硅钢连退机组带钢跑偏原因分析与改善措施

姨 将式（6）代入式（1）、（2）得：qL=CdωXν
（ps-pL） ρ
（7）
13
液压气动与密封/2010 年第 7 期
故 伺 服 阀 的 线 性 化 流 量 方 程 为 ：qL=KqXν-KCpL
（8）
式中：
流量增益
姨 Kq=Cdω
（ps-pL） ρ
（9）
姨 流量-压力系数
Kc=
Cdω
Xν
（ps-pL） ρ
1 存在的问题与初步分析
2007 年中冶南方总承包的某钢厂 2 条连续退火涂 层机组相继投产，该 2 条机组入、出口活套中分别设置
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.7.2010
有 4 套由德国 EMG 公司成套的纠偏装置，其分布情况 如图 1 所示。 在生产过程中机组运行总体稳定，但一旦 上工序(轧机)的来料情况不理想(带有单边浪)，且入口 活套处于满套运行时， 则通过 No.3 纠偏辊的 5、6 层带 钢就产生跑偏， 严重时第 6 层带钢跑出 No.4 纠偏辊辊 面与机架产生挂擦，甚至会造成断带停机等问题，成为 制约整条机组稳定运行和产能的瓶颈。
收 稿 日 期 ：2009-12-14 作 者 简 介 ：况 群 意 ，男 （1977-），湖 北 武 汉 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 冷 轧 生产线机械设备、液压系统的设计和调试工作。
制，轻则会使带钢产生镰刀弯等问题，直接影响产品质 量， 重则会刮坏设备或断带停产， 影响整条机组的产 能。 而连续退火涂层机组又是电工钢产品生产的最后 一道工序，由于电工钢产品对磁性的要求，无法通过拉 矫、平整等工艺改善带钢的浪形。 所以带钢纠偏控制是 带钢连退机组上必不可少的环节， 而如何让这一环节
图1
鉴于以上现象， 该公司技术人员根据现场实际情 使纠偏辊移动(摆动)进行纠偏，使钢带稳定在辊子中间
况对可能造成此现象的原因进行了逐一的排查：
运行。
（1）观察入口活套带钢张力变化。 入口活套设定张力为 N 设=8.5kN，实际最小张力为 8.2kN，实际最大张力为 8.8kN，ΔN=±0.4kN≤5%N 设，即 张力控制基本稳定。 （2） 重 新 复 查 入 口 活 套 各 支 承 辊 、 转 向 辊 的 安 装 精 度(水平度、垂直度)。 通过安装单位和中冶南方技术人员近一周的努 力，完成了对入口活套所有支撑辊、转向辊安装精度的 复查， 并提高安装标准对上述辊子逐一进行了重新调 整，待机组重新穿带运行后发现效果并不理想。 （3）纠偏辊控制系统参数的精调。 排 除 以 上 （1）、 （2） 项 原 因 后 ， 剩 下 唯 一 能 做 的 工 作 就是对 No.3 纠偏辊控制系统进行全面分析， 并根据分 析的结果对该纠偏辊控制系统的参数进行调整。
qL=
q1+q2 2
（3）
q1=q2=Apν
（4）
图 2 系统方框图
故：
ps=p1+p2
（5）
纠偏辊控制系统是一个连续的闭环系统， 由检测 框架连续地测量钢带的位置变化， 并将钢带的位置偏
由式（3）、（5）得
p1=
ps+pL 2
（6）
差信号输入控制系统， 控制系统的输出与液压系统的 电液伺服阀相连， 伺服阀驱动与纠偏辊相连的液压缸
2（ps-pL）
流入液压缸进油腔的流量 q1 为：
q1=Ap
dxp dt
+ V1 βe
dp1 dt
液压缸回油腔的流量 q2 为：
q2=Ap
dxp dt
+ V2 βe
dp2 dt
式中 Ap— ——液压缸活塞有效面积；
xp— ——活塞位移；
βe— ——有效体积弹性模量；
V1— ——液压缸进油腔容积；
V2— ——液压缸回油腔容积。
（1+ Vt 4βeKc
s）FL
Vtmt 4Ap2βe
s3+（
Kcmt Ap2
+
Vt βp 4Ap2βe
）s2+（
KVt 4Ap2βe
+
Kcβp Ap2
+1）s+
KKc Ap2
（18）
姨 式中 用 ωh＝
4Ap2βe 表示液压固有频率； Vtmt
姨 姨 用
ξh＝
Kc Ap
βemt + βp Vt 4Ap
Vt 表示液压阻尼； βemt
用
Kh＝
4Ap2βe Vt
表示液压弹簧刚度，是液压缸两腔
完全封闭而由于液体的压缩性所形成液压弹簧的刚度。
Key Words: steering system; stability; response speed
0 引言
成带钢跑偏的直接原因。 跑偏问题若得不到有效地控
带钢跑偏现象在冷轧连续生产线中是客观存在 的。 由于来料的表面质量、机组控制张力的波动、机组 辊组之间的平行度以及施工安装误差的累积等均是造
）+ Apxp 2βe
（ dp1 + dp2 ） dt dt
（15）
要使压缩流量相等， 则要求液压缸两腔初始容积
相等，即：
V01=V02=V0=
Vt 2
V0— — — 活 塞 在 中 间 位 置 时 每 个 工 作 腔 的 容 积 ；
Vt— ——总压缩容积，活塞在中间位置时液体压缩性
影响最大，动力元件固有频率最低，阻尼比最小，此系
[J].液 压 与 气 动 ,2006(9). [4] 成大先.机械设计手册第三版第 4 册[M].北京：化学工业出版
社,2008.
产生最理想的效果则是本文所要阐述的内容， 本文通 过中冶南方总承包的国内某大型钢厂的 2 条连续退火 涂层机组的调试实际例子对连续退火涂层机组带钢纠 偏的控制方法进行了详细的阐述。
同时：
（10） （11） （12）
V1=V01+Apxp V2=V02+Apxp 式中 V01— ——液压缸进油腔初始容积； V02— ——液压缸回油腔初始容积。 故液压缸的流量连续性方程为：
（13） （14）
qL=
q1+q2 2
=Ap
dxp dt
+1 2βe
（V01
dp1 dt
-V02
dp2 dt
（1）液压系统压力恒定。
（2）伺服阀无零泄漏。
（3）系统无内、外泄漏。
（4）阀与液压缸的连接管道对称且短而粗。
（5）管道中压力损失和管道动态可以忽略。
（6） 液 压 缸 每 个 工 作 腔 内 各 处 压 力 相 等 ， 油 温 和 体
积弹性模量为常数。
则伺服阀出油口流量 q1 和回油口流量 q2 分别为：
2 No.3 纠偏(辊)系统的工作原理
No.3 纠偏系统主要由电磁检测器、放大元件、控制 元件、电液伺服阀、液压缸、位置传感器等部件组成，系 统的方框图如图 2 所示。
3 No.3 纠偏（辊）系统数学模型的建立
为了精调该控制系统的参数， 首先需分析该系统
的动态特性，而为了计算方便，假定以下条件成立：
AppL=mt
d2xp dt2
+βp
dxp dt
+Kxp+FL
（17）
式中 mt— ——活塞及负载折算到活塞上的总质量；
βp— ——活塞及负载的黏性阻尼系数；
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K— ——负载弹簧刚度；
FL— ——作用在活塞上的意外负载力。
将式（8）、（16）、（17）进行拉氏变换得：
QL(s)=KqXv(s)-KcpL(s)
KUANG Qun-yi XU Qi-fa XU Hua-wen
(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited，Wuhan 430223，China)
Abstract: On the basis of actual operation of two silicon steel ACL lines in a large steel plant in China, this article studies into
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4 结语
（1）当速度下降负载压力上升时，在 Δq 和弹簧 刚 度 k 一定的情况下，当 p1＞p'1=p2-Δqcotα，一工进稳定速 度是无法调出的。
（2） 当 稳 定 速 度 无 法 调 出 时 ， 可 调 换 限 压 式 变 量 叶 片泵调压弹簧，采用较软的调压弹簧，具体的计算可按 p1=p'1=p2-Δqcotα，当计算 α 确定 k 值。
液压气动与密封/2010 年第 7 期
硅钢连退机组带钢跑偏 原因分析与改善措施
况群意 徐启发 徐华文
（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉 430223）
摘 要：本文结合国内某大型钢厂两条硅钢连退机组的实际运行情况，对可能造成带钢跑偏的几种原因进行了分析，并着重从以阀控
缸为动力元件的纠偏电液位置伺服系统的工作原理着手，通过建立系统数学模型，对该纠偏系统的稳定性和响应速度等动态特性进行
several reasons that possibly cause strip off-tracking. It focuses on the working principle of electro-hydraulic position servo steering
system driven by valve-controlled cylinders, analyzes the dynamic characteristics of the system such as stability and response speed etc.
参考文献 [1] 刘 健 ,等 .多 级 调 速 回 路 中 泵 源 的 合 理 选 用 [J]. 机 床 与 液 压 ,
2006(7). [2] 许 焰,等.动 力 滑 台 两 工 进 速 度 换 接 回 路 及 其 控 制 系 统 设 计
[J].制 造 技 术 与 机 床 ,2005(5). [3] 梁贵萍.恒压式变量泵全流量压力超小故障的分析与改竟进
through system mathematic model established and summarizes the reasons for its imperfection. In response, this article proposes
effective countermeasures to solve the imperfection.
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从图 3 可以计算压力死区的宽度，设 q1-q2=Δq，弹 簧刚度为 k，BC 线和横轴的夹角为 α，α 取决于弹簧刚 度 k。
p2-p'1=0.5+Δqcotα-0.5=Δqcotα， p'1=p2-Δqcotα。 当 p1＞p'1=p2-Δqcotα， 一工进稳定速度是无法调出 的。 当 p1＜p'1=p2-Δqcotα， 一工进稳定速度是可以调出 的。 当 p1=p'1=p2-Δqcotα， 一工进稳定速度是可以调出 的，并使一工进和二工进同时处于最佳工作点上。 从以上分析可以看出，在 Δq 和弹簧刚度为 K 一定 的情况下，由于压力死区的存在，一工进速度稳定速度 有可能无法调出。 认识到压力死区的存在，可以避免调 整时的盲目性，并找到解决的方法。
QL(s)=ApsXp(s)+
Vt 4βe
pL(s)
AppL(s)=mts2Xp(s)+βpsXp(s)+KXp(s)+FL
通 过 以 上 三 式 得 阀 芯 输 入 位 移 XV 和 外 负 载 力 FL
同时作用时液压缸活塞的总输出位移为：
Xp(s)=
ÆÁÉÂÇÈÃÆÄÅÉKqXv(s) Ap
-
Kc Ap2
姨 姨 q1=CdωXν
2（ps-p1） ρ
q2=CdωXν
2p2 ρ
（1）
式中
q1— ——伺服阀出油口流量； q2— ——伺服阀回油口流量； Cd— ——伺服阀阀口流量系数； ω— ——面积梯度；
Xν— ——阀口开度； ρ— ——液压油密度。
伺服阀负载压力： pL=p1-p2
（2）
伺服阀负载流量：
统稳定性最差。
由于
Apxp＜＜V0，
dp1 dt
+ dp2 dt
≈0，故式（15）可简化为：
qL=Βιβλιοθήκη q1+q2 2=Ap
dxp dt
+ Vt 4βe
dpL dt
（16）
而液压动力元件的动态特性受负载特性的影响，
负载力一般包括惯性力、黏性阻尼力、弹性力和意外
负载力，由此得液压缸的输出力与负载力平衡方程为：
分析，得出纠偏系统纠偏能力不足的原因，提出了有效的解决措施。
关键词：纠偏系统;稳定性;响应速度
中 图 分 类 号 :TH137.9
文 献 标 识 码 ：B
文 章 编 号 ：1008-0813(2010)07-0012-04
Analysis of Strip Off-tracking for ACL and Improvement Measures