閆玉平，李 菲，徐長安，俞洪杰，姜永濤

(中國重型機械研究院股份公司,陜西 西安 710018)

0 前言

冶金行業(yè)中，經(jīng)冷軋機組軋制后的帶材，必須經(jīng)過精整處理加工，才能得到高質(zhì)量的合格產(chǎn)品。精整機組主要完成重卷、切邊、拉矯、清洗、分條、橫切等工序[1-2]。

卷材精整機組典型的生產(chǎn)工藝為上卷-穿帶-助卷-卷取-收尾-卸卷[3]。作為卷材精整機組生產(chǎn)工藝中的重要一環(huán)，助卷技術(shù)決定了帶材能否卷取成功以及成品帶卷的質(zhì)量。常見的助卷方法包括皮帶助卷器助卷和鉗口助卷[3-13]。皮帶助卷器的工作原理是通過皮帶的張力作用使帶材產(chǎn)生彈塑性彎曲變形，同時對帶材施加徑向壓力，使帶材與卷筒間產(chǎn)生摩擦力，完成助卷工作；鉗口助卷的工作原理是通過卷筒鉗口的機械夾緊力使帶材纏繞在卷筒上，完成助卷工作。

通過鉗口可以實現(xiàn)對帶頭的可靠夾緊與定位，因此鉗口助卷方法在厚規(guī)格產(chǎn)品精整生產(chǎn)線和分條線上廣泛使用[14]。但使用鉗口助卷的帶卷，卸卷時帶頭容易剮蹭鉗口，導(dǎo)致料卷內(nèi)圈松動、塔形缺陷、甚至卸卷失敗，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)線產(chǎn)能提升[15-17]。為了避免卸卷問題，通常在卷取機上設(shè)置推板，卸卷時推板同步推動帶頭使其順利脫離鉗口，保證卸卷順利[18-20]。因此使用鉗口助卷的機組在收尾時一方面要求將帶尾停在預(yù)設(shè)定的相位，另一方面要求將鉗口(帶頭)停在推板位置，即需要同時保證帶尾和鉗口均停在目標(biāo)位置。

本文綜合考慮了機組工藝布置和卷取壓輥位置，推導(dǎo)了自動收尾角度和理想分切位理論計算公式，設(shè)置鉗口相位檢測開關(guān)檢測鉗口位置，并以此為基礎(chǔ)提出了一種新的自動收尾方法，該方法在控制帶尾位置的同時，實現(xiàn)了對鉗口位置的控制，能夠滿足使用鉗口助卷機組的自動收尾要求。

1 自動收尾工藝布置

常見的助卷方法如圖1所示。卷材精整機組自動收尾工藝布置如圖2所示，典型的自動收尾過程為帶卷長度(或重量)達(dá)到設(shè)定值后機組停機-分切剪分切帶材-出口轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)向帶材-卷取壓輥在收尾時壓住帶尾-卷取機卷筒轉(zhuǎn)動將帶尾置于某一合適位置[3]。

圖1 常見助卷方法

圖2 自動收尾工藝布置

2 自動收尾角度理論計算

自動收尾角度為分切后將帶尾停到目標(biāo)位置卷取機卷筒轉(zhuǎn)動的角度。自動收尾角度理論計算模型如圖3所示。根據(jù)機組工藝布置，分切剪剪刃與出口轉(zhuǎn)向輥中心之間的距離為A，出口轉(zhuǎn)向輥中心與卷取機卷筒中心之間的距離為B，出口轉(zhuǎn)向輥半徑為r，帶卷半徑為R，由機組實時卷徑計算程序獲取。

圖3 自動收尾角度理論計算模型

自動收尾角度α計算公式

α=α1-(α2-α3)

(1)

式中，α1為帶尾包絡(luò)角度，即分切后的帶材纏繞在當(dāng)前料卷上形成的包絡(luò)角；α2為帶材與料卷切點的相位角；α3為自動收尾結(jié)束后帶尾相位角，由機組工藝布置和卷取壓輥位置決定，對于使用鉗口助卷的精整機組，一般認(rèn)為上卷取時將帶尾置于約2點鐘位置，下卷取時將帶尾置于約4點鐘位置；相位角取值0～2π，以帶材卷取方向為正。計算公式

α1=L/R

(2)

式中，L為自動收尾長度，即從分切剪剪刃到帶材與料卷切點之間帶材的長度。L計算公式

L=L1+L2+L3

(3)

式中，L1為分切剪剪刃與出口轉(zhuǎn)向輥中心之間帶材的長度，L1=A；L2為帶材在出口轉(zhuǎn)向輥上包絡(luò)的長度；L3為帶材與出口轉(zhuǎn)向輥切點到帶材與料卷切點之間帶材的長度。L2計算公式為

L2=r×α4

(4)

式中，α4為帶材在出口轉(zhuǎn)向輥上包絡(luò)的角度。L3計算公式為

(5)

α4計算公式為

(6)

α2計算公式為

α2=π/2-α4

(7)

3 理想分切位理論計算

理想分切位為帶材停機分切時鉗口所處的相位，鉗口轉(zhuǎn)動到此相位時分切帶材并完成自動收尾后，能夠使鉗口和帶尾均停在目標(biāo)位置。帶材理想分切位理論計算模型如圖4所示。

圖4 理想分切位理論計算模型

鉗口由檢測位轉(zhuǎn)動至理想分切位轉(zhuǎn)動的角度β計算公式為

(8)

式中，β1為鉗口檢測開關(guān)相位，由機組布置決定，0≤β1≤2π；β2為理想分切位，即停機分切時鉗口的相位，0≤β2≤2π；相位角以帶材卷取方向為正。β2計算公式為

β2=γ-α±nπ,n=0,2,4,6…

(9)

式中，γ為卷取機推板相位，由機組布置決定，0≤γ<2π；相位角以帶材卷取方向為正。

4 鉗口相位檢測

如圖5所示為鉗口相位檢測開關(guān)布置圖，在卷取機上設(shè)置鉗口相位檢測開關(guān)，用于檢測鉗口相位。檢測元件選用反射式光電開關(guān)，檢測開關(guān)安裝在卷取機箱體上，反射板安裝在卷取機卷筒端面上，反射板與鉗口所處相位一致。卷筒工作時反射板跟隨卷筒一起轉(zhuǎn)動，檢測開關(guān)發(fā)出的光線經(jīng)反射板反射后接收，檢測鉗口相位。

圖5 鉗口相位檢測開關(guān)布置圖

5 自動收尾新方法

傳統(tǒng)自動收尾方法只控制帶尾位置，無法滿足使用鉗口助卷機組的自動收尾要求。因此，本文基于自動收尾角度、理想分切位和鉗口相位，提出了一種新的自動收尾方法，該方法能夠保證收尾時鉗口和帶尾均停在目標(biāo)位置。自動收尾新方法流程如圖6所示。

圖6 自動收尾新方法流程圖

自動收尾新方法具體步驟為

(1)機組接收到定長(重)停機分切指令后，鉗口相位檢測開關(guān)開始檢測并記錄鉗口相位β1；

(2)計算自動收尾角度α；

(3)計算理想分切位β2；

(4)控制卷取機使鉗口轉(zhuǎn)動β角度至理想分切位β2；

(5)停機執(zhí)行分切程序；

(6)控制卷取機卷筒轉(zhuǎn)動α角度完成自動收尾。

6 結(jié)束語

本文提出了一種新的自動收尾方法，該方法為使用鉗口助卷的精整機組提供了一種自動收尾理論模型，對提高成品卷卷芯質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及機組自動化程度有一定的實際意義。