带钢自动纠偏原理研究及应用

肖力子 张康

摘 要：文章结合连续带钢生产设备及工艺特点，分析了带钢跑偏的原因。介绍了带钢生产中的自动纠偏系统，通过分析其中原理，建立相应的纠偏数学模型，并分析了各类纠偏形式的纠偏特点及效果。最后通过对某1320mm直接轧制退火酸洗机组中的纠偏应用进行比较分析，验证了各种常用纠偏形式的应用条件。

关键词：纠偏对中；CPC；跑偏；电液伺服

引言

在连续带钢生产中，带钢的稳定连续运行是作业效率和质量的保证。如何在各生产环节中对跑偏带钢进行纠偏控制已成为连续带钢生产的重要课题。

1 带钢跑偏原因分析

带钢运行中产生跑偏有多方面的原因：（1）带钢质量缺陷。如板形、板凸度缺陷，带钢焊接不齐，表面光洁度不均等，会在张力运行中造成侧向力或螺旋升角导致带钢跑偏[1]。（2）设备制造安装。如运行辊子制造安装精度差，磨损不均导致带钢向一侧滑移。（3）工艺因素。如不均匀轧制、受热不均或张力波动等。

在带钢纠偏中使用最广泛的是光电伺服纠偏系统（见图1），即CPC/EPC系统。其对中度高，反应灵敏，可实现纠偏系统的位置闭环控制[2]。

图1 板带自动纠偏系统

2 带钢纠偏原理研究

带钢运行中，如果前进方向与辊子轴线不垂直，辊子旋转过程中会产生对带钢的横向摩擦力，产生螺旋卷取效应，使带钢横向移动，即跑偏（见图2）。

图2 带钢的跑偏过程

跑偏公式[3]：

C=K·L·tan？琢 （1）

式中：C-跑偏量，mm；K-跑偏系数；L自由带钢长度，mm；？琢-跑偏角，度。

3 几种自动纠偏系统

根据纠偏形式的不同，实际应用中形成了三种基本纠偏方式。

3.1 比例纠偏辊系统

在工作空间狭小处经常应用比例纠偏辊（P型纠偏辊），其原理是通过纠偏辊框架以进带平面上的一点为旋转轴转动，使带钢能够侧向移动（见图3）。

图3 比例纠偏辊（P型纠偏辊）

其纠偏能力：

±？啄=L0·sin？茁 （2）

式中，？啄-纠偏调整量，mm；L0-入带自由长度，mm；？茁-纠偏摆动角，度。

当摆动角度？茁较小时，纠偏量？啄正比于L0，故称之为比例纠偏辊，其应用形式见图4。

图4 比例纠偏辊的应用形式

3.2 积分纠偏辊系统

在较长进带距离生产线上通常使用积分纠偏辊（I型纠偏辊）（见图5）。如果纠偏辊摆过？琢角，带钢边缘上某一点先接触到辊子上点P1位置后，随着辊子转动，从P1转动到了P'1位置，带钢于出口与辊子轴线垂直，产生横移？啄，即由于运行速度方向的变化，使带钢横移，这就是积分现象的实质[2]。

而横移的速度叫做积分速度：

vi=v·tan？琢 （3）

式中：vi-积分速度，mm/s；v-带钢运行的速度，mm/s；？琢-纠偏摆动角，度。

横移量？驻？啄与摆动角？琢和带钢通过辊面的时间dt的关系为：

？驻？啄=vi（t）·dt （4）

两边同时积分， ，即

由式（5）得出带钢纠偏横移量是时间的积分。其布置形式主要有四种（见图6）。

图5 积分现象示意图 图6 积分纠偏辊的应用形式

3.3 比例积分纠偏辊系统

比例积分纠偏辊（PI型纠偏辊）是利用比例纠偏+积分纠偏综合效应，既实现了出带的精确调整，又实现了进带的纠偏调整，综合效果为P-I效应。

以连杆式比例积分纠偏辊为例（见图7）。纠偏框架2由油缸4驱动回转， 框架由两个回转中心O1、O2约束的等径臂O1A1、O2B2 同纠偏辊A1B1构成四连杆机构。当油缸带动框架向左摆动时， 纠偏辊A1B1向右倾斜至A2B2。当油缸反向， 则纠偏辊A1B1向左倾斜， 使帶材平移而实现纠偏[4][2]。

1-连杆，2-框架，3-辊子，4-摆动液压缸。

图7 连杆式比例积分纠偏辊

其纠偏量：

±C=R·sin？琢+L·K·sin？琢 （6）

式中，C-纠偏调整量，mm；R-比例纠偏半径，mm；L-入带自由长度，mm；K-积分纠偏系数，取0.65；？琢-纠偏角，度。

比例积分纠偏辊在连续带钢生产中得到广泛应用，布置形式十分灵活（见图8）。

4 实际应用自动纠偏系统案例

在某1320mm直接轧制退火酸洗机组中，从开卷→双机架轧制→脱脂→退火→除磷→酸洗→卷取，自动纠偏装置应用于整个生产线（见表1）。

基于在连续带钢生产线的应用及比较，得到各类纠偏系统的应用特点：

（1）比例纠偏系统（P型）可在出带位置进行精确调整且反应快，对进带和出带长度要求不高，可设置在预留空间狭窄的地方，且可调整带钢运行高度，配合机组布置。因此通常布置在轧机和卷取机等对进带要求较高的设备入口。

（2）积分纠偏系统（I型）可对进带的跑偏趋势进行纠正，结构简单紧凑，但需足够的自由进带距离，因此活套中常使用这种纠偏。

（3）比例积分纠偏系统（PI型），综合了比例纠偏和积分纠偏的优势，响应快，纠偏能力强，对出口及入口带钢都有纠偏能力，配置形式多样，广泛应用于具有较长自由带钢长度的纠偏中。

5 结束语

文章从带钢的跑偏原因入手，通过对比例、积分及比例积分纠偏这三种形式进行理论分析，数学建模，分析了各种纠偏系统的纠偏能力及应用形式。结合某1320mm直接轧制退火酸洗机组中这三种纠偏系统的布置情况，分析了各自的应用特点，为纠偏系统的实际应用提供了参考方案。

参考文献

[1]欧阳克诚，方胜年.转向单辊纠偏装置纠偏效果分析[J].重型机械，2000，2：1-4.

[2]李素娥.酸洗连轧生产线带钢的跑偏控制及仿真分析[D].中南大学，2008.

[3]戴宝泉，胡国平.带钢运动过程中对中纠偏原理研究与应用[J].冶金设备，2010，2：20-24.

[4]解恒坤，万飞，解天.双摇杆机构纠偏辊摆动量分析计算[J].重型机械，2012，6：73-76.

作者简介：肖力子（1988，5-），男，辽宁大连，研究生学历，助理工程师，研究方向：机械设计。