冷轧机组带钢纠偏研究

叶 红，韩俊平

(武汉软件工程职业学院，湖北武汉430205)

在带钢生产加工过程中，钢卷通常要被打开，进行加工处理之后，大多数情况下又会被重新卷成钢卷，以便运输。在这过程中，由于带钢板形不平直，或者设备上某些原因，例如辊子的制造精度低、安装偏差等，均会使得带钢出现跑偏现象，影响到正常生产，因此跑偏控制，成为了各种冷轧机组设计的关键点[1]。

1 跑偏原因分析

带钢的纵向移动，主要依赖于传动机械和板带纠偏装置，来确保板带平稳的穿过加工线而不产生侧移，不对带钢及加工生产线造成损伤或损坏。不规则的带钢经过，会造成缠绕不良的金属进入系统，或者由于处理设备的反作用力而使带钢受损，板型改变，受影响的带钢可能会有纵向弯曲，或表面不平，如长边、中心变长、偏移或者带钢回转粘连。在加工处理过程中，造成导向辊和驱动辊的不平整缠绕，未对准挤压辊的单侧操作、锥面、擦伤滚筒、不规则的加热冷却处理，和其他许多的相关影响。在系统中这些错误动作的传播，是因为和直线上的下一个辊子之间产生了夹角，因而使板带向一侧偏移。

实践应用表明，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钢跑偏，使跑偏量控制在允许范围之内，满足生产工艺要求[2]。

从理论上而言，控制跑偏首先应该精确计算带钢运行时的最大跑偏量，但是这是一个非常难以准确计算的数据。因为带钢的跑偏主要原因，是带钢本身的板形和机械设备的安装误差造成的，而很多边界条件是难以确定的。在实际中，主要通过不断的实践应用总结而来。

带钢跑偏主要由下列因素决定：自由的未导向距离，板带的张力，材料特性，板带运行的速度，以及机械设备的安装误差。因此，为了减小跑偏，相应地可以采取如下措施：

(1)保证辊子圆柱表面制造精度和机组安装精度。问题在于，即使保证了安装精度，待投产以后，由于基础下沉和辊面磨损等因素，也会直接影响初安装精度和初制造精度，因此这种方法不能从根本上解决问题。

(2)增大张力。这样可以减少带材跑偏，但是不能完全消除。由于张力增大，使设备重量增大，投资也相应地增大。

(3)放宽辊子辊面宽度。这样可以达到粗定心，但是不经济。

(4)降低机组速度。机组速度过低直接影响生产效率。

但这些措施在实际应用中，不是十分理想，经济效果差。实际应用中通常采用电子液压闭环控制系统来进行纠偏，例如在轧机机组对开卷机横向调节使用纠偏系统，在机组中设置若干纠偏辊。

2 电液控制系统原理

带钢纠偏系统，主要使用非接触的测量装置，模拟式或者数字式、光电式感应式的测量系统，扫描板带边缘位置，对边测量装置使用一个传感器，测量并计算出带钢边缘的位置；对中测量装置使用两个传感器，分别测量带钢的两个边缘，两个传感器的测量值之差，即是带钢中心位置偏差，两个传感器的测量值之和，即是带钢宽度值。纠偏控制器比较当前值和设定值，并计算其偏差，控制放大器输出信号，经功率放大器转换成电液伺服阀要求的范围，伺服阀控制液压油的比例流动(大小、方向)到伺服油缸，这种由电子到液压的转化过程，是必要的，从而产生足够的控制力矩，以快速移动设备。伺服控制是一个闭环控制过程。

图1 带钢纠偏系统示意图

3 开卷机纠偏系统

使用电子液压闭环控制系统，当带钢偏离预期位置时，偏移量被测量系统测量出来，经过放大传输给电子控制装置，控制装置输出有规律的电子液压控制阀的调制信号到电液伺服阀，驱动伺服油缸，使开卷机横向移动，保持带钢在测量系统的指定范围内[3]。

开卷机附近有大量的辅助设备，不可避免地使测量系统安装在固定导向辊后面，测量系统的调整过程因而产生时间延迟，这将极大的影响闭环的稳定性，尤其是带钢低速时。针对这种现象，采用时间差补偿技术，可以在控制回路中解决不同速度的带钢的控制偏差及卷筒的位置调节。通过电液伺服阀及通过伺服油缸驱动开卷机，使卷筒横向移送，有效地防止了跑偏现象。

测量系统检测的带钢位置与设定值的偏差，在带钢位置控制器中计算出来，传递到位置调节的PID控制器上。其中，比例控制的部分，直接作用在位置控制器上，以矫正带钢位置。经过测量导向辊的转速，计算带钢速度(也可以由机组PLC提供)，控制偏差和带钢速度的乘积传送到控制器的积分部分和微分部分。积分和微分的时间常数，由带钢从调节装置到测量装置的时间差确定。需要注意的是，由于存在控制系统的建立时间以至于瞬态的误差无法很好地纠正，死区时间的增加和调节装置到测量装置的距离成正比，这个距离过远会使动态控制品质恶劣。

4 纠偏辊

纠偏设备要产生足够的力矩，改变带钢的位置，但又不影响带钢质量，纠偏控制器比较当前值和设定值，并计算其偏差，控制放大器输出信号，经功率放大器转换成电液伺服阀要求的范围，伺服阀控制液压油的比例流动到伺服油缸，从而产生足够的控制力矩以快速移动设备。

随着带钢生产线不断向连续化、高速化发展，对于带钢纠偏设备提出了更高的要求。根据机械设备状况、工艺条件及材料的性能，在生产线上设置若干纠偏辊。因此纠偏辊的结构和尺寸都必须是最优化设计的，除了必须考虑带钢宽度、厚度、质量、可用空间位置、安装连接件及带钢速度的影响，还要考虑温度等环境因素[4]。在各种条件下，当伺服机构动作时，必须确认它施加在带钢边缘的力足够，并且小于该材料的屈服强度。纠偏设备是为了使带钢顺利通过生产线，一般情况下带钢的对中精度有±10 mm就足够了；在圆盘剪和纵剪的入口必须有很高的精度，通常要求达到±1～1.5 mm，这是为了提高成材率，需要在废边不断裂的情况下，尽量减小剪边量。

比例动作纠偏辊子，是纠偏辊中应用较为广泛的一种，主要用于安装位置较为狭窄的场合下，纠偏辊架的活动支架以进带侧中心附近的支点为圆心，而移动出带侧。测量装置检测到钢带中心位置的偏差，电控器通过伺服阀驱动液压油缸，推动纠偏辊旋转，而使带钢最终沿设定位置运行。带钢调整行程与纠偏辊活动机架范围成比例关系。进带方向始终和纠偏辊旋转平面始终成90°，测量装置、液压缸调整设备固定安装在纠偏辊架的出带位置。

5 结束语

针对冷轧机组中的跑偏控制，做了深入研究，提出了一些带钢运行中纠偏的措施，分析了各种设计方法的可行性和有效性，并提出了提高可靠性的设计方案。

[1]谢忠亮.带钢的“跑偏”及纠正[J].本溪冶金高等专科学校学报，2003，(2)：14-16.

[2]习中革，王永亮.立式还原退火炉炉内对中纠偏系统[J].轧钢，2005，(6)：42-44.

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

[4]方胜年.新型带材自动纠偏装置的研制[J].武钢技术，2001，(5)：29-32.