孫繼勇
【摘 要】環(huán)形鋼帶傳送設備廣泛應用于造紙、化工原料傳送、隧道式食品烤爐傳送、單凍機冷凍鋼帶傳送、薄膜流延設備環(huán)形鋼帶傳送、環(huán)形鋼帶壓機設備、鼓式硫化機等工業(yè)領域。一般設備,如化工、食品的鋼帶傳送設備往往不需要將鋼帶張的那么平直,對糾偏的要求也不高。但是大型設備如鋼帶壓機、鋼帶式薄膜流延設備等環(huán)形鋼帶傳送過程中,因為工藝的需要,輪轂所需張緊力往往非常大,壓機設備和薄膜流延設備的鋼帶張緊力可能達到26噸以上的推力,使用氣動或者電動式的糾偏設備已經不能滿足實際的使用需要。
為此,需要采用液壓式鋼帶糾偏裝置。與其他鋼帶糾偏設備相比較,液壓鋼帶糾偏設備是一種大張力糾偏設備,具有張力大,檢測精度高,糾偏精度高,成本高等一系列特點。液壓式環(huán)形鋼帶糾偏裝置是一種用于糾正鋼帶跑偏的裝置,它能將跑偏的裝置調整到中間位置,并保證5mm以內的糾偏范圍。這種裝置對于大張力鋼帶的糾偏是突破性的。液壓式環(huán)形鋼帶糾偏裝置包含了輪轂液壓缸、傳感器檢測系統、液壓站、PLC觸摸屏控制柜。跑偏量的檢測采用位移測距傳感器,檢測鋼帶跑偏量,將跑偏量輸入給PLC可編程邏輯控制器,PLC控制器通過預先編寫的程序不間斷的輸出4-20mA電流給兩側液壓油缸的比例閥,通過控制油缸的進油量的改變從而改變油缸活塞的伸長量,活塞連接到軸承,推動輪轂來回擺動,鋼帶從張緊的一側往放松的一側移動,直到鋼帶回到中間位置,從而實現糾偏的功能。
【關鍵詞】環(huán)形鋼帶傳送設備;液壓式鋼帶糾偏裝置;大張力糾偏;液壓站;檢測傳感器;PLC觸摸屏
引言
大張力環(huán)形鋼帶輸送機需要在鋼帶環(huán)形運轉過程中將鋼帶張平,比如應用于薄膜流延設備的鋼帶運輸機,薄膜流延輸送機在保溫箱體里環(huán)形運轉,設備長度達到25米,鋼帶寬度接近2米,在鋼帶行走過程中要求鋼帶下表面不能有任何支撐。液壓張緊裝置完美解決了張平問題,同時液壓張緊裝置又具備自動糾偏功能。完美解決了大張力鋼帶運輸機在運行中面臨的技術難點。
本論文主要介紹了鋼帶液壓自動糾偏,分析鋼帶運行中的跑偏問題,并提出液壓式自動糾偏方案對策,希望能對使用大張力鋼帶運輸機的企業(yè)及正計劃使用鋼帶運輸機的企業(yè)提供幫助。
1.1大張力鋼帶傳送設備的鋼帶問題分析
現在使用的大張力環(huán)形鋼帶運輸機其尺寸長X寬X厚為50mX1.85mX1.0mm,1.4噸重。下鋼帶要求需要在運行過程中張緊撐平,因為物料產品要在鋼帶上環(huán)繞一圈,回到頭端輪轂下方剝離,所以要求鋼帶下垂量不能過多,采用液壓油缸單側油缸打出的力約10噸,方能把鋼帶張平。
鋼帶張平后面臨的重要問題就是鋼帶的跑偏,環(huán)形鋼帶傳送設備由于多種原因其跑偏現象是不可避免的。而由于鋼帶跑偏所造成的生產事故包括碰撞切割鋼帶兩側的設備,鋼帶自身也會卷邊甚至斷裂,會給企業(yè)帶來巨大損失。所以為了保證鋼帶連續(xù)平穩(wěn)的在規(guī)定范圍內運行,就必須選用高精度的鋼帶自動糾偏裝置。
然而普通的糾偏方式不再適用。比如氣缸糾偏力度不夠,內側130度的高溫使得托輥糾偏不能放置于鋼帶內側,采用液壓糾偏既能張緊鋼帶,又能具備糾偏的功能。
本文所述的托輥式自動糾偏裝置已經成功應用于國內多家企業(yè),控制大型鋼帶鋼帶傳送設備的鋼帶跑偏范圍在正負5mm以內。得到了客戶的一致好評。
1.2液壓式鋼帶糾偏裝置的組成
液壓式糾偏裝置由檢測傳感器裝置、液壓站、液壓缸、基于PLC的糾偏控制系統等組成。
1.2.1檢測傳感器裝置:
1.2.1.1跑偏量檢測:采用位移傳感器檢測鋼帶邊緣位置。它使用氣缸推動位移傳感器活塞桿伸出,活塞桿上裝有不銹鋼滾輪,不銹鋼滾輪垂直貼緊在鋼帶邊緣。檢測距離在0-100mm之間。位移傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。
1.2.1.2油缸伸長量檢測:鋼帶輪轂左右兩側分別裝有位移傳感器用來檢測液壓油缸的伸縮量,位移傳感器的行程根據油缸行程來定,在0-300mm范圍內。位移傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。
1.2.1.3液壓張緊壓力檢測:液壓缸的推出是靠油缸無桿腔進油來控制的,液壓缸的無桿腔進油口處裝有張緊壓力傳感器,用來檢測張緊壓力,量程在0-20Mpa。壓力傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。
1.2.1.4液壓缸背壓檢測:液壓缸的精準回退靠調整液壓缸有桿腔背壓來實現。此次壓力傳感器量程在0-20Mpa,壓力傳感器輸出4-20mA模擬量信號給PLC。
1.2.2液壓站:
包含油箱箱體,液位計、PT熱電阻、蓄能器、高壓過濾器、液壓泵、散熱風扇、閥組等組成。其中這里主要介紹液壓泵和閥組。
1.2.2.1液壓泵:采用臺灣YEOSE生產的可變量軸向柱塞泵,震動噪音小,剛性的結構和高轉速低摩擦的構造使油泵的壽命、效率更佳理想化。泵出口常壓可達到350bar,泵出口的自帶壓力調節(jié)器,可手動調節(jié)限制泵出口壓力。為了防止泵出口壓力超限損傷輪轂、軸承和鋼帶,此處將油壓限制在6.5Mpa.
1.2.2.2 閥組:閥組底座油路塊采用高壓鍛打件,經過精加工后表面鍍鉻處理。閥組上的安裝有電磁溢流閥、電磁球閥、調壓閥、液壓比例閥等閥。
電磁溢流閥用來限制液壓出口壓力上限,當超過限制值后,液壓油經溢流閥下方管口回流至油箱。
電磁球閥用來給鋼帶張緊和泄壓。需要張緊時,打開張緊電磁球閥給液壓缸無桿腔供油。泄壓時將泄壓電磁球閥打開,液壓缸無桿腔的油回流至油箱。
液壓比例閥采用三位四通直動式比例方向閥,當閥芯在零位時,油路關閉,閥芯在正向位置時閥打開開始進油,當閥芯在反向位置時閥打開回油口。
1.2.3 液壓缸:定制液壓缸,單只液壓缸張力在6Mpa能達到10噸。液壓缸活塞連到定制的絲杠,絲杠前端通過螺母鎖在輪轂兩側的軸承座上。
1.2.4基于PLC的糾偏控制系統:PLC采用西門子公司S7-200SMART的SR40CPU的PLC,使用網口通訊。連接威綸通公司的10寸觸摸屏MT6103IP。
1.3液壓式鋼帶糾偏裝置的原理
1.3.1鋼帶張緊和放松:
打開油泵電機,打開液壓張緊球閥,液壓油流至液壓油缸的無桿腔,控制有桿腔比例閥,使得液壓油緩慢流走,鋼帶緩慢張緊,當壓力達到設定壓力時,并且油缸兩側位移值達到設定值時張緊完成。放松過程則相反,打開泄壓球閥,液壓油從油缸經泄壓閥緩慢流入油箱,調節(jié)比例閥的開度用于控制泄壓速度。鋼帶張緊和放松有PLC程序連續(xù)控制,當檢測到油壓低于限制值則自動張緊,當檢測到油壓高于設定值則自動放油泄壓。
1.3.2鋼帶糾偏:鋼帶張緊完成后,啟動環(huán)形鋼帶傳送設備的驅動電機。開啟自動糾偏,偏移量超過設定值時,一側的油缸背壓升高,另一側的油缸的背壓降低;偏移量低于設定值時,一側的油缸背壓降低,另一側的油缸的背壓升高,通過調節(jié)油缸的背壓來調整油缸活塞的伸縮量,從而調整輪轂左右兩側的擺動量。PLC 通過預設的程序判定跑偏后,輸出 4-20mA 信號給比例閥,控制比例閥的開度,調整油缸的背壓,從而調整油缸的伸縮量,氣缸伸縮推動輪轂兩側不停的伸長或回縮,輪轂的伸縮導致鋼帶兩側的張緊程度發(fā)生變化,鋼帶從張緊的一側往放松的一側移動,從而實現糾偏的功能。
糾偏檢測位移傳感器將跑偏位置信號轉換成4-20mA電流信號送給PLC,PLC根據收到的跑偏位置信號調整比例閥開度實現自動糾偏。當鋼帶跑偏到極限位置后PLC發(fā)出報警信號,糾偏裝置停止運轉并且將信號輸出給鋼帶驅動控制系統,客戶根據此信號確認停止鋼帶驅動電機。
糾偏動作的算法如下:
(1)糾偏傳感器位移量在允許范圍內(5mm以內),糾偏不工作。
(2)糾偏傳感器的位移量大于設定值,糾偏正向運轉,PLC 通過預設的程序判定跑偏后,輸出 4-20mA 信號給比例閥,控制比例閥的開度,調整油缸的背壓,一側的油缸背壓降低,另一側的油缸的背壓升高。直至將鋼帶糾正到允許范圍內。
(3)糾偏傳感器的位移量小于設定值,糾偏反向運轉,PLC 通過預設的程序判定跑偏后,輸出 4-20mA 信號給比例閥,控制比例閥的開度,調整油缸的背壓,一側的油缸背壓升高,另一側的油缸的背壓降低。直至將鋼帶糾正到允許范圍內。
注意:在糾偏過程中,鋼帶左右兩側的輪轂位移不停進行比較,如果兩側輪轂傾斜過多,超出限制值則需要停止比例閥。
結束語
大張力鋼帶傳送設備跑偏是環(huán)形鋼帶傳送所面臨一個難題,它不像小型鋼帶傳送設備那么容易糾偏。大型環(huán)形鋼帶設備如果發(fā)生跑偏將會對設備造成嚴重破壞,跑偏時鋼帶產生巨大的切割力會損壞鋼帶兩邊的設備,還會使鋼帶自身發(fā)生卷邊,撕裂等損壞。大張力鋼帶傳送設備不但要求張緊鋼帶還需要穩(wěn)定調偏,如果要求工廠每天24小時連續(xù)穩(wěn)定運轉就必須要配備鋼帶自動糾偏設備。本文所論述的液壓式自動糾偏裝置是由本人自主研發(fā)的鋼帶糾偏裝置,已經成功應用于國內多家企業(yè),解決了大型環(huán)形鋼帶跑偏的問題。
參考文獻:
[1]S7-200 Smart系統手冊,西門子自動化與驅動集團.2011年9月.
[2]EasyBuild Pro 使用手冊,威綸通科技有限公司,WWW.Weinview.cn
(作者單位:上海銘客傳動系統有限公司)