偏輥中應用較為廣泛的一種，主要用于安裝位置較為狹窄的場合下，糾偏輥架的活動支架以進帶側中心附近的支點為圓心，而移動出帶側。測量裝置檢測到鋼帶中心位置的偏差，電控器通過伺服閥驅動液壓油缸，推動糾偏輥旋轉，而使帶鋼最終沿設定位置運行。帶鋼調整行程與糾偏輥活動機架范圍成比例關系。進帶方向始終和糾偏輥旋轉平面始終成90°，測量裝置、液壓缸調整設備固定安裝在糾偏輥架的出帶位置。

5 結束語

針對冷軋機組中的跑偏控制，做了深入研究，提出了一些帶鋼運行中糾偏的措施，分析了各種設計方法的可行性和有效性，并提出了提高可靠性的設計方案。

[1]謝忠亮.帶鋼的“跑偏”及糾正[J].本溪冶金高等專科學校學報，2003，(2)：14-16.

[2]習中革，王永亮.立式還原退火爐爐內對中糾偏系統[J].軋鋼，2005，(6)：42-44.

[3]歐陽克誠.轉向單輥糾偏裝置糾偏效果分析[J].重型機械，2000，(2)：1-4.

[4]方勝年.新型帶材自動糾偏裝置的研制[J].武鋼技術，2001，(5)：29-32.