带钢跑偏控制

带钢跑偏控制摘要：本文对带钢连续处理机组的带钢跑偏机理进行了详细的分析，并指出一些常用的防跑偏对策；对“卷效应”的原理及其可能对带钢表面产生的影响进行了说明；对带钢自动纠偏控制装置的各种形式进行分析，并指出在应用中应注意的问题；并对硅钢机组的纠偏辊布置的合理性进行了分析。

关键词：带钢 跑偏 摩擦 扰动 机理1 前言众所周知，在带钢连续作业线上，带钢的跑偏几乎是不可避免的，带钢跑偏不仅会影响带钢质量，甚至会严重损坏机组设备，对机组的稳定运行带来严重影响。

特别是随着涂镀、连续退火及酸轧联合机组的发展，机组处理的带钢长度长、厚度薄及机组速度高和活套量的增加，为了保证机组的稳定运行及获得边部整齐的带卷，对带钢的跑偏进行研究和控制显得越来越重要。

2 带钢跑偏的机理在带钢连续作业线上，除开卷机及卷取机外，带钢在传输过程中主要与各种辊子接触，从力的角度来说，带钢稳定传送过程中所受的横向扰动主要来自开卷机、卷取机及带钢与辊子之间的摩擦力，以及带卷错边的影响。

为了便于分析，可取带钢连续作业机组中常用的一些辊子与开卷机及卷取机组成一个简易机组模型来进行带钢跑偏机理的分析。

图1 机组模型图1 开卷机2 夹送辊 3.4.5.6 转向辊 7 支撑辊 8 转向夹送辊 10.11 压辊 9 卷取机2.1 各种辊子与带钢的摩擦接触状态带来的扰动如图1所示的辊子为绝对圆柱形、辊子轴线与机组中心线垂直、夹送辊及压辊两端的压力相等、板形平直（断面为矩形），则辊子不会对带钢产生横向扰动，带钢不跑偏。

但是，由于辊子的制造及安装误差、辊面及轴承的磨损、轴承座的松动等，特别是带钢板形的影响，将不可避免对运行中的带钢产生横向扰动。

2.1.1 辊子轴线与机组中心不垂直如图2所示，辊子中心线与机组中心不垂直，偏转了α角，其中阴影部分为带钢与辊子接触区域。

图2 辊子轴线与机组中心不垂直时的跑偏 图3 速度矢量分析当带钢刚绕进辊子5时，在AB 上取一点m ，则m 点处的带钢速度V s 与辊面线速度V r 有一夹角α，两者必然有一速度差ΔV sr ，于是辊子对带钢产生一个与ΔV sr 方向相反的摩擦力F ，使带钢跑偏，跑偏方向与FAV srV sr方向一致。

如果辊子5前后的设备对带钢的约束较小或没有约束，带钢将一直跑偏到其运行方向与辊子5轴线垂直为止，如图2虚线所示，这种现象我们称之为“卷效应”。

当约束较大时（近距离内有S 辊、转向辊等），约束力大于F ，则在接触区域内带钢与辊面之间产生相对滑动，损伤带钢表面及辊面，这一点可这样解释：如图3所示，辊面上的m 点沿着mn 运动，带钢上的m 点有沿着ml 运动的趋势，若带钢无约束，则在静摩擦力的作用下，带钢上的m 点也将沿着mn 运动，随着带钢逐渐绕进辊子，带钢产生跑偏；若约束较大时，随着带钢在接触区域的运行，带钢与辊子刚接触时的某点m 将产生相对位移Δ，随着进入接触区域的程度，Δ越来越大，根据摩擦学的预位移理论[1]，当Δ大于极限预位移时，带钢与辊面产生相对滑动。

由于带钢的约束总是存在的，故实际上“卷效应”无法使带钢完全与辊子垂直，即实际跑偏量总是小于理论跑偏量。

2.1.2 辊子锥度辊子在加工时呈锥形或由于单边不均匀磨损而呈锥形，如图4所示。

在带钢的带动下，辊子以转速n转动，而辊面上各点的线速度是不同的，从小端到大端辊面的线速度由小于带钢速度V 过渡到大于V ，于是在带钢上产生摩擦力矩M ，同时带钢张应力分布也变的不均匀，产生偏载，在T(x)及M 的联合作用下，带钢总是向大端跑偏。

锥度越大，M 越大，T(x)分布越不均匀,带钢跑偏速度越大.图4２.1.3 夹送辊两端压力不均及两辊轴线交叉带钢在通过夹送辊时，如果两端的压力不均，则会产生与锥形辊相类似的效应，带钢向压力小、开口度大的一端跑偏；若两辊的轴线交叉，也会产生“卷效应”使带钢跑偏[3]。

２.2 辊子的轴向窜动传输带钢的辊子在运行过程中，由于轴承的磨损、破坏及轴承座的松动或破坏，辊子将会在垂直于机组中心线方向窜动（也有一定的摆动）。

转向辊及S 辊与带钢有较大的包角，会“抓住”带钢跑偏，跑偏量与窜动量一致。

对于支撑辊而言，由于包角较小，对带钢跑偏的“贡献”也较小，但是，在带钢与辊面之间可能会产生互相擦伤。

２.3 带钢来料自身的扰动 ２.3.1 带钢板形的扰动带钢来料的板形是多种多样并随机变化的，故其对带钢与辊子之间的摩擦状态的影响相当复杂，对带钢跑偏的影响很大。

例如，带钢单边浪会引起辊子的不均匀磨损，产生“锥形辊”，使带钢跑偏；带钢的镰刀弯会使带钢向曲率中心的反方向跑偏，如图5所示，从理论上讲，跑偏量与镰刀弯的程度相一致，但是，带钢张力大小和两辊之间的距离大小对实际跑偏量有影响。

２.3.2 卷形 来料带钢由于上道工序的卷取不良，产生塔形、错层、松卷等缺陷及本机组的上卷定位不准，带钢在进入机组时就偏离了中心线。

２.4 流体的扰动 在某些机组中，带钢由气体支撑传送或喷吹冷却、加热，侧向气流的不均匀会引起带钢跑偏。

３ 机组工艺参数对带钢跑偏的影响从带钢的跑偏机理来讲，带钢与辊子之间的摩擦状态影响带钢的跑偏行为，提高带钢张力，其静摩擦力变大，有利于带钢的稳定运行及抗横向扰动能力；张力的稳定也有利于抑制带钢的跑偏，若张力波动较大将破坏带钢与辊子之间的摩擦平衡，引起带钢跑偏。

机组速度对带钢跑偏的影响较大，当机组速度提高时，从“卷效应”分析可知，带钢横向扰动大，跑偏速度也大，易产生跑偏。

带钢的自由运送长度较长时，带钢的约束较小，跑偏量较大，适当布置转向辊，缩短带钢自由运送长度，可减小带钢的可能跑偏量。

４ 常用的带钢跑偏控制对策T(x)图5 带钢镰刀弯的跑偏引起带钢跑偏的因素较多，要在数量上精确确定某机组带钢的跑偏量和跑偏方向是困难的，随着工艺参数、来料情况及机组设备状态的变化，带钢的跑偏也随之变化。

但是，我们可以利用带钢的跑偏机理，抑制和纠正带钢的跑偏（采用人为方式抑制或使带钢反方向跑偏而回到机组中心线）。

1) 采用侧导板（辊）装置。

这种装置通过对带钢两边的钢性限制，使带钢运行在机组中心，用于带钢较厚、机组速度及张力较低的场合以及带钢的穿带对中。

否则，将损伤带钢边缘。

2) 在机组中适当设置定心辊。

所谓定心辊就是以带钢中心为界线，在两边对带钢产生指向其中心线的横向摩擦力的、有自动定心作用的一类辊子。

其原理可用2.1.1节中的方法进行分析，其常用形式有以下几种：A. 如图6所示，两根锥形辊（或圆柱形辊）中间铰接，另一端支撑在调节螺丝上，辊子被动，这样会产生图示方向的摩擦力。

当带钢跑偏时，与带钢接触较多的辊子对带钢产生较大的摩擦力，使带钢向辊子中部移动，起到自动定心作用[2]。

可用于活套摆动门、托辊或支撑辊。

B. 如图7所示，在辊子包胶层上刻有斜向沟槽，当带钢在辊子上有一定包角时，在张力的作用下，使这些斜沟槽压缩而产生指向辊子中部的横向摩擦力，起到自动定心作用[2]。

由于需要一定的包角，一般应用于带钢转向位置。

C. 如图8所示，以辊子中心为界，两边加工有对称的螺旋线槽，辊子被动，带钢沿图示方向运行，则辊子两边对带钢都将产生指向辊子中部的摩擦力，起到自动定心作用。

而当辊子主动运转时，则产生反向的摩擦力，无法自动定心。

故应用该辊子时，应根据辊子的主、被动情况，选择不同的螺旋线方向。

某厂热镀锌机组的气刀沉没辊应用了这种形式。

D. 如图9所示，用两根辊子在水平方向（带钢运行方向）倾斜一夹角布置，带钢沿图示方向运行，则有自动定心作用，可用于摆动门或托辊（也可与A 组合，在水平及垂直两个方向倾斜）。

若带钢反方向运行，则会增大带钢的跑偏，故应用该辊子时，要注意倾角方向与带钢运行方向的关系：辊子沿带钢运行方向倾斜。

必须清楚的是，自动定心辊的定心能力是有限的，若跑偏量及跑偏速度较大时，则不能保持良好的定心作用。

故而在机组中布置定心辊的主要作用是抑制带钢的跑偏而不是纠偏。

3) 采用带钢自动纠偏装置。

这种装置是机、电、液一体化的完善的系统，其具体形式很多，在保证带钢连续生产线的稳定运行方面起着非常重要的作用。

５ 带钢自动纠偏控制装置带钢自动纠偏控制装置的具体形式很多，但是，它们的控制方式及液压系统构成却是一致的：由带钢位置检测装置测量带钢的偏移量，将测量信号放大并处理后送给电液伺服阀，控制液压缸动作，驱动纠偏辊或开、卷取机运动，从而使带钢始终运行在机组中心线附近，它是一个闭环控制系统，其控制框图如图10所示。

从纠偏行为上讲，带钢自动纠偏控制装置分为P 型纠偏辊装置、I 型纠偏辊装置、P —I 型纠偏辊装置、开卷机纠偏系统及卷取机纠偏系统，前四中简称CPC 系统，后一种简称EPC 系统。

图6 分段锥形定心辊 图7 刻有斜向沟槽的定心辊图8 双螺旋线定心辊20 图9 水平倾斜式定心辊５.1 P 型（比例调节型）纠偏辊装置如图11所示，是一种P 型纠偏辊装置的结构简图，固定纠偏辊的活动框架以液压缸为动力，绕位于进带平面内的转轴转动，依靠带钢与辊子之间的静摩擦力带动带钢横向移动，使带钢运行在机组中心线附近。

由于带钢始终与辊子轴线垂直，无“卷效应”存在，故能精确计算其纠偏量：C=±(H+d)*sin θ，式中符号的含义见图12。

由于纠偏量与sin θ（当θ<5-80时，θ≈sin θ）成比例，故称比例调节型纠偏辊。

P 型纠偏辊并不纠正进带的跑偏，而是使出带回到机组中心线位置。

也由于无“卷效应”存在，不会由于带钢的约束过大而使带钢与辊面打滑，故可用于较狭小的空间，对纠偏辊的进、出带距离（纠偏辊距第一根邻近的转向辊的距离L ）的要求较短，见图2，L 可由下式确定：L>0.00356θW(EWt/T)1/2--------(A)式中：θ---旋转角，弧度 W---带钢宽度，mmE---带钢屈服极限，kgf/mm 2t ---带钢厚度，mmT---带钢张力，kgf P 型纠偏辊转动后会使进、出带产生扭曲，导致带钢内部张应力分布发生变化，张应力分布形式见图12。

故在设计及使用P 型纠偏辊时，不能使带钢中部有较大范围的无张应力，而带钢边缘却有较大的张应力，使带钢边部有残余变形而影响带钢板形，上式正是基于这一思想而推导出的。

由上面的两个公式可知，P 型纠偏辊装置的纠偏能力与H 、θ相关联，故在设计和使用时，应使它们相互协调，以达到对于给定的最大纠偏量有一个最佳解决方案。

我们可用下述方法确定C 、H 、θ及L ：首先确定纠偏辊装置的纠偏量C （根据机组速度与类似机组类比）；然后确定合适的H 及θ，使之满足C ，一般取θ<50（可用类比法确定H 及θ）；最后利用（A ）式计算进、出带距离L 。

若安装位置无法满足L 的要求，可适当增大H ，使θ变小，从而缩短进、出带距离L 。