南江鵬

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

在有色金屬板帶材生產(chǎn)設(shè)備中，自動(dòng)上卷功能是基礎(chǔ)自動(dòng)化中的重要功能之一[1]。自動(dòng)上卷過程較為復(fù)雜，是一個(gè)機(jī)械、液壓、電氣控制系統(tǒng)相互配合完成的過程。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)影響自動(dòng)上卷精度，尤其是安全可靠性，導(dǎo)致自動(dòng)上卷失敗，從而影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。本文以某廠2300mm高精鋁冷軋機(jī)為例分析自動(dòng)上卷過程及自動(dòng)上卷過程中容易出現(xiàn)的問題，給出優(yōu)化方案。

1 自動(dòng)上卷一般流程

某廠2300mm高精鋁冷軋機(jī)自動(dòng)上卷系統(tǒng)由內(nèi)環(huán)儲(chǔ)運(yùn)輥道、外環(huán)儲(chǔ)運(yùn)輥道、上卷小車、上卷卷材自動(dòng)對(duì)高對(duì)寬裝置、導(dǎo)軌系統(tǒng)、接近開關(guān)、編碼器、開卷機(jī)等組成。

上卷小車通過1臺(tái)交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在儲(chǔ)運(yùn)輥道和開卷機(jī)之間橫移，各極限位置由接近開關(guān)控制；上卷小車升降通過液壓缸驅(qū)動(dòng)，并配有升降編碼器，從而實(shí)現(xiàn)卷材上升和下降的精確高度[2]。上卷小車橫移量和升降位移量由絕對(duì)值編碼器測(cè)量。

原設(shè)計(jì)上卷小車自動(dòng)上卷完整流程為：上卷小車的初始位置為儲(chǔ)運(yùn)輥道位，在接到自動(dòng)上卷指令后，上卷小車托座托起托盤上升至行走高度，橫移到卷材自動(dòng)對(duì)高對(duì)寬位，上卷小車?yán)眉す鉁y(cè)距儀完成卷材高度對(duì)中，使卷材中心與開卷機(jī)卷筒中心一致；上卷小車?yán)霉怆妭鞲衅骱托≤嚈M移絕對(duì)值編碼器測(cè)量卷材寬度。完成高度對(duì)中后小車?yán)^續(xù)向開卷機(jī)方向橫移，利用測(cè)得的卷材寬度進(jìn)行寬度方向的自動(dòng)對(duì)中，使卷材中心與開卷機(jī)卷筒中心一致；然后活動(dòng)支撐旋轉(zhuǎn)至工作位，開卷機(jī)卷筒漲徑，上卷小車托座下降至行走高度并退回到儲(chǔ)運(yùn)輥道位置，上卷過程結(jié)束。

2 自動(dòng)上卷過程中產(chǎn)生的問題及解決方案

2.1 小車橫移失位

原有上卷小車的設(shè)計(jì)是變頻交流電機(jī)或液壓馬達(dá)通過鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)小車車輪實(shí)現(xiàn)小車橫移(圖1)，用絕對(duì)值編碼器檢測(cè)小車的橫移距離。實(shí)際生產(chǎn)中，由于軌道上粘有潤(rùn)滑油，小車在橫移過程中車輪與軌道極易產(chǎn)生滑移或滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成小車橫移失位[3]，所以編碼器檢測(cè)的定位距離與實(shí)際距離偏差較大，在定位過程中，定位精度不高，影響自動(dòng)上卷過程。為此，優(yōu)化設(shè)計(jì)采用交流變頻電機(jī)通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)小車橫移，變頻電機(jī)減速箱采用雙出軸結(jié)構(gòu)形式，雙出軸一端裝配齒輪，另一端裝配絕對(duì)值編碼器(圖2)，這樣可以有效防止小車橫移失位，定位準(zhǔn)確可靠。

圖1 原有小車驅(qū)動(dòng)裝置Fig.1 Existing car drive device

圖2 優(yōu)化后小車橫移驅(qū)動(dòng)裝置Fig.2 Car transverse drive device after optimization

2.2 小車傾翻和掉卷

當(dāng)上卷小車托起處于輥道上的托盤和卷材時(shí)，如果小車中心與卷材中心(即托盤中心)不一致，小車升降托座容易頂翻卷材，或者托盤傾斜，待小車托起卷材到達(dá)開卷機(jī)位置后，由于卷材中心與開卷機(jī)中心偏離而導(dǎo)致上卷失敗或上卷事故；如果程序不能及時(shí)判斷，則容易發(fā)生開卷機(jī)卷軸頂翻卷材的惡性事故。所以自動(dòng)上卷的第一步是保證小車中心與托盤中心一致，需滿足必須及時(shí)判斷異常情況的發(fā)生，這些就需要通過控制小車制造精度和增加托盤加載檢測(cè)裝置來實(shí)現(xiàn)。

(1)上卷小車托座與托盤間采用V卡口型式，V型臺(tái)縱向配合間隙為2mm，V型臺(tái)橫向配合間隙控制在2mm以內(nèi)，可以有效保證小車中心與托盤中心一致。

(2)在托盤兩側(cè)下方小車托座上增加托盤加載檢測(cè)裝置(圖3)，依靠小距離接近開關(guān)，檢測(cè)托盤落入V型卡口的到位情況，并提前報(bào)警，有效防止托盤傾斜導(dǎo)致卷材中心與小車中心不一致的問題。

圖3 托盤加載檢測(cè)裝置Fig.3 Tray loading detection device

上卷小車在儲(chǔ)運(yùn)輥道和開卷機(jī)之間的橫移，由一個(gè)位置控制系統(tǒng)和速度控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，在慢速和快速之間反復(fù)切換。上卷小車托座托起卷材在普通軌道(圖4)上行走時(shí)，由于電機(jī)突然啟動(dòng)或制動(dòng)，卷材慣性大，當(dāng)慣性加速度引起的傾翻力矩Mα大于小車和卷材重力加速度對(duì)車輪中心的力矩MG和車輪摩擦力引起的阻力矩Mf之和時(shí)，即Mα>MG+Mf,會(huì)造成小車傾翻和掉卷，如圖5所示。

圖4 普通軌道Fig.4 General track

圖5 小車傾翻力矩分析Fig.5 Analysis of car tipping torque

優(yōu)化后的軌道結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。上卷小車車輪在由H型鋼改制而成的半封閉軌道內(nèi)橫移，可以有效防止小車傾翻的問題。

3 自動(dòng)上卷控制流程優(yōu)化

經(jīng)過對(duì)2300mm高精鋁冷軋機(jī)上卷小車自動(dòng)上卷過程中容易產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析后，給出了相應(yīng)的解決方案，優(yōu)化了自動(dòng)上卷電氣控制流程，增加了判斷小車對(duì)高高度是否發(fā)生偏離控制程序；如果小車在等待上卷過程中，升降液壓缸發(fā)生內(nèi)泄，小車高度發(fā)生變化，則程序報(bào)警，自動(dòng)上卷終止。優(yōu)化后的自動(dòng)上卷順序控制流程如圖7所示。

4 其他

自動(dòng)上卷過程中，卷材中心與開卷機(jī)卷筒中心的相對(duì)位置，都是通過各種傳感器測(cè)量卷材的幾何形狀確定的，要保證測(cè)量的準(zhǔn)確，需要對(duì)來料提出相應(yīng)技術(shù)要求，如來料的卷緊程度(包括上道工序的捆扎質(zhì)量)、來料的錯(cuò)層和塔形公差[1]。具體參數(shù)需要根據(jù)整體工藝參數(shù)而定。

圖6 半封閉軌道Fig.6 Semi-enclosed track

圖7 上卷小車自動(dòng)上卷控制流程Fig.7 Automatic winding control process of coil car

5 結(jié)語

本文以某廠2300mm高精鋁冷軋機(jī)為例，介紹了上卷小車自動(dòng)上卷系統(tǒng)組成和自動(dòng)上卷控制流程，分析了小車自動(dòng)上卷過程中容易產(chǎn)生的問題和影響小車自動(dòng)上卷的幾種因素，并給出了解決方案，優(yōu)化了自動(dòng)上卷控制流程，希望對(duì)小車自動(dòng)上卷過程的工藝設(shè)計(jì)提供幫助。