轧钢精整设备

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。
2 I7 B! p& V3 Y: p1、
出现跑偏的主要原因
8 I% U/ ~2 E3 f) M1）
带材板对定心的影响
/ }# S9 P; s% [/ n  j/ k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。


, J6 @9 N- b+ Z2 F2）
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。
' l( f5 d1 C5 Y* S7 ^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。
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。
3）
设备安装精度对定心的影响
" t; F6 g4 x! y, G' D: 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。
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。
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、
( F. ]  b* s% B; p  U0 B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。
( s3 f* O, F* D% ?2）
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。
3）
+ @. k6 h2 l4 j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。
1 I1 s  }- p( @3 ?2 t, Z; V" b4）
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。
$ S3 n/ V; u. z$ _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。
7 M0 ]5 x: Z# J+ ^; z- L8 m" U8 W3、
6 w% A' T. i3 f, i跑偏控制方法
6 q/ i7 l& |9 Y# X' }# B9 d3 B3 y1）
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。
2）
( |& t5 G! a9 J$ Q- H采用带自动控制系统的摆动辊。
3）
5 W! ^0 F7 a2 r. {- G. V% N采用带自动控制系统的浮动开卷机。
0 I* y' E& C. N5 V. E4）
采用带自动控制系统的浮动卷取机。
. p7 t8 g. j; H* R: b  F/ Y; R- G5）
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。

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二、带材在圆柱形辊子上运行的基本原理


# F! Y9 v2 H. i' I, S



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。

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。

辊子线：圆平面的圆轨线称为辊子线。

6 J! `5 {, s! s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。

! S! N& }6 a+ ]- _4 e( E0 g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。

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”。
: t& N3 m5 u" n
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”。


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 U, Y6 J2 g& z* A( ?/ y与辊子表面相接触，作用于带材上的摩擦力F为：
$ I0 u- G4 ?' ?/ G9 P* w
# A$ v4 l6 N' l# U" J* F
2 U; O  w$ g' Y; |" w0 q
1 j; O; n$ F' b- C+ D& t2 `/ k, `# O  Z     （6-1）

N—带材包绕在辊子上所受的力；

! Q9 w* O2 w9 d8 t- U+ o6 Q9 i4 z* `T、t—分别表示带材进出口端张力值；

μ—带材与辊子表面的摩擦系数。
* J3 d! \2 D3 E: e- w( G
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。


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。
+ }# v  q3 x* C4 y6 A2 _% p
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。

3 h) w$ [& e9 C8 P
. k5 X( v# A" x; n, p% t
6 Q. s9 _& X& O, ^) p# ~
0 X2 u) A9 k% a( q* C& Y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）。
0 d0 C5 O+ Q! C) r" W" @
" T; c: J1 J$ N9 n! `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。



四、摆动辊的定心作用及控制系统
) p& t5 D6 @1 M3 @6 L1 P2 i
1、摆动辊的定心作用

( ?0 M0 Y) ]1 {2 ~1 J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。

/ D8 ^4 G  I. |5 t* U1 U
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。

' ]" U- \8 b5 @2 ?0 u

3 {0 T9 H3 j5 b( w0 S% W: }2 u
" f2 a6 a, j1 ~7 R  G# ?) P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。

, g$ U0 y/ U6 N- x- |1 ?A）摆动点位置在中心线下方时（图6-20a），纠偏值δ为：
# j4 u, x' p, j0 }# }* _9 W, W
6 `* L" V  d5 B: n$ ]5 Z
2 V- ~2 L' \+ r
δ=B’E=Dtgα   （6-4）
. P- A) m3 g) ~' o  z" I9 C- o- i% i
式中D——摆动辊直径；
: o/ D* n4 T; a- G- b6 C$ G
# x" R4 e/ }+ T+ W! ]1 B9 Xα——摆动辊摆动角度。
1 g& B. g! D" G! t3 q9 ]8 y
# ^+ R* \; _2 d4 m/ V1 I& l$ n2 u
* \. s$ q( |6 }# i2 z$ A* j( T
B） 摆动点位置在左侧时（图6-20b）令AO’=AO=LA，纠偏值δ为：
" ?9 A/ C3 ?/ N9 M5 [6 ]( t$ i* S
5 \7 j4 b" [- s: f% }: e8 t
- `& t. j+ X: v2 K9 o
  （6-5）
! f: x+ ]  T. q  N$ ]
  Z; A- Q8 @3 Y  k- C9 d' s式中LA——摆动点A至摆动辊中心的距离。

$ G- p& a, R5 L5 ]

: }7 t5 ^' d) G8 GC） 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：

       （6-6）
  C& b9 I3 v6 m! D
上述三种摆动点不同的摆辊装置，国内外都有采用。

: R  v6 Y$ g5 Q9 r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。

: n) Q" G8 m" ~4 ]- w2．检测器位置及摆点选择
1 w7 b0 n% S4 m. e( }
1 \3 q) l4 G2 K) z  x/ T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。
! h; Z" e) |6 {9 {' J  z, E
设计摆动辊时，还应注意以下几点。

1）  摆动点置于入端圆周之下（图6-21）。

) t/ U6 b. t7 W& F1 ?5 v2）  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。

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。

1 _$ t) n) N' z* y& O1 z
* }" a1 W- [$ I( ?3 j. V' y% _
! I+ v4 z: T1 k) y


3．摆动辊控制系统
0 V# E7 `4 G( V
+ z: P3 u% c; G! C# N, M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。

. B' S, w1 i, d7 z
7 K. p1 S  }+ a4 c5 I4 ?, J% I
- V5 _' V3 \0 W( c
% @2 H& H* t3 ^2 d0 a5 z1 w1、  油缸和惯性负载频率的计算
- O4 v  k0 }) ]& L, D6 S
# K3 r+ W1 Y2 y- Y5 U, K2、  纠偏速度

6 }$ ?: y9 c, X  |+ X$ }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。
' |6 D/ k8 H1 T1 P- R  E
1 B/ M' I4 _# w* f2 x

) `5 m' I' [" m) U9 m8 ?机组速度
5 }- D1 q  x6 f0 J" z9 j. u 0~1
. l; B$ [. L" U% q( N* r+ S 1~15
25~3
% I4 |' K. }3 u# {7 A" ?/ U8 t 5~25
. b: B% _! q2 T1 B 25以上
; y9 h. V& W+ T' y1 n
* ?  u( ]2 ]8 O( a纠偏速度
7 d9 h% e7 _/ G/ K( E4 n- D 10
6 b& v' h, s( H6 T% g+ W# Z 15
7 c, ], O" ]1 X/ {. ]- _ 20
30
, o/ |* y" H  U( [2 C# B 40
+ W* e4 V0 p' i* z
& B: X$ c2 b2 t: ^8 t$ |% h5 y
: O2 l: G2 e' m' B7 H3．执行液压缸推力计算

4．油缸流量计算
/ k  f  L% e% ^  P5 z
2 g: \1 _+ e; ?8 A3 A5、液压系统功率计算。



% t: i# u5 Q' {0 p3 u# G( u目前 所采用的控制系统大体上有下列几种情况
# J* h, P7 J  B  d7 {5 {
5 h" K$ [: v8 S1、  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
: C# l. Q2 e8 y0 ^: X. W- M
2、  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；
& s( {6 ]6 O! y) l1 S8 b9 a
6 q% j1 e+ P& S4 R% k4、  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。
/ A; e# A/ E0 e5 n6 D. x( U
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。

" b) s0 @: N/ [0 n  W( f2 P
$ ^: e# }+ m! ^4 p
. n1 k$ w! @; o



- n% |$ d# y+ @
! ?$ F9 W" t0 w8 y2 J
$ \% x* h2 B) {( A/ K. q) M2 I   

0 G% C/ Y# k  T" Z
% @- e' u! ]9 w. E$ I: j; q
& N: f4 e2 P5 G$ @  T检测

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伺服阀
  g& l  Z- V6 S* q% |. ~0 ]$ ^
& g& n* K, u3 _执行油缸
1 K) \: V6 y5 ~1 D: r6 `
3 }5 {7 ?4 E1 T6 l* @9 S2 h位置反馈