劉曉明

（山信軟件日照自動化分公司，山東 日照 276800）

0 引言

由于現(xiàn)場存在的各種不確定性，接卷過程中鋼卷會給梭車一定橫向力，導(dǎo)致梭車在接卷過程中產(chǎn)生掉卷危險(xiǎn)?，F(xiàn)場存在鞍座V型口角度傾斜，鞍座覆板安裝精度不夠，軌道磨損嚴(yán)重電機(jī)輸出要求更高，軌道表面存在降低摩擦力的水汽造成定位不準(zhǔn)，接卷梭車電機(jī)抱閘鎖緊動力不足等問題。隨著時(shí)間的推移，設(shè)備老舊等情況的發(fā)生，上述這些問題可能會成為事故發(fā)生的最后一根稻草，導(dǎo)致鋼卷在接卷過程中掉落。本文主要解決鋼卷被接到梭車鞍座上的擺動、鋼卷橫向力使得梭車水平橫移造成掉卷風(fēng)險(xiǎn)這類問題。通過容錯(cuò)率的提升及鋼卷軟接觸的方法，實(shí)現(xiàn)接卷梭車在以上眾多惡劣環(huán)境下依舊能夠穩(wěn)定牢靠地接卷，降低梭車接卷對現(xiàn)場條件的要求，減少設(shè)備維護(hù)次數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)梭車接卷能夠在更多容錯(cuò)的情況下自動運(yùn)行[1]。

1 控制情況

主要從生產(chǎn)工藝組成及自動控制時(shí)序兩方面描述現(xiàn)場及控制情況。

1.1 生產(chǎn)工藝

圖1為現(xiàn)場一個(gè)簡易版示意圖。生產(chǎn)工藝為：步進(jìn)梁將鋼卷運(yùn)送接卷鞍座上，利用梭車將接卷鞍座上的鋼卷運(yùn)送下一個(gè)接卷鞍座。梭車到達(dá)接卷鞍座后執(zhí)行接卷的過程中，各種工況造成的鋼卷產(chǎn)生橫向力容易造成鋼卷在梭車鞍座上擺動的情況，從而出現(xiàn)鋼卷掉落風(fēng)險(xiǎn)。梭車橫移是通過電機(jī)驅(qū)動的，梭車升降通過液壓控制。

1.2 梭車接卷自動運(yùn)卷時(shí)序

自動時(shí)序過程中梭車到接卷鞍座處托起鋼卷的動作需要滿足三個(gè)目標(biāo)位：

（1）第一個(gè)目標(biāo)位：運(yùn)卷車在接卷的水平目標(biāo)位。

（2）第二個(gè)目標(biāo)位：運(yùn)卷車在接卷位抬升接卷的過程中應(yīng)穩(wěn)定在水平目標(biāo)位。

（3）第三個(gè)目標(biāo)位：運(yùn)卷車抬升接卷并到達(dá)高度目標(biāo)位。

梭車下降到低位，梭車在等待位，中間鞍座上有卷、上卷鞍座上無卷、時(shí)序啟動。梭車自動運(yùn)行到5（中間鞍座）水平位，梭車鞍座70%的比例開口度緩慢升起。梭車鞍座接觸鋼卷后比例閥的開口度變?yōu)?0%，用更小的力去接觸鋼卷。梭車托卷逐漸上升到最大高度，完成整個(gè)托卷過程。

1.3 鋼卷重心偏移產(chǎn)生梭車橫向破壞力

理論情況下鋼卷的重心同梭車鞍座中心在同一條垂直線上，此時(shí)鋼卷收到梭車鞍座的上托力后不會產(chǎn)生橫向力。但在實(shí)際情況中梭車接卷托升時(shí)，由于鋼卷重心偏離產(chǎn)生的橫向力導(dǎo)致梭車水平位移動。梭車水平位的移動導(dǎo)致自動時(shí)序過程中梭車到接卷鞍座處托起鋼卷的動作的目標(biāo)位條件不再滿足，運(yùn)卷車在接卷位抬升接卷的過程中無法穩(wěn)定在水平目標(biāo)位。梭車接卷目標(biāo)位準(zhǔn)確度要求較高的原因?yàn)椋核筌嚨讲竭M(jìn)梁處接卷時(shí)，為了保證梭車能夠安全地托起鋼卷，梭車水平位應(yīng)在接卷鞍座位±2mm的安全范圍內(nèi)停止。梭車到達(dá)接卷鞍座位，進(jìn)行抬升接取接卷位處的鋼卷[2]。在抬升過程中，如果由于鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心不再同一水平面的垂直線上，鋼卷對梭車鞍座產(chǎn)生的橫向力可能會導(dǎo)致梭車產(chǎn)生水平移動，存在鋼卷掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

如圖3、圖4所示，梭車V型口中心同鋼卷重心不在一條垂直線上時(shí)，發(fā)生梭車鞍座在鋼卷邊部受力。由鋼卷重心a偏移到b的狀況下，梭車鞍座在接卷過程中會首先在鋼卷的c位置受力，此時(shí)鋼卷會對梭車鞍座產(chǎn)生一個(gè)橫向力Fb，該橫向力會導(dǎo)致鋼卷在梭車鞍座V型口內(nèi)擺動（梭車抱閘力充足）及梭車水平橫移（梭車抱閘力不足）的情況。這種情況對設(shè)備的損害極大，易造成鋼卷托不穩(wěn)掉落的風(fēng)險(xiǎn)，給后續(xù)鋼卷開卷造成帶頭跟蹤錯(cuò)誤等故障發(fā)生。

橫向力的產(chǎn)生因素：鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心的不對應(yīng)的情況由很多因素造成。

（1）襯板磨損。

（2）鋼卷偏心。

（3）鋼卷溫度高造成的接觸物形變等影響。

（4）安裝精度不夠。

（5）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的維護(hù)、更換頻率不夠。

（6）接卷鞍座同梭車鞍座中心不在同一條垂直線上。

梭車抱閘無法鎖定水平位移：梭車水平位的變化除了鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心不在同一垂直線上外還有以下幾個(gè)方面。

（1）軌道磨損嚴(yán)重。

（2）軌道濕滑、摩擦力不夠。

（3）梭車車輪磨損嚴(yán)重。

（4）梭車抱閘力量過?。ㄔ摋l會受以上三條的影響）。

梭車接卷的安全性要求：在現(xiàn)場的實(shí)際情況為梭車的橫移距離能夠達(dá)到20mm左右，與精度2mm相差較大，考慮為危險(xiǎn)情況，易產(chǎn)生梭車鞍座碰撞鋼卷，鋼卷掉落情況，因此在自動時(shí)序執(zhí)行過程中認(rèn)為切換為手動，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，加重了工人的勞動強(qiáng)度。

在以上不可避免的情況下，鋼卷重心同梭車鞍座V型口中心在實(shí)際情況下無法保證在同一條垂直線上，梭車鞍座托舉鋼卷的過程中，鋼卷對梭車鞍座的橫向力會導(dǎo)致一定程度上的鋼卷擺動及梭車水平橫移。在執(zhí)行自動時(shí)序的過程中，該橫向力會造成梭車的水平目標(biāo)位偏離故障安全報(bào)警，中斷自動時(shí)序。梭車抱閘力如果能夠抵抗該橫向力的話，會造成鋼卷在梭車上擺動的情況，在鋼卷橫向偏心的情況下會壓倒梭車，造成設(shè)備損壞；另外鋼卷擺動也對動態(tài)的梭車提出了更高的要求，鋼卷擺動會對梭車設(shè)備造成一定程度的破壞。

2 現(xiàn)狀分析

在自動時(shí)序過程中，梭車接卷托升時(shí)，由于鋼卷錯(cuò)位產(chǎn)生的橫向力導(dǎo)致梭車水平位移動。梭車水平位的移動導(dǎo)致自動時(shí)序過程中梭車到接卷鞍座處托起鋼卷的動作的第二個(gè)目標(biāo)位條件不再滿足，運(yùn)卷車在接卷位抬升接卷的過程中無法穩(wěn)定在水平目標(biāo)位。第二個(gè)目標(biāo)位需要保證的原因?yàn)椋核筌嚨讲竭M(jìn)梁處接卷時(shí)，為了保證梭車能夠安全地托起鋼卷，梭車水平位應(yīng)在接卷鞍座位±2mm的安全范圍內(nèi)停止。梭車到達(dá)接卷鞍座位，進(jìn)行抬升接取接卷位處的鋼卷。在抬升過程中，如果梭車產(chǎn)生水平移動，梭車鞍座的V型口凹口中心將無法準(zhǔn)確對準(zhǔn)鋼卷，由于鋼卷中心同梭車鞍座V型口中心不再同一水平面的垂直線上，則存在將鋼卷掉落的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

為了實(shí)現(xiàn)梭車的平穩(wěn)接卷，在梭車接卷的托升過程控制中應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：（1）梭車接卷托升未接觸到鋼卷時(shí)，梭車產(chǎn)生橫移會導(dǎo)致梭車撞翻鋼卷的情況。梭車鞍座上鋼卷檢測限位在沒有檢測到鋼卷時(shí)不允許梭車產(chǎn)生橫移動作。（2）減小鋼卷在梭車鞍座上擺動，實(shí)現(xiàn)梭車鞍座與鋼卷的軟接觸。

3 解決方案

在整個(gè)過程中由于以上原因容易中斷的過程為第三步梭車鞍座抬升接卷的過程。在第三步梭車鞍座抬升接卷過程中，會經(jīng)歷梭車鞍座觸碰鋼卷，鋼卷被安全托放到鞍座中心。

（1）機(jī)械方面：抱閘緊度調(diào)整。根據(jù)鋼卷的重量適當(dāng)調(diào)節(jié)梭車抱閘的緊度，使其在鋼卷橫向力的作用下能夠產(chǎn)生梭車的橫向移動（由于冷軋使用的熱軋卷一般重量都在23噸左右，所以梭車的抱閘緊度在能夠保證梭車不帶卷的情況下鎖定即可）。

（2）檢測元件調(diào)整：梭車鞍座光柵目的是檢測梭車鞍座上是否存在鋼卷，檢測距離為20cm，由于光柵位置的情況，此距離為光柵檢測到鋼卷的有效距離，范圍大約在±5cm內(nèi)都為有效檢測。鋼卷外表面能夠檢測到的最低點(diǎn)距離梭車鞍座光柵的距離大約為15～85cm之間。為了確保梭車鞍座在抬升過程中能夠檢測到鋼卷，將光柵的檢測距離由20cm調(diào)整為50cm，確保此位置情況下，梭車鞍座V型口已經(jīng)包含部分鋼卷。由于鋼卷大小不確定，此時(shí)梭車鞍座抬升位置大約為760mm。

（3）程序邏輯：鋼卷對梭車產(chǎn)生的橫向力導(dǎo)致梭車水平位移動的現(xiàn)象認(rèn)為為有效接卷。自動時(shí)序過程中調(diào)節(jié)梭車水平位的判斷條件，原為梭車應(yīng)在目標(biāo)位固定不變?，F(xiàn)調(diào)整為梭車鞍座在檢測到鋼卷時(shí)，梭車的水平位移動為正常移動。梭車鞍座檢測到鋼卷后，此時(shí)梭車鞍座的V型口包含部分鋼卷，特殊情況下已經(jīng)出現(xiàn)鞍座接觸鋼卷，隨著梭車鞍座的抬升鋼卷的橫向力會導(dǎo)致梭車的水平位發(fā)生移動。由于梭車的抱閘力已經(jīng)進(jìn)行了部分調(diào)整，所以梭車對鋼卷的反向作用力較小，隨著梭車鞍座的抬升，梭車水平橫移，梭車鞍座的V型口對鋼卷的包圍狀態(tài)逐漸由半包圍狀態(tài)變?yōu)槿鼑鸂顟B(tài)。程序中認(rèn)定當(dāng)前情況下的梭車橫移位正常橫移，非故障狀態(tài)。

（4）程序邏輯及液壓壓力調(diào)節(jié)：梭車鞍座與鋼卷進(jìn)行軟接觸（需根據(jù)實(shí)際情況，既要保證梭車接卷效率又要保證梭車接卷后鋼卷在梭車鞍座內(nèi)不產(chǎn)生較大的擺動）。梭車鞍座抬升接卷的過程繼續(xù)優(yōu)化抬升速度曲線。在梭車鞍座上鋼卷檢測用光柵信號檢測到鋼卷時(shí)，抬升速度降為梭車鞍座抬升最大速度的5%～20%之間，使得梭車鞍座能夠緩慢平穩(wěn)地接觸到鋼卷底部，從而達(dá)到鋼卷中心與梭車鞍座V型口中心能夠在同一水平面的垂直線上[4]。

4 結(jié)語

通過該方法可以實(shí)現(xiàn)梭車在橫移位不穩(wěn)定、鋼卷輕微偏心的情況下進(jìn)行穩(wěn)定、安全的接卷，有效減少梭車自動運(yùn)行的時(shí)序中斷次數(shù)，能夠準(zhǔn)確牢靠地實(shí)現(xiàn)動態(tài)接卷，能夠在現(xiàn)場條件不是非常完美的情況下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、安全的接卷。該方法解決了在鞍座角度不合適，存在輕微角度側(cè)傾，軌道磨損嚴(yán)重，軌道表面存在降低摩擦力的水汽等情況；接卷梭車電機(jī)抱閘鎖緊動力不足的情況下能夠在鞍座交接處穩(wěn)定地接卷。實(shí)現(xiàn)了接卷梭車在以上眾多惡劣環(huán)境下依舊能夠穩(wěn)定牢靠地接卷，實(shí)現(xiàn)了梭車的容錯(cuò)接卷功能，降低了梭車接卷對現(xiàn)場條件的要求，減少了設(shè)備維護(hù)次數(shù)，提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。