轧钢精整设备 非常有用

WANGYIZHW

轧钢精整设备
第六章跑偏控制设备
一、跑偏原因分析及其控制
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。
( }  P: r, ^9 |+ D6 m& v1、
( M+ w9 t1 m2 q( Y; a出现跑偏的主要原因
1）
# \1 K2 T+ `9 I: F带材板对定心的影响
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。
1 ~  T; x2 J( Q4 y# A  w
8 z; ~' z/ Y' ]9 s4 r
2 X5 `  G7 C4 w4 n. R& b2）
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。
2 I4 h$ w0 w. o# d* w9 K& w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。
" K, c1 e8 f% a2 m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。
  M: T) A' N" c2 F! p: }3 s: V3）
设备安装精度对定心的影响
' ~- P. j5 P# e" T: O2 S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。
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。
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。
) P& H* r, T1 h2 K8 Z# _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。
2、
减少带材跑偏的措施
1）
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。
: d- I/ }9 Y+ e% R& s6 j# I2）
7 P& P+ H9 U$ c( {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。
- A# \& \. `* P* g- c6 s3）
7 ~/ K2 k  k9 {% t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。
4）
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。
4 S$ R- i# `% _7 _4 e8 O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）
% G! d) f0 g1 h: O2 \. o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。
, k8 u0 n! x  t+ c! _7 n4 I: n; d, ]2）
采用带自动控制系统的摆动辊。
3）
7 e. {. M4 |5 h' m! O! B% ^% E采用带自动控制系统的浮动开卷机。
4）
采用带自动控制系统的浮动卷取机。
5）
4 ?7 E; o# U8 x0 s/ ~7 E/ O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
' G) Q$ l! O0 ^, R8 |5 a  `' z( C
# q& `( |! Q2 p- ]+ B- D


0 T$ ~. \$ J. O% }

, Z8 T& H4 \; E: q3 \2 [( C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。
4 r0 S, B* [- D( W
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。
+ U2 c1 G! z( @. h7 s# c
; m$ _. E( n7 n0 F3 V0 z% f辊子线：圆平面的圆轨线称为辊子线。
. N# n3 y1 v1 o  C/ k1 E% u
$ ]. J7 k3 v, {( D7 |0 o  h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。

+ a* f3 U. x5 u5 Z& q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。

3 W4 ^6 {! {2 K8 W3 D7 y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”。
3 n* h: U. x  x$ C8 @
, m7 I5 ~3 \/ _: a, ~  V4 d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”。
7 ^& N) R) N8 N7 O/ E( e) H
, Q6 h6 u. h) y" b
2 Q) S1 f' J2 N5 `  d! X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。

7 j2 X  G5 f( F0 x1 l% k2 ^与辊子表面相接触，作用于带材上的摩擦力F为：

- ]6 B6 L1 ~2 t; E/ a3 B

  R, V* {& i2 h1 W% X     （6-1）

N—带材包绕在辊子上所受的力；

T、t—分别表示带材进出口端张力值；

4 h& y, Q! d) U4 o* j' g1 {, Mμ—带材与辊子表面的摩擦系数。
8 }# Q  g8 T: p7 ~4 U3 ~! d  c
0 d5 L% \) n$ t3 Q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。

( n. w" d2 q6 d
( J# o" T/ a( K$ x0 V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。

/ Q- C( F$ T9 f' \" X  t* r# D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。
6 k0 |. u) k  \/ I" F  H

3 ^7 D' X/ L5 d" g5 \/ i
3 c( [3 Y( k! |  [+ _
2 s& V! Q8 C3 w! k9 b/ o3 u  W& h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）。
) q3 O) d- v- Q  f
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。

6 a# E; e" k+ Y1 W0 U( [

四、摆动辊的定心作用及控制系统
# K% z' K: l. S, h2 n% [( k2 Y
7 |2 F  V; ~  t1、摆动辊的定心作用

7 J3 L& i$ X; b1 |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。


8 q9 L! W5 @4 Y/ ~( T! M7 f9 p2 m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。
: X9 E# Q; v+ B5 d



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。

图6-20表示摆动点不同，纠偏值不同。

A）摆动点位置在中心线下方时（图6-20a），纠偏值δ为：


/ o  D. Z& F, D# {
# C  K9 w# Y- u/ Dδ=B’E=Dtgα   （6-4）

- r* {/ D" ~$ V+ l2 w式中D——摆动辊直径；
2 T) N+ l+ w! A& ]3 a* F3 k0 W
α——摆动辊摆动角度。
0 @0 B. r" K# d1 i: [: u

3 h& U+ p$ ?  V+ M0 Q
7 x# f7 ~: ~) L$ j8 B* iB） 摆动点位置在左侧时（图6-20b）令AO’=AO=LA，纠偏值δ为：
; l3 H' A" C! u' A


0 r7 D' ~0 `  o, m. G  （6-5）

; m: P6 T5 F2 n8 \4 i& B, i式中LA——摆动点A至摆动辊中心的距离。

0 m% ~2 v% ^7 s: {* `' C

C） 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：
! h* p* R! ]0 e; j% o; A
" o3 y7 x. R3 H: q1 A2 P" v       （6-6）
9 d9 Q3 o& ~( S
上述三种摆动点不同的摆辊装置，国内外都有采用。

  D- D9 Q  P! o) L$ C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。
1 r6 a2 A5 V6 M9 X; I% Z
9 s& e/ k+ ]" C2．检测器位置及摆点选择

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。

设计摆动辊时，还应注意以下几点。
( ]0 [8 y- R. ]
; L% N9 N0 a6 [( a- Z0 f1）  摆动点置于入端圆周之下（图6-21）。

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。
! p& q+ O$ S5 _2 I
' `( j$ `/ |/ I6 f4 i2 k3）  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。
& V5 Q5 H0 W" N9 a) M
: I3 s2 \$ f5 H  a

1 U+ K6 Z) s7 h2 R* n6 _

: k) l1 w! n+ \' V" V" \
3．摆动辊控制系统

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。


& u; M4 K( _3 R$ K7 U, U' z) x
. a  J( }! Y. P) U7 E) h
1、  油缸和惯性负载频率的计算

) `! r3 h7 Q& d* M& C' ^) E2、  纠偏速度

3、  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。

! Y7 N& F- T, Z6 O/ h" O# W

5 h) k7 B- e; }8 F机组速度
4 e- E5 o7 J1 X* f0~1
: T4 C4 U3 ?" c- i, [+ P7 K1~15
25~3
5~25
+ ~3 O6 d  L  _2 k& z2 L& S25以上

, f$ X0 F) }. C3 [3 M6 L纠偏速度
  N9 C! d% L! q' ^4 F0 J10
4 h* W, G( a# s! V15
( w/ ^! l9 W# l! \) K& b& A20
30
9 O/ s  ]+ Z4 W4 d+ p40


3．执行液压缸推力计算
6 G" t8 T* s3 k& f. T
3 o: b! h6 L& m0 b, m: V; Z& A4．油缸流量计算
+ L% M  Z' }) A) b2 t
* z6 \! B  M. u# }5、液压系统功率计算。
' \" Q& K. V) ^; }0 n
7 R+ L/ |. b% t" u1 V9 }

目前 所采用的控制系统大体上有下列几种情况

2 z: r/ F- c1 Z% m7 o1、  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

2、  气液控制系统——检测元件采用气嘴，招待元件采用液压 缸

* i- T5 S; L" s1 g3、  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。

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。


. R% ]  S" e/ z7 l  v" B: u% n

1 ~3 `0 V3 L( M3 f0 O- U9 E; _
! V; b- {7 _- E0 F- U; q: ?
( S% R. M5 N; F4 N* B8 e$ E
* J4 i$ I9 [9 z
9 {% W" Y6 `2 p$ D# Z
   
, ^0 C# G$ |$ D* b

# H, Y! S3 e; \) s/ M
检测
7 K3 E$ v; ]) h
放大

4 s/ }3 H$ y( D+ ~: b. u- E伺服阀
) i- Q+ a5 ?; \2 D# R
0 G6 O% M$ ~; q6 H3 n执行油缸
' A6 i/ u1 o0 V
1 ~4 L2 t6 l4 q3 ^位置反馈