轧钢精整设备

WANGYIZHW

轧钢精整设备
, q$ h1 A, b: ^8 E' w6 K& K第六章跑偏控制设备
一、跑偏原因分析及其控制
! N) P. q2 M, v" b要带钢精整机组中，由于带钢板形不增直（如出现镰刀弯、瓢形）及设备上某些原因（如旋转辊子的制造精度低、安装偏差等）均使带钢出现跑偏现象。
旋转辊子的制造精度低、安装偏差，会使各旋转辊中心线与带材中心线不垂直，使带材在机组中运行时出现较大的跑偏量。举例来说，若旋转辊中心线仅仅倾斜一分角度，辊子直径为1200毫米，转速为100转/分，则带钢在一分钟内横向偏听偏信移量可达109毫米。即△=nπDtg1’=100*3。14*1200*tg1’=109毫米。由此可见，辊子不平行度对跑偏影响十分严重。一般来说，机组速度越高，跑偏越严重。因此，跑偏的控制成为精整设计中的关键问题。在精整机组中，往往由于跑偏问题没有得到解决，影响到正常生产。国内外在这方面都有深刻的教训。
; m% r& F* ^  ]3 m4 m1、
2 r- u% G1 C. g  v出现跑偏的主要原因
, |# j. \, a1 v* {, K- f+ l1）
; l1 U2 L) B5 v) ^' T: M4 w带材板对定心的影响
3 h2 u- j: d( @" E9 ^这里讨论带钢板形在普通张力（即不超过带钢的弹性极限下），在普通柱形辊子上运行时对跑偏的影响。带钢镰刀弯如图6-1、瓢形如图6-2，对定心影响较大，一般来说，冷轧带钢板比热轧带钢板形要好，对跑偏影响也较小。

) o; }. }+ x, A2 ?) M, I
2）
旋转辊子轴线不平行度对跑偏有很大影响外，辊子表面形状对定心也有一定的影响。如辊面凹度会使带钢出现跑偏。尤其是在高速机组中，凹形辊常常使带钢出现左右交替地跑偏现象，这是无法控制的。
% Q/ h5 ]' Z6 g& |7 k6 W9 w, c此外，冷带钢通过热状态辊子时，即使在相当低的机组速度下也会对定心有较大的影响，这是由于与带钢接触的辊子表面受到冷却而收缩，辊子表面产生“空隙”，而辊子的端部依然保持热状态，即形成凹形辊。从而使带钢缓缓偏离机组中心，出现跑偏。当带材继续经过一系列辊子时，这种跑偏量将会累积地增加，直至带钢温升达到与辊体温度一致时，才会停止。这种现象的影响表现为带钢速度越高，跑偏越严重。
0 s% q1 B- [- N  A反之，热带钢通过一系列冷态辊子时，却能起到良好的定心作用。因与带钢接触的辊子表面得到加热而膨胀，而辊子端部仍保持冷状态，形成鼓形辊，从而使热带钢在一系列冷状态辊子上运行时，会出现良好的定心作用。
0 d; n- p) h7 V/ |1 e& u3）
* _" p3 N1 M4 u8 a0 U& ~设备安装精度对定心的影响
0 I, O. B( X! L设备安装精度低，会使各辊轴线产生不平行度及不垂直度，这样，就使带钢出现跑偏。
4 a# Q" j. _& S* [7 f0 L6 s0 u& K除了上述主要原因外，还有许多其他因素也会影响带材跑偏，如带钢的横向刚性（即辊距t与带宽b之比t/b）、带厚h与带宽b之比h/b、机组速度、机组长度及机组张力等，一般说来，带钢横向刚性小（t/b宜低）、h/b值低、机组速度高、机组长度及张力值低等，则跑偏越严重。
5 Y4 j, _  I+ E4 ~' G! @即使带材具有十分理想的板形（事实上是不可能的），待机组投产以后，由于带材在辊子上长期运行，结果辊面被磨损，基础下沉，轴承不均匀磨损，机件变形等，也会出现跑偏。
因此，从上面分析可知，跑偏是客观存在的，是不可避免的。问题在于如何采用一些措施来减少带材跑偏，使跑偏量控制在允许范围内，满足生产工艺要求。
$ @5 @6 D3 w7 i) d, C2、
1 a* ?/ w9 `' P减少带材跑偏的措施
% t; v+ M8 b! @9 K/ A1）
1 o0 I' t5 ~3 v; W保证辊子圆柱表面制造精度及机组安装精度。这是防止跑偏的办法之一，但不是唯一的办法。也并不能从根本上解决跑偏问题。
, {9 ~2 h1 s3 v8 Z2）
! L9 V; w: f6 e增大张力。这样可以减少带材跑偏跑偏，但不能完全 消除，由于张力增大，使设备重量增大，投资也相应增大。若张力超过弹性极限时，会引起带材边部波浪形、斜纹或皱纹，张力很大时，还可以拉断带钢。
6 P# G; Q/ m' S4 H  A0 U3）
放宽辊子辊面宽度，这样可以达到粗定心，但这个办法是消极的，很不经济的。在某些情况是不适应的。
9 {' K9 C2 g1 g& t4）
6 w3 }: G! u, G' e, j降低机组速度，可减少跑偏。如美国某厂设计速度为1000米/分的连续退火机组。来达到设计要求，当速度超过350米/分时，带材出现过大的横向偏称（跑偏），出现带钢与退火炉砖墙相碰，影响正常生产。后来只好降低机组速度，才能维持正常生产。
上述措施，由于经济效果差，不是十分理想的办法。因此，实际上是不经常单独采用的，目前常采用下述方法来控制跑偏。
3、
跑偏控制方法
1）
! I! N5 @( o+ N/ w6 _! k4 I采用定心辊及定心辊组，能够使带材自动定心，能起纠正跑偏和防止跑偏的作用。
( ^: _0 N& K- X. e/ b/ I2）
. k- |$ X8 P1 E3 K/ X0 y采用带自动控制系统的摆动辊。
- ?- l; p+ @3 P3 L- q3）
采用带自动控制系统的浮动开卷机。
/ N/ {' m8 ]5 O$ N% d4）
采用带自动控制系统的浮动卷取机。
5）
采用其他定心装置。
按照不同机组，选用上述不同控制跑偏方法。

WANGYIZHW

二、带材在圆柱形辊子上运行的基本原理


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$ p. f) T! G8 @6 W3 E- H6 t
圆平面：与圆柱体辊子轴线下垂直所截的平面，称为圆平面。换保话说，普通圆柱体辊可以看成无数个圆平面串联组合而成。
: [! n" Y5 c- L: K2 E
6 I8 Z0 z0 A. p. d" H% M" e, Z辊身长度元素ΔL：两个无穷相邻近的圆平面之间距离称为辊身长度元素ΔL。ΔL可以认为是无穷小量。

$ d' R& q' a7 O辊子线：圆平面的圆轨线称为辊子线。
& x0 X# N' L" \! m/ F
带材素线，把一条平直带材，可以标出无限条平行于带材中心线的线。这些线称为带材素线。

窄条元素Δb：两条无穷相邻近的带材素线之间距离称为窄条元素Δb。Δb可认为是无穷小量。

' Z1 q) m9 j3 l带材在圆术形辊子表面运行，不出现跑偏时，带材素线与辊子线完全吻合。这就是所谓“平面作用原理”。
( d6 ^7 R) T: h, M6 c
若带材上任何素线相对于辊子线有任何偏移时，带材在辊子上就按螺旋线路运行。带材素线与辊子线之间夹角θ称为螺旋角（图6-5），这就是所谓“螺旋作用原理”。

/ ]( a2 E2 H& C5 ?" l
由于带材在辊子表面上的螺旋作用，带材除了在辊子表面的正向运动以外（带材向前运动），还存在沿辊子表面侧向（即轴向）运动。当带材向左偏移时（如图6-6a），带材除了正向运动以外，还有向右的侧向运动。但由于辊子表面与带材之间存在着摩擦，产生一个摩擦力F=ΣFi，作用于带材上的摩擦力F与带材素线一致。由于F的轴向分力F1的作用，使用权带材向左移动，直至带材走正，达到平衡为止。

6 D& [8 K- {" V. \0 r; k与辊子表面相接触，作用于带材上的摩擦力F为：


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4 E% Y/ {! B4 z. b$ ]     （6-1）
* c% z$ t# \5 c1 t* _4 t1 L/ W! \
4 M( _, w) E/ ~; K6 d7 RN—带材包绕在辊子上所受的力；
$ Q  C! m# p4 j" W/ R. Y( ^
T、t—分别表示带材进出口端张力值；
" z0 U: q# e2 L3 q5 K
+ E- v5 p8 f+ k- v# Wμ—带材与辊子表面的摩擦系数。
) b: G: O- i( d" O5 g6 e+ M& R
6 a" q7 {( E5 J- c1 \若辊子是被动的（发电状态），其包绕面上的总摩擦力F方向如图6-6a所示。其分力F1是起纠偏作用的。由此可见，被动辊子（即t>T）是起纠偏作用的。反之，驱动辊（即T>t），F方向与图示相反，F1也相反。此时，不起纠偏作用，只能使带材偏离中心。

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5 S+ G, _, @3 i, n从上述可知，被动状态的理想普通圆术形辊子具有定心作用。但事实上，理想普通圆术形辊了是不存在的，即使工作时具有良好的理想圆柱形辊了，经过一定时期作用后，辊面磨损成凹形（图6-7），而凹形辊作用在带材上的摩擦力是背离中心的。这就破坏了定心作用。因此，普通圆柱形辊了是不能起定心作用的。

6 Z- S2 S) ]) H$ B: m' W4 G鼓形辊对定心是有利的，正象皮带轮缘上的鼓形可定心皮带一样，它的定心作用也可以用增面作用原理来解释。如图6-8所示，带材上作用着摩擦力是使带材趋势向辊子中心移动的。

; E' w: o8 k6 ?+ }

. D/ w+ [4 s/ q& Q0 H9 P
+ z* M: `; W- [/ m+ B3 l1 T5 ?由于辊子两端轴承处设有弹性支座，当出现夺力不均时，使辊子倾斜而产生侧面向力。此侧向力使带材向负荷大的机座一边偏移。这是对定心不利的。图（8-9）。

' o+ h& q% Y) r4 I劳林根据上述平面作用原理，提出几种基本形式的定心辊，它能使运动带材起自动定心作用。劳林自动定心辊在连续机组中使用结果表明，效果良好，能保证连续机组正常运行。
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四、摆动辊的定心作用及控制系统
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1、摆动辊的定心作用
: [7 T6 R% F. ~! }1 I
! D1 k7 |- ^* ]* |- C一般摆动辊处于被动状态下工作，即进口张力T2低于出口张力T1。带材与摆动辊面的总摩擦力ΔF，总是与辊子相重合，并指向进口端。当带材产生跑偏时（图6-19a），摆动辊应向右摆过一定角度（图6-19b），此时，在带材与摆动辊辊在所产生摩托车擦力ΔF的分力ΔF1使带材在ΔF1方向上运动，其结果纠正了带材的跑偏。摆动辊根据带材跑偏方向往复摆动，以达到带材定心作用。

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5 w7 `1 T4 M* Z7 B上述可知，摆动辊定心作用是依靠带钢与辊面摩擦力来纠偏的。一般来说，摩擦力越大，纠偏效果越好。而摩擦力的大小是与接触面积有关（即与包角有关）。因此，建议摆动辊应在包角大于90°的场合下采用。为了增加摩擦，一般在摆动辊表面上还包有橡胶。


" M& C) I  w: c% X

摆动辊摆动角大些，其纠偏值可大些。纠偏值还与摆动点所选的位置有关。不同摆点位置，有不同的纠偏值δ。
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图6-20表示摆动点不同，纠偏值不同。
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A）摆动点位置在中心线下方时（图6-20a），纠偏值δ为：
3 E% J4 I/ D3 h2 ~5 h9 _# g


δ=B’E=Dtgα   （6-4）
& i) x+ W3 m+ p, u
/ ~+ o! n1 t  i& U式中D——摆动辊直径；

8 s, O0 J2 g% {9 Uα——摆动辊摆动角度。
9 f# g) A/ t7 w1 `4 K0 @& ~

5 ~. f9 q+ j2 B. Y5 y0 V1 B4 v
B） 摆动点位置在左侧时（图6-20b）令AO’=AO=LA，纠偏值δ为：

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  （6-5）

* Y1 b3 S2 u% @9 c式中LA——摆动点A至摆动辊中心的距离。



5 I) z! |4 V4 P3 d9 J* NC） 双摆动辊，即两个摆动辊安装在同一底座上，绕摆动点A摆动（图6-21c），其纠偏值δ为：
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7 H: t( m6 o3 w$ R; @6 Y1 o/ d$ M       （6-6）
% W# x  h2 h1 T) J7 r  }
上述三种摆动点不同的摆辊装置，国内外都有采用。

3 e: p1 H6 X+ J& U7 F0 Q( l摆动辊一般带有开环自动控制系统。根据带钢跑偏情况，它由自动控制系统中检测器发出信号，控制执行机构使摆动辊摆动。

5 ]* Z1 N3 _: ]0 E2．检测器位置及摆点选择
0 J& C0 {2 t& U& d% J+ f7 V
检测器位置与机组速度、摆动辊摆点位置有关。原则上，可以这样来确定，自检测器发出信号至摆动辊产生动作的总时间，应等于带材自检测器运行到摆动辊位置的总时间。由于自动控制系统滞后时间很难精确计算，因此，计算确定检测器位置是比较困难的，一般来说，固定摆动点位置，而检测 器位置根据现场调试确定。
5 j* z4 D8 z5 k% h! x6 r) D) q
设计摆动辊时，还应注意以下几点。
! m$ I  ?, q) D1 X1 x  p
3 B2 b  T' I: Z8 `: X1）  摆动点置于入端圆周之下（图6-21）。

0 o2 F3 i! N) K  \. F7 ?2）  摆动方向，当检测器放置在进料端时，水平进料，水平摆（图6-21a），垂直进料，垂直摆（图6-21b）。当检测器放置在出料端时，垂直进料，水平摆，水平进料，垂直摆。
. ~$ y2 H( @2 [7 W
3）  采用下流式摆动辊时（图6-22），应使L>2b（b为带材宽度）。否则张力变化较明显。
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' h( S: K7 ]9 }; X9 @


4 ~" j% l! T, q6 F9 M3．摆动辊控制系统

9 t, h6 m$ U0 Q图6-23为摆动辊气液控制系统。它由气嘴检测器2，薄膜发讯器4，调节器5，执行油缸3，油泵装置6及摆动辊1等几部分所组成。

, q$ \) C7 ~7 e, `. O
$ h% X8 m  ^, ]" u/ g% \
4 x9 Y% Z9 y# `0 H. L; e1 Q
1、  油缸和惯性负载频率的计算
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2、  纠偏速度

( G8 N# C: g2 y/ @% p3、  纠偏速度一般可由歌唱家钢速度来决定。原则上说，纠偏速度等于跑偏速度，而跑偏速度，则收机组速度、设备安装精度、带钢板形等情况来决定，实际上很难确定。在初步设计计算时，可参考下表按机组速度来选用。
: |8 N( z& e" t- p1 z( n# z

: Z* y9 J! i5 _4 J$ B: ^( c- t
机组速度
. s) b7 K) \3 p; n 0~1
2 ]1 {0 A& S$ _! E! q. r+ A' S2 O 1~15
25~3
5~25
25以上

纠偏速度
10
# {( Q  ?1 E8 C 15
20
  P+ ~) Y1 I- ]7 c5 n. N4 E; X 30
40
2 m+ r; ]$ t4 h) b9 v1 |5 l7 `9 ^

1 y$ b; i! V2 A4 h' m% B5 {3．执行液压缸推力计算

- G5 O- ?# a, J& h$ O0 o4．油缸流量计算
- r7 \7 |* d' m+ x8 ^& }) x
9 v" `8 a; f+ @0 z0 X* K4 J5、液压系统功率计算。
  H' U3 I* ]! S6 \; P& H6 t
) \% @+ X2 V8 P

0 k) k  T9 `% ?目前 所采用的控制系统大体上有下列几种情况

9 a0 @" T9 S) Y4 K0 `; U1、  光电液控制系统——检测元件采用光电装置，执行元件采用液压 缸
+ l0 c" ^3 J. X) E. ]
: P, m5 n8 n0 Y6 D' O" s7 b2、  气液控制系统——检测元件采用气嘴，招待元件采用液压 缸

3、  光电电控制系统——检测元件采用光电装置，执行机构采用电动机构；

4、  气气控制系统——检测元件采用气嘴，执行机构采用气缸，目前不大采用，国外有这种控制装置。

) }4 i" W, d; g7 W* R( x光电电控制系统，由于电动执行机构惯性大，灵敏度差，迟后时间性比较大，不推荐使用。若采用可控硅技术，在某些方面性能可以得到改善，但由于可控硅性能不够 稳定，调度要作比较麻烦，不宜推荐使用。目前常用的是光电液和气液两面三刀种控制系统，光电液控制系统具有精度高检测光电头距离大，系统动态性能好等优点，被子广泛应用于于纠偏听偏信控制系统中，气液控制系统精度比较差，但由于设备简单，有时也被采用，近年来，双在气液控制系统上作了一些改进，出现气电液控制系统，即检测装置采用气嘴，把检测信号气压经过气电转换器变成电量，然后再经过电液随动阀带动执行机构——液压缸，这种系统国外使用情况表明，效果良好。

0 H% W4 a, [- ?6 x& g

, g* x6 F" x, p& ~/ i

* z3 _* ?% x+ X) E; l2 N

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  o* ]) P7 U6 u* f   
) |6 |* |; C* x" f1 x, Y


检测

3 [" e' Q8 z9 X; x放大

/ j+ {1 {2 R/ x( M伺服阀
$ D+ A$ J, p# m" h9 T* K
执行油缸

位置反馈