鉗口助卷精整機(jī)組自動(dòng)收尾新方法

閆玉平，李 菲，徐長(zhǎng)安，俞洪杰，姜永濤

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司,陜西 西安 710018)

0 前言

冶金行業(yè)中，經(jīng)冷軋機(jī)組軋制后的帶材，必須經(jīng)過(guò)精整處理加工，才能得到高質(zhì)量的合格產(chǎn)品。精整機(jī)組主要完成重卷、切邊、拉矯、清洗、分條、橫切等工序[1-2]。

卷材精整機(jī)組典型的生產(chǎn)工藝為上卷-穿帶-助卷-卷取-收尾-卸卷[3]。作為卷材精整機(jī)組生產(chǎn)工藝中的重要一環(huán)，助卷技術(shù)決定了帶材能否卷取成功以及成品帶卷的質(zhì)量。常見(jiàn)的助卷方法包括皮帶助卷器助卷和鉗口助卷[3-13]。皮帶助卷器的工作原理是通過(guò)皮帶的張力作用使帶材產(chǎn)生彈塑性彎曲變形，同時(shí)對(duì)帶材施加徑向壓力，使帶材與卷筒間產(chǎn)生摩擦力，完成助卷工作；鉗口助卷的工作原理是通過(guò)卷筒鉗口的機(jī)械夾緊力使帶材纏繞在卷筒上，完成助卷工作。

通過(guò)鉗口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶頭的可靠夾緊與定位，因此鉗口助卷方法在厚規(guī)格產(chǎn)品精整生產(chǎn)線和分條線上廣泛使用[14]。但使用鉗口助卷的帶卷，卸卷時(shí)帶頭容易剮蹭鉗口，導(dǎo)致料卷內(nèi)圈松動(dòng)、塔形缺陷、甚至卸卷失敗，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)線產(chǎn)能提升[15-17]。為了避免卸卷問(wèn)題，通常在卷取機(jī)上設(shè)置推板，卸卷時(shí)推板同步推動(dòng)帶頭使其順利脫離鉗口，保證卸卷順利[18-20]。因此使用鉗口助卷的機(jī)組在收尾時(shí)一方面要求將帶尾停在預(yù)設(shè)定的相位，另一方面要求將鉗口(帶頭)停在推板位置，即需要同時(shí)保證帶尾和鉗口均停在目標(biāo)位置。

本文綜合考慮了機(jī)組工藝布置和卷取壓輥位置，推導(dǎo)了自動(dòng)收尾角度和理想分切位理論計(jì)算公式，設(shè)置鉗口相位檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)鉗口位置，并以此為基礎(chǔ)提出了一種新的自動(dòng)收尾方法，該方法在控制帶尾位置的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉗口位置的控制，能夠滿足使用鉗口助卷機(jī)組的自動(dòng)收尾要求。

1 自動(dòng)收尾工藝布置

常見(jiàn)的助卷方法如圖1所示。卷材精整機(jī)組自動(dòng)收尾工藝布置如圖2所示，典型的自動(dòng)收尾過(guò)程為帶卷長(zhǎng)度(或重量)達(dá)到設(shè)定值后機(jī)組停機(jī)-分切剪分切帶材-出口轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)向帶材-卷取壓輥在收尾時(shí)壓住帶尾-卷取機(jī)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)將帶尾置于某一合適位置[3]。

圖1 常見(jiàn)助卷方法

圖2 自動(dòng)收尾工藝布置

2 自動(dòng)收尾角度理論計(jì)算

自動(dòng)收尾角度為分切后將帶尾停到目標(biāo)位置卷取機(jī)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。自動(dòng)收尾角度理論計(jì)算模型如圖3所示。根據(jù)機(jī)組工藝布置，分切剪剪刃與出口轉(zhuǎn)向輥中心之間的距離為A，出口轉(zhuǎn)向輥中心與卷取機(jī)卷筒中心之間的距離為B，出口轉(zhuǎn)向輥半徑為r，帶卷半徑為R，由機(jī)組實(shí)時(shí)卷徑計(jì)算程序獲取。

圖3 自動(dòng)收尾角度理論計(jì)算模型

自動(dòng)收尾角度α計(jì)算公式

α=α1-(α2-α3)

(1)

式中，α1為帶尾包絡(luò)角度，即分切后的帶材纏繞在當(dāng)前料卷上形成的包絡(luò)角；α2為帶材與料卷切點(diǎn)的相位角；α3為自動(dòng)收尾結(jié)束后帶尾相位角，由機(jī)組工藝布置和卷取壓輥位置決定，對(duì)于使用鉗口助卷的精整機(jī)組，一般認(rèn)為上卷取時(shí)將帶尾置于約2點(diǎn)鐘位置，下卷取時(shí)將帶尾置于約4點(diǎn)鐘位置；相位角取值0～2π，以帶材卷取方向?yàn)檎?。?jì)算公式

α1=L/R

(2)

式中，L為自動(dòng)收尾長(zhǎng)度，即從分切剪剪刃到帶材與料卷切點(diǎn)之間帶材的長(zhǎng)度。L計(jì)算公式

L=L1+L2+L3

(3)

式中，L1為分切剪剪刃與出口轉(zhuǎn)向輥中心之間帶材的長(zhǎng)度，L1=A；L2為帶材在出口轉(zhuǎn)向輥上包絡(luò)的長(zhǎng)度；L3為帶材與出口轉(zhuǎn)向輥切點(diǎn)到帶材與料卷切點(diǎn)之間帶材的長(zhǎng)度。L2計(jì)算公式為

L2=r×α4

(4)

式中，α4為帶材在出口轉(zhuǎn)向輥上包絡(luò)的角度。L3計(jì)算公式為

(5)

α4計(jì)算公式為

(6)

α2計(jì)算公式為

α2=π/2-α4

(7)

3 理想分切位理論計(jì)算

理想分切位為帶材停機(jī)分切時(shí)鉗口所處的相位，鉗口轉(zhuǎn)動(dòng)到此相位時(shí)分切帶材并完成自動(dòng)收尾后，能夠使鉗口和帶尾均停在目標(biāo)位置。帶材理想分切位理論計(jì)算模型如圖4所示。

圖4 理想分切位理論計(jì)算模型

鉗口由檢測(cè)位轉(zhuǎn)動(dòng)至理想分切位轉(zhuǎn)動(dòng)的角度β計(jì)算公式為

(8)

式中，β1為鉗口檢測(cè)開(kāi)關(guān)相位，由機(jī)組布置決定，0≤β1≤2π；β2為理想分切位，即停機(jī)分切時(shí)鉗口的相位，0≤β2≤2π；相位角以帶材卷取方向?yàn)檎?。?計(jì)算公式為

β2=γ-α±nπ,n=0,2,4,6…

(9)

式中，γ為卷取機(jī)推板相位，由機(jī)組布置決定，0≤γ<2π；相位角以帶材卷取方向?yàn)檎?/p>

4 鉗口相位檢測(cè)

如圖5所示為鉗口相位檢測(cè)開(kāi)關(guān)布置圖，在卷取機(jī)上設(shè)置鉗口相位檢測(cè)開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)鉗口相位。檢測(cè)元件選用反射式光電開(kāi)關(guān)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)安裝在卷取機(jī)箱體上，反射板安裝在卷取機(jī)卷筒端面上，反射板與鉗口所處相位一致。卷筒工作時(shí)反射板跟隨卷筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)出的光線經(jīng)反射板反射后接收，檢測(cè)鉗口相位。

圖5 鉗口相位檢測(cè)開(kāi)關(guān)布置圖

5 自動(dòng)收尾新方法

傳統(tǒng)自動(dòng)收尾方法只控制帶尾位置，無(wú)法滿足使用鉗口助卷機(jī)組的自動(dòng)收尾要求。因此，本文基于自動(dòng)收尾角度、理想分切位和鉗口相位，提出了一種新的自動(dòng)收尾方法，該方法能夠保證收尾時(shí)鉗口和帶尾均停在目標(biāo)位置。自動(dòng)收尾新方法流程如圖6所示。

圖6 自動(dòng)收尾新方法流程圖

自動(dòng)收尾新方法具體步驟為

(1)機(jī)組接收到定長(zhǎng)(重)停機(jī)分切指令后，鉗口相位檢測(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)始檢測(cè)并記錄鉗口相位β1；

(2)計(jì)算自動(dòng)收尾角度α；

(3)計(jì)算理想分切位β2；

(4)控制卷取機(jī)使鉗口轉(zhuǎn)動(dòng)β角度至理想分切位β2；

(5)停機(jī)執(zhí)行分切程序；

(6)控制卷取機(jī)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)α角度完成自動(dòng)收尾。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種新的自動(dòng)收尾方法，該方法為使用鉗口助卷的精整機(jī)組提供了一種自動(dòng)收尾理論模型，對(duì)提高成品卷卷芯質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及機(jī)組自動(dòng)化程度有一定的實(shí)際意義。