摘要 针对紧凑式双机架可逆冷轧机穿带时发生跑偏，严重干扰轧机轧制节奏问题，对穿带产生跑偏的原因进行分析并提出解决措施，实施后轧机穿带平稳顺畅，跑偏现象完全消除，提高了轧机作业率。
关键词 双机架可逆冷轧机 穿带跑偏 分析
中图分类号 TG333.7 文献标识码 B
一、引言
双机架可逆冷轧机兼有生产组织灵活和生产能力大等优势，但存在穿带跑偏长期困扰轧机生产的问题。跑偏现象表现为：
(1)开卷机开卷，带钢在夹送辊直头机上做好穿带带头后，输送到侧导卫装置进行机械对中时，带钢偏离轧机中心线。
(2)穿带时，在夹送辊前，带钢发牛瓢曲。瓢曲量过大时，无法完成穿带。
(3)穿带过程中，开卷机对中伺服液压缸移动到满行程位，使对中控制系统完全失去作用。
轧机穿带跑偏现象的存在，严重干扰轧机轧制节奏，影响轧机充分释放产能。跑偏严重时，需要剪断带钢，重复穿带工作。带钢跑偏还对夹送辊、工作辊、侧导卫的立辊等产生磨损、划伤。
为此，结合双机架冷轧机的结构特点，对带钢穿带跑偏产生的原因进行查找、分析，提出了解决跑偏问题的对策。实践证明成效显著，穿带迅速无跑偏，提高了轧机作业率。
二、双机架可逆冷轧机穿带过程
双机架可逆冷轧机的生产形式为单卷生产，从原料到成品每卷的工艺流程为：钢卷运输、测宽、测径→开卷机上卷→夹送辊直头机完成穿带准备→轧机穿带→轧机轧制带钢并卷取→逆向轧制带钢并卷取→成品带卷卸卷→进入下一卷穿带轧制。轧机在逆向轧制卷取的同时，下一个钢卷做穿带准备。轧机穿带过程分为钢卷准备和轧机穿带两个阶段。
1．钢卷准备阶段
钢卷小车在将钢卷送到开卷机的途中完成钢卷的卷径和宽度测量；根据测得的数据，控制系统向钢卷小车发出指令，使钢卷与开卷机卷筒（轧制线）中心线对中，开卷机卷筒膨胀完成上卷。开卷机驱动压辊压紧钢卷外圈，钢卷小车返回，摆动伸缩导板摆到开卷位。开卷机转动开卷，带头穿过打开的夹送辊后，上夹送辊压下，夹送带钢将带头送到直头机矫直辊后停止。矫直辊向上摆动，将带头弯折向上翘曲，以便于穿带。夹送辊夹送带钢通过侧导卫、输送辊后，上夹送辊抬起，侧导卫将带头进行第一次机械对中。带头对中后上夹送辊重新压下压住带钢，随后侧导卫打开。开卷机驱动压辊抬起。钢卷准备阶段完成，此阶段CPC带钢对中系统不工作。
2．轧机穿带阶段（下图）
带钢从开卷机穿带到双机架轧机出日侧的2#卷取机时，双机架轧机的工作辊打开6~12mm的辊缝，穿带开始，CPC带钢对中系统开始工作，CPC将测得的带钢偏离信号反馈到开卷机对中油缸的伺服阀，控制对中伺服油缸做相应的移动。翘曲的带钢头部穿过入口侧转向辊进入1#轧机入口侧的侧导卫，进行第二次机械对中后穿过1#、2#轧机打开的辊缝。在2#轧机出口侧，带钢进入出口侧导卫，经过第三次的机械对中后，出口转向辊压下将带钢头部转向并导入2#卷取机的钳口。轧机穿带阶段完成。此阶段自始至终CPC带钢对中系统参与带钢的纠偏对中工作。
三、轧机穿带相关装置简介
与轧机穿带有关的装置有：钢卷测宽、测径装置，钢卷小车行程控制装置，CPC带钢对中控制系统，夹送辊和直头机，以及3套对中侧导卫装置。
1．钢卷测宽、测径装置
激光测量装置安装在钢结构支架上，该装置将测出的钢卷直径和宽度信号，传递给计算机处理后向钢卷小车输出目标行程数据指令，以保证钢卷小车的上卷精度。
2．钢卷小车行程控制装置
钢卷小车行程控制采用旋转编码器，编码器同轴安装在钢卷小车从动轮的车轮轴上，编码器将检测到的车轮转数转换成反馈信号输送到控制单元与设定的目标行程比较，来确定钢卷小车的停止位置，以保证钢卷小车给开卷机上卷时，将钢卷放到与轧机中心线重合的正确位置上。
3．CPC带钢对中控制系统
在轧机穿带时，动态控制开卷机的位移，使带钢始终在轧机中心线上运行。开卷机CPC带钢对中控制系统由检测单元、信号控制单元、液压伺服单元三部分组成。检测单元包括位置传感器、位置传感器定位装置、高频光源；液压伺服单元包括液压站、伺服阀、伺服油缸、位置传感器。检测单元安装在带钢上方钢结构支架上，两侧各配有一个位置传感器（LS13/LS14)，每个位置传感器包括一个测量接收器LS13和一个基准位置接收器LS14，两侧的LS13/LS14安装在同一滑道上，通过电机皮带传动，同步移入或移出。在带钢对中开始之前，带钢边缘位置由电机传动的传感器定位装置检测。LS13和LS14各自的高频光接收圆筒孔道与高频光源的同一发光点对中。当测量接收器LS13的孔道被钢带遮住一半，基准位置接收器LS14高频光接收孔道不受带钢位置的影响时，带钢对中在轧机中心线位置上。当带钢偏离中心位置时，测量接收器上产生的对比信号传到信号控制装置，信号控制装置将信号处理后，控制液压伺服系统带动开卷机运动，使带钢始终保持在中间位置。
nextpage 4．夹送辊和直头机
夹送装置由带有驱动的上、下夹送辊组成。上夹送辊安装在带有摆动液压缸的摆动支架上，可上下摆动，转动时由液压马达驱动；下夹送辊安装在钢结构固定底座上，转动时由带有电磁制动器的电机驱动。由矫直辊和夹送辊组成三辊直头机。夹送辊首先将带钢头部送入矫直辊上方，矫直辊抬起将带钢头部上弯成翘曲形，以便于穿带。整个穿带过程由夹送辊驱动带钢完成。
5．侧导卫
由一对移动框架、一对齿条、一个中心齿轮和两对立辊组成。4个立辊安装在侧导卫两侧的移动框架上，带有位移传感器的液压缸驱动一侧的移动框架，由安装在移动框架上的齿条通过中间齿轮带动安装在另一侧移动框架上的齿条，根据带钢宽度带动两侧的移动框架同时移入或移出，进行开口度调整，以保证轧机穿带时将带钢定位在轧机中心线上。
四、双机架冷轧机穿带跑偏原因分析
1．钢卷测宽、测径装置对穿带跑偏的影响
钢卷小车给开卷机上卷的移动距离由激光测量装置测得的卷径、卷宽等信息来确定，此过程的测量误差将传递到钢卷小车的实际行程上。如果带卷宽度测量存在较大误差，钢卷小车的行程误差也随之加大，开卷机上卷后，钢卷将偏离轧机中心线，使整个钢卷在未穿带之前已经偏移。激光测量装置的测量精度允许±5mm，如果实际值大于允许值，将对轧机顺利穿带产生不利影响。
2．钢卷小车行程控制装置对穿带跑偏的影响
钢卷小车的设计行程控制精度为土10mm。保证钢卷小车给开卷机上卷的精度是防止轧机穿带跑偏的前提条件，开卷机卷筒上的钢卷中心线与轧机中心线的偏离值大于纠偏装置的纠偏能力，再先进的纠偏控制手段也无法达到穿带对中目的。经现场观察和采用人工上卷进行实际测量，开卷机上卷后钢卷中心线偏离轧机中心线小于土10mm时，轧机基本能够完成穿带工作，但夹送辊前仍存在有不同程度的瓢曲现象；偏离士20～士50mm时，轧机可以勉强穿带；偏离大于士50mm时，轧机无法穿带；因此，解决轧机穿带跑偏问题，首先应解决钢卷小车上卷偏离轧机中心线问题。上卷前开卷机在伺服油缸作用下较精确地移动到对中位置上，上卷位置偏差主要来自钢卷小车的行程误差。对钢卷小车的行程控制结构分析，其行走依靠检测旋转位置编码器的转数来计算。由于钢卷小车运送的钢卷重量大，车轮与轨道之间因油污产生打滑等原因，编码器测算出的行程无法真实反映出小车实际行走的距离，从而导致开卷机上卷位置总是偏离轧机中心线，造成开卷机上卷位置出现随机性超差，成为造成轧机穿带跑偏的主要因素之一。
3．CPC带钢对中控制系统对穿带的影响
CPC带钢对中控制系统是轧机穿带防止跑偏的核心装置。控制系统的位置传感器定位装置的允许中心偏差为±8mm，在穿带过程中，开卷机在CPC系统伺服油缸作用下移动范围为士100mm。穿带跑偏严重时，带钢在夹送辊前瓢曲，控制系统的对中伺服油缸移动到满行程位，完个丧夫调节作用。
分析穿带全过程，轧机做好穿带准备，开卷机上方的钢卷压辊抬起时，开卷机上的钢卷外圈有松卷现象，原因是夹送辊驱动电机电磁制动器转矩不足。带钢位置由CPC位置传感器(LS13/LS 14)检测，当穿带开始带钢偏离中心位置时，LS13/LS14产生对比信号，CPC的控制装置将信号处理后，控制液压伺服系统带动开卷机移动。由于钢卷外圈松卷，开卷机在带动钢卷移动时，最外层带钢与钢卷没有足够的摩擦力而没有做相应移动。虽然开卷机已经移动到最初指令位置，但带钢被检测部分位置没有跟随移动到目标值，CPC位置传感器检测到的带钢仍然偏离中心位置，CPC对中系统继续发出移动开卷机的指令，直到CPC系统的对中伺服油缸移动到满行程位，失去调节作用。夹送辊驱动电机电磁制动器制动转矩不足是造成CPC带钢对中控制系统失去对中功能的直接原因。
4．夹送辊和直头机对穿带的影响
上下夹送辊的两轴线不平行时，带钢在横断面上受力不均，带钢将向压力小的一侧偏移；夹送辊的轴线不垂直于轧机中心线时，带钢将向夹送辊轴线的垂直方向偏移；夹送辊的辊形差、表面粗糙度不一，带钢将向摩擦力小的一侧偏移。经现场实测，上下夹送辊的两轴线平行度、下夹送辊安装水平度、夹送辊辊身加工精度都符合设计要求，对穿带跑偏不会产生影响。但观察夹送辊表面，在夹送带钢的宽度范围内沿辊子圆周方向布满了大小为0.5~3mm凸起的麻点，且分布不均，主传动侧较轻，理论分析带钢将向主传动侧偏移，这与实际情况相符合。
5．侧导卫装置对穿带的影响
安装在轧机不同位置的3套侧导卫装置在轧机穿带时，采用机械的方式将钢带强制对中在轧机中心线上。夹送辊输送已经开始跑偏的带钢时，带钢经过侧导卫强制纠偏后，会使带钢趋向于产生横向弯折，这是轧机穿带时带钢在夹送辊前发生瓢曲的主要原因。如果3套侧导卫两两之间的对中精度存在较大的偏差，将使侧导卫的3个对中点不能成为一条直线，跑偏的带钢将无法完成穿带。经实测安装在轧机前的的第一套侧导卫对中中心线偏离轧机中心线5mm，另外两套侧导卫对中精度小于士1mm。侧导卫对中误差的存在将直接影响到轧机能否顺利穿带。
6．酸洗卷板形的影响
酸洗卷板形较差，钢卷头尾有较明显镰刀弯时，即使设备功能正常，带钢在穿带运行中也会发生跑偏现象。
五、解决措施
1．对钢卷小车的行程控制装置进行技术改造，提高上卷精度
针对钢卷小车的位置检测不准，无法精确行程定位的问题，去掉钢卷小车原有的旋转位置编码器，采用激光测距定位控制方式。激光测距定位控制方式是通过激光发射器将激光发射到规定距离的反射板上，然后再根据激光发射器与反射板距离的变化来测出实时变化距离。通常是将激光发射器安装在移动的设备上，这主要考虑安装方便，同时激光发射器的电源来自设备本身，激光发射器若安装在固定地点还需铺设供电电缆。但轧钢机械有其特殊性，钢卷小车载重大（最大载重35t）、重心高，并且变速运行，还受行走轨道的平直度及轧机振动的影响，容易引起激光发射器摆动，影响测跟定位精度。因此，将激光发射器安装在钢卷小车行走的正前开卷机下方，反射板固定在钢卷小车车体上。在VME控制系统硬件设备中增加计数器板，精确计量激光测距仪发回的脉冲数。更改控制软件，修改LogiCAD程序，添加CalcActHorPos程序块，将激光测距仪发回的脉冲数转化为模拟量输入信号，经过动态软件分析计算，检测小车移动的实际距离来确定钢卷小车的真实行程，避免了原来检测不准的问题。同时将信号发到传动控制系统，控制小车加速、减速及停止点，优化小车的行走及提升速度。
改造后开卷机上卷精度控制在土5mm以内，解决了因钢卷小车上卷偏差造成的穿带跑偏问题。
2．保障CPC对中调节，优化电磁制动器功能
针对夹送辊驱动电机电磁制动器制动转矩不足，造成CPC带钢对中控制系统失去对中功能的间题，重新调整电磁制动器内外制动弹簧的配置及分布，清洗制动摩擦片上的油污，装配时调整制动转矩，将制动间隙调整到0.2mm，使制动器开闭灵活可靠、制动转矩大小适中经调整后，消除了带钢穿带准备时钢卷外圈松卷问题，彻底解决了对中伺服油缸失去对中调节作用的故障。
另外，在轧机工作时因存在振动，影响到测量位置精度。重新紧固框架螺栓，调整位置传感器定位装置传动皮带的松紧度并定期擦拭落到高频光源上的灰尘。
采取以上措施后，穿带跑偏现象完全消除。
3．夹送辊的优化调整
夹送辊表面布满凸起的麻点，其生成与辊子的材料、硬度、粗糙度及夹送辊的夹送压力有关。采用材料为42CrMn并经过调质处理、硬度不低于60HRC、粗糙度Ra不大于3.2μm的新夹送辊，以减轻夹送辊在使用过程中产生凸起麻点。
同时，优化上夹送辊压下油缸的工作压力，液压系统压力由原设计140MPa调低到110MPa，使夹送辊在夹送带钢时，既不影响夹送带钢，同时带钢受力不均时带钢与夹送辊又能相对滑动（侧滑）。对夹送辊的优化调整后，夹送辊前带钢瓢曲现象基本消除。
对双机架可逆冷轧机穿带跑偏采取上述措施后，通过4个月的运行观察，穿带时在夹送辊前带钢不再发生瓢曲，在整个穿带过程中，开卷机对中油缸窜动量由士100mm降到士20mm，CPC带钢对中控制系统灵活可靠，轧机穿带平稳顺畅，跑偏现象完全消除。
