梭车接卷的稳定性研究

刘晓明

（山信软件日照自动化分公司，山东 日照 276800）

0 引言

由于现场存在的各种不确定性，接卷过程中钢卷会给梭车一定横向力，导致梭车在接卷过程中产生掉卷危险。现场存在鞍座V型口角度倾斜，鞍座覆板安装精度不够，轨道磨损严重电机输出要求更高，轨道表面存在降低摩擦力的水汽造成定位不准，接卷梭车电机抱闸锁紧动力不足等问题。随着时间的推移，设备老旧等情况的发生，上述这些问题可能会成为事故发生的最后一根稻草，导致钢卷在接卷过程中掉落。本文主要解决钢卷被接到梭车鞍座上的摆动、钢卷横向力使得梭车水平横移造成掉卷风险这类问题。通过容错率的提升及钢卷软接触的方法，实现接卷梭车在以上众多恶劣环境下依旧能够稳定牢靠地接卷，降低梭车接卷对现场条件的要求，减少设备维护次数，提高设备运行稳定性，提高工作效率，实现梭车接卷能够在更多容错的情况下自动运行[1]。

1 控制情况

主要从生产工艺组成及自动控制时序两方面描述现场及控制情况。

1.1 生产工艺

图1为现场一个简易版示意图。生产工艺为：步进梁将钢卷运送接卷鞍座上，利用梭车将接卷鞍座上的钢卷运送下一个接卷鞍座。梭车到达接卷鞍座后执行接卷的过程中，各种工况造成的钢卷产生横向力容易造成钢卷在梭车鞍座上摆动的情况，从而出现钢卷掉落风险。梭车横移是通过电机驱动的，梭车升降通过液压控制。

1.2 梭车接卷自动运卷时序

自动时序过程中梭车到接卷鞍座处托起钢卷的动作需要满足三个目标位：

（1）第一个目标位：运卷车在接卷的水平目标位。

（2）第二个目标位：运卷车在接卷位抬升接卷的过程中应稳定在水平目标位。

（3）第三个目标位：运卷车抬升接卷并到达高度目标位。

梭车下降到低位，梭车在等待位，中间鞍座上有卷、上卷鞍座上无卷、时序启动。梭车自动运行到5（中间鞍座）水平位，梭车鞍座70%的比例开口度缓慢升起。梭车鞍座接触钢卷后比例阀的开口度变为30%，用更小的力去接触钢卷。梭车托卷逐渐上升到最大高度，完成整个托卷过程。

1.3 钢卷重心偏移产生梭车横向破坏力

理论情况下钢卷的重心同梭车鞍座中心在同一条垂直线上，此时钢卷收到梭车鞍座的上托力后不会产生横向力。但在实际情况中梭车接卷托升时，由于钢卷重心偏离产生的横向力导致梭车水平位移动。梭车水平位的移动导致自动时序过程中梭车到接卷鞍座处托起钢卷的动作的目标位条件不再满足，运卷车在接卷位抬升接卷的过程中无法稳定在水平目标位。梭车接卷目标位准确度要求较高的原因为：梭车到步进梁处接卷时，为了保证梭车能够安全地托起钢卷，梭车水平位应在接卷鞍座位±2mm的安全范围内停止。梭车到达接卷鞍座位，进行抬升接取接卷位处的钢卷[2]。在抬升过程中，如果由于钢卷重心同梭车鞍座V型口中心不再同一水平面的垂直线上，钢卷对梭车鞍座产生的横向力可能会导致梭车产生水平移动，存在钢卷掉落的风险。

如图3、图4所示，梭车V型口中心同钢卷重心不在一条垂直线上时，发生梭车鞍座在钢卷边部受力。由钢卷重心a偏移到b的状况下，梭车鞍座在接卷过程中会首先在钢卷的c位置受力，此时钢卷会对梭车鞍座产生一个横向力Fb，该横向力会导致钢卷在梭车鞍座V型口内摆动（梭车抱闸力充足）及梭车水平横移（梭车抱闸力不足）的情况。这种情况对设备的损害极大，易造成钢卷托不稳掉落的风险，给后续钢卷开卷造成带头跟踪错误等故障发生。

横向力的产生因素：钢卷重心同梭车鞍座V型口中心的不对应的情况由很多因素造成。

（1）衬板磨损。

（2）钢卷偏心。

（3）钢卷温度高造成的接触物形变等影响。

（4）安装精度不够。

（5）标准设备的维护、更换频率不够。

（6）接卷鞍座同梭车鞍座中心不在同一条垂直线上。

梭车抱闸无法锁定水平位移：梭车水平位的变化除了钢卷重心同梭车鞍座V型口中心不在同一垂直线上外还有以下几个方面。

（1）轨道磨损严重。

（2）轨道湿滑、摩擦力不够。

（3）梭车车轮磨损严重。

（4）梭车抱闸力量过小（该条会受以上三条的影响）。

梭车接卷的安全性要求：在现场的实际情况为梭车的横移距离能够达到20mm左右，与精度2mm相差较大，考虑为危险情况，易产生梭车鞍座碰撞钢卷，钢卷掉落情况，因此在自动时序执行过程中认为切换为手动，严重影响生产节奏，加重了工人的劳动强度。

在以上不可避免的情况下，钢卷重心同梭车鞍座V型口中心在实际情况下无法保证在同一条垂直线上，梭车鞍座托举钢卷的过程中，钢卷对梭车鞍座的横向力会导致一定程度上的钢卷摆动及梭车水平横移。在执行自动时序的过程中，该横向力会造成梭车的水平目标位偏离故障安全报警，中断自动时序。梭车抱闸力如果能够抵抗该横向力的话，会造成钢卷在梭车上摆动的情况，在钢卷横向偏心的情况下会压倒梭车，造成设备损坏；另外钢卷摆动也对动态的梭车提出了更高的要求，钢卷摆动会对梭车设备造成一定程度的破坏。

2 现状分析

在自动时序过程中，梭车接卷托升时，由于钢卷错位产生的横向力导致梭车水平位移动。梭车水平位的移动导致自动时序过程中梭车到接卷鞍座处托起钢卷的动作的第二个目标位条件不再满足，运卷车在接卷位抬升接卷的过程中无法稳定在水平目标位。第二个目标位需要保证的原因为：梭车到步进梁处接卷时，为了保证梭车能够安全地托起钢卷，梭车水平位应在接卷鞍座位±2mm的安全范围内停止。梭车到达接卷鞍座位，进行抬升接取接卷位处的钢卷。在抬升过程中，如果梭车产生水平移动，梭车鞍座的V型口凹口中心将无法准确对准钢卷，由于钢卷中心同梭车鞍座V型口中心不再同一水平面的垂直线上，则存在将钢卷掉落的风险[3]。

为了实现梭车的平稳接卷，在梭车接卷的托升过程控制中应满足以下两个条件：（1）梭车接卷托升未接触到钢卷时，梭车产生横移会导致梭车撞翻钢卷的情况。梭车鞍座上钢卷检测限位在没有检测到钢卷时不允许梭车产生横移动作。（2）减小钢卷在梭车鞍座上摆动，实现梭车鞍座与钢卷的软接触。

3 解决方案

在整个过程中由于以上原因容易中断的过程为第三步梭车鞍座抬升接卷的过程。在第三步梭车鞍座抬升接卷过程中，会经历梭车鞍座触碰钢卷，钢卷被安全托放到鞍座中心。

（1）机械方面：抱闸紧度调整。根据钢卷的重量适当调节梭车抱闸的紧度，使其在钢卷横向力的作用下能够产生梭车的横向移动（由于冷轧使用的热轧卷一般重量都在23吨左右，所以梭车的抱闸紧度在能够保证梭车不带卷的情况下锁定即可）。

（2）检测元件调整：梭车鞍座光栅目的是检测梭车鞍座上是否存在钢卷，检测距离为20cm，由于光栅位置的情况，此距离为光栅检测到钢卷的有效距离，范围大约在±5cm内都为有效检测。钢卷外表面能够检测到的最低点距离梭车鞍座光栅的距离大约为15～85cm之间。为了确保梭车鞍座在抬升过程中能够检测到钢卷，将光栅的检测距离由20cm调整为50cm，确保此位置情况下，梭车鞍座V型口已经包含部分钢卷。由于钢卷大小不确定，此时梭车鞍座抬升位置大约为760mm。

（3）程序逻辑：钢卷对梭车产生的横向力导致梭车水平位移动的现象认为为有效接卷。自动时序过程中调节梭车水平位的判断条件，原为梭车应在目标位固定不变。现调整为梭车鞍座在检测到钢卷时，梭车的水平位移动为正常移动。梭车鞍座检测到钢卷后，此时梭车鞍座的V型口包含部分钢卷，特殊情况下已经出现鞍座接触钢卷，随着梭车鞍座的抬升钢卷的横向力会导致梭车的水平位发生移动。由于梭车的抱闸力已经进行了部分调整，所以梭车对钢卷的反向作用力较小，随着梭车鞍座的抬升，梭车水平横移，梭车鞍座的V型口对钢卷的包围状态逐渐由半包围状态变为全包围状态。程序中认定当前情况下的梭车横移位正常横移，非故障状态。

（4）程序逻辑及液压压力调节：梭车鞍座与钢卷进行软接触（需根据实际情况，既要保证梭车接卷效率又要保证梭车接卷后钢卷在梭车鞍座内不产生较大的摆动）。梭车鞍座抬升接卷的过程继续优化抬升速度曲线。在梭车鞍座上钢卷检测用光栅信号检测到钢卷时，抬升速度降为梭车鞍座抬升最大速度的5%～20%之间，使得梭车鞍座能够缓慢平稳地接触到钢卷底部，从而达到钢卷中心与梭车鞍座V型口中心能够在同一水平面的垂直线上[4]。

4 结语

通过该方法可以实现梭车在横移位不稳定、钢卷轻微偏心的情况下进行稳定、安全的接卷，有效减少梭车自动运行的时序中断次数，能够准确牢靠地实现动态接卷，能够在现场条件不是非常完美的情况下，实现准确、安全的接卷。该方法解决了在鞍座角度不合适，存在轻微角度侧倾，轨道磨损严重，轨道表面存在降低摩擦力的水汽等情况；接卷梭车电机抱闸锁紧动力不足的情况下能够在鞍座交接处稳定地接卷。实现了接卷梭车在以上众多恶劣环境下依旧能够稳定牢靠地接卷，实现了梭车的容错接卷功能，降低了梭车接卷对现场条件的要求，减少了设备维护次数，提高了设备运行稳定性。