雙搖桿糾偏輥的糾偏量與液壓缸行程的關系解析

摘 要：簡要介紹雙搖桿糾偏輥的結構原理，并采用以點坐標為基礎的代數方法解析了反映糾偏能力的糾偏量與液壓缸行程的關系。

關鍵詞：雙搖桿糾偏輥；糾偏量；液壓缸行程；點坐標；代數方法

在冷軋帶鋼精整線上，當帶材呈現鐮刀彎、瓢形等不平直板形，或旋轉的輥子類設備制造精度低、安裝偏差大時，帶鋼都會出現跑偏現象。即使上述情況處于理想狀態，帶材也會因輥子表面或軸承長期工作受到磨損而跑偏。可以說，精整機組中的帶材跑偏是客觀存在的[1]。尤其在退火酸洗機組中，機組線較長，某些區段的帶材張力較小，且為節省廠房空間帶材往往分層疊加轉向，而這些因素也都會使得帶材跑偏的機會大大增加。如若不及時糾正跑偏的帶材，不僅降低帶材質量，磨損設備，甚至造成斷帶的重大事故。因此，在機組中合適布置一些糾偏設備是非常必要的。常見的糾偏設備包括：浮動開卷機、浮動卷取機、糾偏輥及側導裝置等，其中糾偏輥是中間段設備區非常重要的糾偏裝置。

1 雙搖桿糾偏輥的結構原理

糾偏輥有多種結構形式，其中雙搖桿糾偏輥是一種典型的單糾偏輥，因其結構簡單、糾偏量大，而被廣泛使用。其本體主要由固定架、擺動架、輥子部件、連桿、液壓缸等組成。輥子部件固定在擺動架上，連桿連接固定架和擺動架，液壓缸作為驅動元件，其三維實體造型見圖1。

1：固定架；2：擺動架；3：輥子部件；4：連桿；5：液壓缸

圖1 雙搖桿糾偏輥本體

其實無論何種原因引起的帶材跑偏，表現形式都是帶材依據螺旋作用原理在輥子表面以一定螺旋升角按螺旋線路運行[2]。而雙搖桿糾偏輥的糾偏過程正是通過擺動輥子產生反向螺旋升角，以其反向螺旋偏移作用進行糾偏。據現場一些運行機組反饋的實際情況，要使該類糾偏輥糾偏效果較好，工藝布置時應考慮以下三個條件：（1）輥子部件的擺動平面與帶材來料平面相平行；（2）兩個連桿的虛交點在來料的入口側；（3）帶材的包角不應小于90°。

2 糾偏量與液壓缸行程的關系解析

帶材的跑偏量表示運動帶材中心線與機組中心線的不吻合程度，與之相對的糾偏量反映了糾偏輥的糾偏能力。而糾偏量除受結構限制外，主要取決于液壓缸行程。設計糾偏輥時，如何根據糾偏量計算或驗證液壓缸行程就成為一個較為重要的問題。與繞固定點作純轉動的糾偏輥相比，雙搖桿糾偏輥沒有固定擺點，且作轉動和橫向移動的復合運動，這使得其糾偏量與液壓缸行程的關系并不易推出。文獻[3]通過幾何關系導出，而此法需要作多個三角形，分析繁瑣，求解也比較復雜，不便于工程設計計算。文章以點坐標為基礎，利用代數的方法較為簡單地分別推出轉角與糾偏量、液壓缸行程的關系，進而導出糾偏量與液壓缸行程的關系。為方便分析，把糾偏輥等效為雙搖桿機構，其機構原理簡圖見圖2。AB、CD分別表示兩搖桿，EF表示處在初始位置的液壓缸，B、C、E為擺動架上的三動點，A、D、F為固定架上的三定點。其中，B、C作繞各自定點的圓弧運動，E點作由轉動和橫向移動合成的曲線運動。GH表示糾偏輥中心線，且G點在連桿BC上而H點在輥子中心線上。

以固定點A為原點，AD為X軸建立平面直角坐標系，以Li表示機構簡圖上對應的桿長，以i'點表示i點擺后位置，且記任意一點i的坐標為（ix，iy）。初始位置時：？琢0表示搖桿與X軸的銳角夾角，S表示液壓缸兩鉸接點長度。擺后位置時：？琢、？茁表示擺后兩搖桿與X軸的銳角夾角，？啄表示糾偏量，△S表示液壓缸行程。

2.1 轉角與糾偏量的關系

由圖2知，點H、B'與C'的坐標為H（L1cos？琢0+L2/2，L1sin？琢0-L6），B'（L1cos？琢，L1sin？琢），C'（L3-L1cos？茁，L1sin？茁）。G'點是B'點和C'點的中點，則G'{（L3-L1cos？茁+L1cos？琢）/2，（L1sin？茁+L1sin？琢）/2}。

初始位置時： （1）

擺后位置時：

（2）

糾偏量： （3）

根據 ，得： （4）

而 ，則：

（5）

綜合上述式（1）～式（5），可得： （6）

2.2 轉角與液壓缸行程的關系

由圖2同知，B和C點坐標為：B（L1cos？琢0，L1sin？琢0），C（L2+L1cos？琢0，L1sin？琢0）。

根據EB=L4，EC=L5，得：

（7）

求解，可得E點坐標（Ex，Ey）。

同理，由 可得E'點坐標（E'x，E'y） 。

而F點坐標值可由E點坐標值獲得，即（Ex-S-Ey），因此液壓缸的行程△S為：

把E點和E'點坐標值代入式（8），可得：△S=f（？琢）（9）

再將式（6）代入式（9），可得：△S=F（？啄） （10）

2.3 實例分析

以某機組中雙搖桿糾偏輥的設計為例，來驗證以上推導算式的正確性。此機組中，雙搖桿糾偏輥的基本結構設計已經完成，現需根據糾偏量去確定合適的液壓缸行程。已知參數：L1=600mm，L2=2250mm，L3=2590.8mm，L4=1841mm，L5=1508.5mm，L6=289.8mm，S=1060mm。設計要求糾偏量：？啄=±150mm。根據轉角和糾偏量的關系，把以上參數值代入各式，求得：？琢0=72°，？琢=57.41°；然后根據液壓缸行程與轉角關系，得：△S=188.2mm，實際值取△S=190mm。由于糾偏輥一般是對稱擺動的雙向糾偏，則液壓缸行程取值為380mm或±190mm。

3 結束語

雙搖桿糾偏輥作為一種典型的糾偏裝置被廣泛應用在冷軋帶鋼精整機組中。本文通過把糾偏輥等效為雙搖桿機構，建立平面直角坐標系，以點坐標為基礎，創新地運用代數方法更為簡單地解析了糾偏量與液壓缸行程的關系式。從而為設計雙搖桿糾偏輥提供了一定的理論依據，并為其它非固定擺點的糾偏輥理論分析提出了一種參考方法。

參考文獻

[1]周國盈.帶鋼精整設備[M].機械工業出版社，1979.

[2]歐陽克誠，方勝年.轉向單輥糾偏裝置糾偏效果分析[J].重型機械，2000，2：1-12.

[3]解恒坤，萬飛，等.搖桿機構糾偏輥擺動量分析計算[J].重型機械，2012，6：73-76.

作者簡介：韋志鴻，一重集團大連設計研究院有限公司，助理工程師。