臥式活套中帶鋼跑偏問題分析與改善措施

曹 曦

(西馬克帶鋼技術(上海)有限公司 上海200083)

臥式活套中帶鋼跑偏問題分析與改善措施

曹 曦①

(西馬克帶鋼技術(上海)有限公司 上海200083)

針對帶鋼連續生產線上臥式活套中無法避免的帶鋼跑偏問題，對各種不同機組中臥式活套中帶鋼的跑偏問題進行分析研究，提出了多種不同的應對措施，通過在臥式活套中改進設計或增加設備，在現場運行過程中切實可行的緩解了帶鋼跑偏問題，為今后進行臥式活套設計提供了可靠的依據。

帶鋼連續生產線 臥式活套 帶鋼跑偏

1 前言

在帶鋼連續生產線上，各種各樣的原因都可能引起板帶運行跑偏，例如產品本身的缺陷(如板帶的彎曲，變形)或工藝加工過程中產生誤差(如對邊不良，卷輥只有一邊承載或受壓，處理過程中受熱，受冷不均等)。帶鋼跑偏不僅會影響帶鋼質量，甚至會損壞機組設備，對機組穩定運行帶來嚴重影響。特別是近些年，隨著涂鍍、連退及酸連軋機組的發展，帶鋼長度更長，厚度更薄，機組速度更高，為了保證機組的穩定運行及獲得邊部整齊的帶卷，對帶鋼的跑偏進行研究和控制顯得越來越重要。

在帶鋼連續生產線上尤其是酸洗、連退機組中，臥式活套被廣泛用于儲存帶鋼，保證機組的連續運行。由于臥式活套中帶鋼的水平跨距較長，帶鋼跑偏問題成為臥式活套中無法避免的難題，迫使許多機組被迫采用降低生產線速度、減少薄帶產量以及縮短活套行程等措施來緩解帶鋼跑偏問題。

通過分析研究各種不同機組臥式活套中帶鋼的跑偏問題，提出了多種不同的應對措施，在現場運行過程中切實可行的緩解了帶鋼跑偏問題，為今后進行臥式活套設計提供了可靠的依據。

2 帶鋼在臥式活套中跑偏原因分析

2.1 臥式活套中設備的整體布置

臥式活套主要用于在活套前后帶鋼速度不等時儲存帶鋼，保證機組的連續工作，尤其是發生生產線入口或出口需要降速或停機進行操作而工藝段則需要以正常速度繼續運行的情況[1]。圖1為一酸連軋機組入口活套的整體布置圖，該活套為4層帶鋼水平活套。

從圖中可以看到，帶鋼在臥式活套中主要與各種輥子接觸，活套外輥子為帶驅動輥，活套內輥子皆為無驅動輥，在摩擦力作用下由帶鋼帶動轉動。通常活套前后及中部都有糾偏設備，如圖中1、3、4所示，但是都是在活套外部。由于活套車不斷運動且空間狹小緊湊，糾偏設備很難安裝在活套內部，這使得臥式活套內帶鋼跑偏問題難以徹底避免。

圖1 入口活套整體布置圖

2.2 帶鋼在臥式活套中的跑偏原因

由于帶鋼在臥式活套中主要與各種輥子接觸，且輥子都是在摩擦力作用下被動的跟隨帶鋼轉動。從力的角度來看，假如帶鋼受到的橫向擾動力不足以克服帶鋼與輥子之間的橫向靜摩擦力時，帶鋼是不會跑偏的。而一旦橫向擾動力超過了橫向靜摩擦力，帶鋼將偏離原來的運動中心線，發生跑偏，直到橫向擾動力再次小于橫向靜摩擦力，帶鋼停止跑偏，在新的中心線上繼續運動[2]。

從帶鋼張力的角度來分析，當帶鋼的張力分布發生變化，張力形成的合力與帶鋼幾何中心線不能重合。此時，帶鋼相當于對輥子施加了一個偏轉力矩。由于輥子兩端沿軸向是固定的，輥子便會對帶鋼產生一個反力矩，使得帶鋼有發生偏移的趨勢[3]。

2.3 帶鋼在臥式活套中的運動情況

當由于工藝要求，活套前帶鋼開始降速或活套后帶鋼開始加速時，活套車加速開始運動，活套開始充套直至速度恢復平衡；活套前帶鋼開始加速或活套后帶鋼開始降速時，活套車反向加速開始運動，活套開始放套直至速度恢復平衡。

因此，活套前后帶鋼速度差越大，活套小車的運行速度就越大；活套內帶鋼速度越高，活套內與帶鋼接觸的輥子轉動的就越快；同時，生產線入口或出口降速或停機時間越長，需要的活套儲量就越大，活套小車的行程就越長。此時，帶鋼在水平活套內就越容易發生跑偏。

3 不同工況下帶鋼跑偏時的應對措施

由于活套內帶鋼的速度、張力以及活套行程的不同，不同工況下帶鋼跑偏的程度就會各不相同。從設備制造成本上考慮，不同程度的跑偏需要不同的應對措施。

3.1 將轉向輥加工成凸度輥

對于速度不快(活套小車速度小于50m/min)、行程不長(活套行程小于100m)的活套，應對帶鋼跑偏最基本的措施就是將活套小車上帶鋼轉向輥的輥型加工成帶凸度的形式，這種方法可以增加帶鋼的自糾偏效果，以彌補活套內部無糾偏裝置的不足。

圖2 凸度輥

對比兩種不同的凸度輥形式，經過試驗證明，在凸度相同的情況下，單錐度凸度輥(圖2a)的防跑偏效果比圓弧凸度輥(圖2b)好，因為單錐度凸度輥中間部分與帶鋼的接觸面積比圓弧凸度輥的接觸面積大，可以產生更大的摩擦力糾正帶鋼跑偏。

3.2 將帶鋼托輥放置成一定角度

當活套速度較快(活套小車速度大于50m/min)、行程較長(活套行程大于100m)時，在將轉向輥加工成凸度輥的基礎上，還需要將帶鋼托輥拆分成兩根，并且將兩帶鋼托輥在水平方向(帶鋼運行方向)傾斜布置，如圖3所示，帶鋼沿圖示方向運行，則有自動對中的作用，可用在活套擺動門或地輥上。

當帶鋼從輥面上經過時，依靠摩擦力帶動輥子轉動，兩者之間為滾動摩擦，輥子受力如圖3所示。由于輥子傾角的存在，帶鋼對輥子的摩擦力F輥1分解為沿輥子徑向帶動輥子轉動的力F輥1徑向和沿輥子軸向的力F輥1軸向。由于輥子軸向固定，靜摩擦力F輥1軸向使輥子對帶鋼產生一個反作用力，即圖中F1。

圖3 帶傾角的輥子布置示意圖

在帶鋼與兩托輥的接觸線上各取一點，這兩點的受力情況如圖3所示。圖中F1牽，F2牽為帶鋼所受牽引力，F1阻，F2阻為帶鋼所受阻力，F1，F2為輥子對帶鋼的軸向反作用力。F1，F2可以沿帶鋼寬度方向和長度方向分解為F1x，F1y和F2x，F2y。當帶鋼在運行中心線上時，F1=F2，以此F1x=F2x。

當帶鋼發生跑偏，假如偏向輥子1一側，帶鋼與輥子1輥面的接觸面積增加，因此正壓力增大，進而導致摩擦力增大，使得F1>F2，因此F1x>F2x，在帶鋼寬度方向產生附加分力ΔF=F1x-F2x，推動帶鋼向輥子2方向移動，以此達到自動定心的作用。

需注意若帶鋼反方向運行，則會增大帶鋼的跑偏，故應用該輥子時，要保證輥子傾角方向與帶鋼運行方向的關系與圖3所示的情況相同，以免產生相反的效果。

同時需要指出的是，自動對中輥組的對中能力是有限的，若跑偏量及跑偏速度較大時，則不能保持良好的對中效果。故而在機組中布置自動對中輥組的主要作用是抑制帶鋼的跑偏而不是糾偏。

3.3 增加傳感器檢測帶鋼跑偏

由于空間限制，糾偏設備無法安裝在活套內部，只能安裝在帶鋼進出活套的位置。但是，在活套內部可以增加傳感器來檢測帶鋼側邊的位置，一旦發生檢測到帶鋼跑偏量超出允許范圍，便可以給活套前后的糾偏輥發送信號進行糾偏。

圖4為在入口托輥頂部安裝了紅外線光柵傳感器的示意圖，可以同時檢測下面四層帶鋼，在現場運行過程中取得了很好的預防跑偏效果。

圖4 安裝有紅外線光柵傳感器設備示意圖

3.4 在活套小車上增加糾偏設備

當活套速度很快(活套小車速度大于100m/min)、行程很長(活套行程大于150m)時，前述抑制帶鋼跑偏的措施都無法解決問題，此時只能通過在活套內部增加糾偏設備來減小帶鋼跑偏量。雖然這種措施大幅增加了加工制造成本，卻是解決活套內部帶鋼跑偏問題最有效的方法。目前想要在活套內部添加糾偏設備就必須面對兩個問題：活套內部空間緊湊，以及如何給糾偏設備通過電力供應和信號傳輸。圖5為安裝有糾偏設備的活套小車整體布置圖。

相比于其他活套小車而言，這臺活套小車在長度方向上加長了很多，圖中2和3組成的糾偏系統需要一定的空間，而糾偏設備8也必須拉開空間以滿足糾偏需要的帶鋼包角，而對于6液壓動力系統及控制面板，只有在小車的尾部才有足夠的空間安放，又增加了小車的長度。

圖5 帶糾偏設備的活套小車整體布置圖

圖6 電力供應和信號傳輸系統布置圖

圖5中的輥子1和5需要加工成凸度輥，原因如前面3.1所述，而輥子3和8由于糾偏的需要則必須加工成無凸度輥。

糾偏設備的動力來自小車尾部的液壓動力系統，而糾偏系統控制信號和反饋信號則需要與活套外部進行通訊。由于活套小車必須進行長距離的往復運動，只能通過非接觸式滑線系統來給糾偏設備提供電力和傳輸信號。圖6為電力供應和信號傳輸系統布置圖。

圖6中的滑線系統包含兩條導軌，一條導軌4給糾偏系統提供電力，另一條導軌5進行信號傳輸，兩條導軌通過3固定在橫梁2上，貫穿整個活套小車行程。雙信號收集裝置6通過支架7固定在活套小車上，可以沿著這兩條軌道滑動，但是并不與軌道接觸。活套小車上的糾偏裝置、液壓動力系統和控制面板通過電纜與6相連，通過6與外面進行通信。

通過上述兩種措施，解決了空間緊湊和信號傳輸的問題，使在臥式活套內部安裝糾偏輥的計劃變為現實，真正的由抑制帶鋼跑偏轉變為糾偏。在活套小車上安裝了糾偏設備以后，臥式活套設計突破了由帶鋼跑偏問題帶來的速度和行程上的瓶頸，為制造出更快、更長的活套提供了依據。

4 總結

針對不同工況下的臥式活套帶鋼跑偏問題，進行了分析和研究，根據帶鋼速度、張力以及活套行程的不同，通過改進機械設計或增加設備的方式，提出了四種解決帶鋼跑偏問題的措施，并且都在現場實際運行中取得了很好的效果。帶鋼跑偏是一個在臥式活套的設計、加工制造、現場運行等過程中都無法避免的問題，希望通過本文的分析與闡述，能夠給將來的臥式活套設計提供依據和方向。

[1]鄒家祥主編．軋鋼機械．北京：冶金工業出版社，2000．

[2]唐英．帶鋼跑偏控制．重型機械科技，2007(3)：4-6．

[3]陳勇，李天石．帶材的糾偏控制．機床與液壓,2003(6)：190-192．

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殼牌“得力士液壓油”為8萬t大型模鍛壓機提供潤滑保護

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AnalysisandSolutionsofStripRunningDeviationinHorizontalLooper

Cao Xi

(SMS Siemag Strip Processing Lines (Shanghai) Co., Ltd. Shanghai 200083)

The problem of strip running deviation was aways exist and inevitable in horizontal loopers for strip continuous processing lines. Aiming at this problem, a series of research and analysis have been carried out regarding to different kinds of strip processing units. A variety of different solutions have been put forward correspondingly. By adding or improving equipments in the horizontal looper, the strip running deviation problem is practically solved during field operating. Reliable experience is provided to support the design of horizontal loopers in future.

Strip continuous processing line Horizontal looper Strip running deviation

曹曦，男，1984年出生，畢業于北京科技大學機械工程專業，碩士，現從事鋼帶連續處理工藝、設備研究等工程設計

TG333.7

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.017

2014-05-16)