CN101205026A - 外转子式自动纠偏辊及纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带钢生产纠偏设备及纠偏方法，尤其涉及带钢纠偏辊，主要用于纠正带钢生产过程中的跑偏行为。一种外转子式自动纠偏辊，其特征是：包括外筒转子、环形铁磁体、电磁铁、定子、位移传感器、支架和计算机控制系统，在定子两端沿圆周方向均布多个电磁铁和位移传感器，相应的在外筒转子内侧的对应位置安装两个环形铁磁体，定子安装在支架上；计算机控制系统连接位移传感器和电磁铁。本发明通过控制安装在外转子内侧的铁磁体和定子上的电磁铁的电磁吸力来调整纠偏辊的偏转角度实现纠偏，该纠偏辊惯性小，响应速度快，可以有效节省系统体积和重量以及现场空间的占用。

Description

外转子式自动纠偏辊及纠偏方法

(一)技术领域

本发明涉及带钢生产纠偏设备及纠偏方法，尤其涉及带钢纠偏辊，主要用于纠正带钢生产过程中的跑偏行为。

(二)背景技术

在现代化连续带钢生产中，由于设备安装、带钢的板形等方面的原因，高速运行的带钢会出现跑偏现象，使带钢表面出现划伤，降低了产品质量，严重时还会造成断带等生产和设备事故，降低了劳动生产率，增加了排故时间和费用。因此，需要在带钢生产线上安装带钢纠偏装置。在高速带钢连续生产线上，目前最普遍采用的方式还是纠偏辊。

现有的带钢纠偏辊纠偏方式有如下三种：

电-液伺服纠偏方法。该方法是将纠偏辊安装在一个浮动机架上，电-液伺服系统根据安装在带钢生产线上的光电传感器检测到的带钢位置信号，来控制液压缸驱动浮动机架偏转，从而改变纠偏辊与带钢运行方向的角度，达到纠偏的目的。这种纠偏方法是目前高速带钢生产线上比较普遍采用的方法。但是，这种方法有以下几方面的缺点：(1)纠偏装置惯性大；(2)系统复杂；(3)液压系统容易泄漏；(4)系统响应慢。因此，采用这种纠偏方法的装置本身往往会引起生产质量事故和不必要的停机。

气动纠偏法。日本专利JP200298519公开了一种气动纠偏法，纠偏辊轴一端安装枢轴，纠偏辊可以绕该端转动；另一端与气缸连接，控制系统根据安装在带钢生产线上的位置传感器检测到的带钢位置信号，控制气缸的行程以改变纠偏辊与带钢运行方向的角度，实现纠偏。该纠偏方法响应速度慢，无法解决高速带钢的跑偏问题。

利用磁力和磨压方式纠偏。如中国专利CN02159175.X，它利用磁力和磨压方式对带材进行纠偏，该专利的缺点是：(1)只适用于磁性带材；(2)纠偏能力低。磨压纠偏是在主要传动辊两端上方设置两个磨压轮，带材的两边被夹在传动辊和磨压轮之间，通过调节某一侧的磨压轮与传动辊之间的压力或松紧度来实现纠偏。这种方法比较适合于薄带，而且由于磨压轮的压紧，带材横截面张力分布不均，带钢表面沿运行方向会产生压痕缺陷。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种外转子式自动纠偏辊及纠偏方法，该纠偏辊通过控制安装在外转子内侧的铁磁体和定子上的电磁铁的电磁吸力来调整纠偏辊的偏转角度实现纠偏，该纠偏辊惯性小，占地省，响应速度快。

本发明是这样实现的：一种外转子式自动纠偏辊，其特征是：包括外筒转子、环形铁磁体、电磁铁、定子、位移传感器、支架和计算机控制系统，在定子两端沿圆周方向均布多个电磁铁和位移传感器，相应的在外筒转子内侧的对应位置安装两个环形铁磁体，定子安装在支架上；计算机控制系统连接位移传感器和电磁铁。

所述位移传感器安装在电磁铁附近。

所述外筒转子内侧环形铁磁体内径与安装在定子两端沿圆周均布的电磁铁外轮廓构成的圆柱面直径的差值取决于两端环形铁磁体的轴向距离L和最大偏转角度α_max。

一种外转子式自动纠偏方法，其特征是：在定子两端沿圆周方向均布多个电磁铁和位移传感器，相应的在外筒转子内侧的对应位置安装两个环形铁磁体，定子安装在支架上，计算机控制系统通过改变电磁铁励磁电流的大小，来改变外筒转子和定子两侧的间隙，从而使外转子在空间发生偏转，并与定子轴线成一定角度。

所述计算机控制系统接收由位移传感器检测到的定子和外筒转子之间间隙信号，经采集运算后，与设定值比较和控制器运算后输出信号经功放电路控制每个电磁铁的励磁电流，改变电磁吸力，从而改变相应电磁铁和铁磁体之间的间隙，使外筒转子偏转到设定角度而实现纠偏。

本发明采用安装在定子两头沿圆周均匀分布的两组电磁铁和安装在转子内部的两个环形铁磁体，通过计算机控制系统改变每个电磁铁的电磁吸力，调整每个电磁铁与铁磁体的径向间隙，使转子轴线相对于定子产生一定的偏转角度。本发明通过控制系统可以分别改变每个周向电磁铁的吸力大小，实现纠偏转子的空间偏转，且纠偏辊惯性小，响应速度快，克服了现有纠偏辊只能在平面内进行偏转纠偏的缺陷，提高了纠偏的效果。

本发明充分发挥电磁驱动的优势，可以有效节省系统体积和重量以及现场空间的占用。无须润滑，无须供油系统；由于纠偏辊本身结构无机械磨损，可以大量节省维护检修时间。

(四)附图说明

图1为本发明外转子式自动纠偏辊结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视示意图；；

图3为纠偏能力分析示意图；

图4为两种纠偏方式示意图；其中：图4(a)为垂直纠偏，图4(b)为水平纠偏。

图5为外转子式自动纠偏方法原理图。

图中：1外筒转子，2环形铁磁体，3电磁铁，4定子，5支架，6位移传感器，7计算机控制系统，8带钢。

(五)具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明作进一步说明。

参见图1、图2，一种外转子式自动纠偏辊，包括外筒转子1、环形铁磁体2、电磁铁3、定子4、位移传感器6、支架5和计算机控制系统7。在定子4两端沿圆周方向均布多个电磁铁3和位移传感器6，相应的在外筒转子1内侧的对应位置固定安装两个环形铁磁体2，位移传感器6安装在电磁铁3附近，定子4安装在支架5上，计算机控制系统7连接位移传感器6和电磁铁3。计算机控制系统7实时接受位移传感器6检测到的定子4到外筒转子1之间的间隙，同时发出信号控制每个电磁铁3的励磁电流改变其电磁吸力大小，从而改变相应电磁铁3和铁磁体2之间的间隙，使外筒转子1相对定子4偏转到预定的角度，达到纠偏带钢的目的。

参见图3，外筒转子1两端环形铁磁体2的轴向距离L、铁磁体的内径D以及定子4上电磁铁3的外轮廓圆周直径d的尺寸直接决定了外筒转子1的最大偏转角度α_max，即纠偏辊的最大纠偏能力。其相互之间的几何关系为：

${\mathrm{tg\α}}_{\max }=\frac{D-d}{L}---\left(1\right)$

式中，α_max：纠偏辊转子最大偏转角度；

D：环形铁磁体的内径；

d：电磁铁外轮廓圆周直径；

L：两端环形铁磁体的轴向距离。

即：外筒转子1内侧环形铁磁体2内径与安装在定子4两端沿圆周均布的电磁铁3外轮廓构成的圆柱面直径的差值取决于两端环形铁磁体的轴向距离L和最大偏转角度α_max。

纠偏辊外筒转子1相对于定子4的偏转角度在-α_max～+α_max之间，在两端环形铁磁体的轴向距离L不变的情况下，环形铁磁体的内径D和电磁铁外轮廓圆周直径d的差值越大，偏转角度的范围越大，说明纠偏能力越强。

参见图4，一种外转子式自动纠偏辊在径向4个自由度都具有可控性，定子4上电磁铁3产生的电磁力除了能够支承外筒转子1本身及其上面铁磁体的重力，同时还能够产生纠偏力矩和纠偏力来抵消带钢8跑偏时带钢张力分布不均而对纠偏辊的作用。本发明将空间纠偏辊在空间4个自由度的控制解耦成图4(a)、(b)两种情形，电磁力对外筒转子1的控制都可以看成是这两种情形的叠加。图4中带钢8的运行速度是v，实线是正常没有纠偏时情况，此时外筒转子1和定子4在同一轴线上；虚线表示纠偏后外筒转子1的位置。

图4(a)是垂直纠偏情形，当带钢8跑偏时，外筒转子1的轴线在垂直平面内相对于定子4轴向产生偏转，而在水平方向不发生旋转，这种情况纠偏效果明显，同时要求电磁铁3产生的纠偏电磁力及力矩相对比较大。

图4(b)是水平纠偏情形，当带钢8跑偏时，外筒转子1的轴线在水平面内相对于定子4轴线产生偏转，而在垂直方向不发生旋转，这是目前纠偏辊普遍采用的一种纠偏方式，要求电磁铁3产生的电磁力和力矩相对较小。

参加图5，外转子式自动纠偏辊在计算机控制系统7的作用下，利用电磁铁3与环形铁磁体2之间的可控电磁引力实现对外筒转子1的无接触支承。位移传感器6实时检测外筒转子1相对于定子4中心点的偏移，并将其信号传送至计算机控制系统7，计算机控制系统7经采集运算后，与设定值比较和控制器运算后输出信号经功放电路控制电磁铁3的励磁电流，改变电磁吸力，从而改变相应电磁铁3和铁磁体2之间的间隙，即改变了定子4上各点和外筒转子1之间的间隙，使外筒转子1偏转到设定角度稳定悬浮，实现纠偏。

计算机控制系统7包括控制器、功放电路和位移信号采集器等。

实施例

参见图3，对应宽度为300mm，厚度为0.2mm的带钢，带钢平均张力为2kg/mm²，设计的外筒转子外径为350mm，环形铁磁体内侧和定子电磁铁圆周外轮廓直径差D-d＝15mm，外端距离L＝270mm，最大纠偏能力α_max为：

表明该纠偏辊的纠偏能力为-3.18°～+3.18°，这与现有电液伺服纠偏能力相当。但是，外转子式自动纠偏辊可以实现空间纠偏而且电磁响应速度较电液伺服系统速度快，该纠偏能力应该比电液伺服系统纠偏能力强。

本发明通过控制安装在外转子内侧的铁磁体和定子上的电磁铁的电磁吸力来调整纠偏辊的偏转角度实现纠偏，该纠偏辊惯性小，响应速度快，充分发挥了电磁驱动的优势，可以有效节省系统体积和重量以及现场空间的占用，无须润滑，无须供油系统；由于纠偏辊本身结构无机械磨损，可以大量节省维护检修时间。

以上借助于具体实施例描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解的是，这里具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本发明不仅适用于铁磁性金属带材生产，而且还适用于非铁磁性金属带材以及造纸生产等领域，所有这些本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.一种外转子式自动纠偏辊，其特征是：包括外筒转子、环形铁磁体、电磁铁、定子、位移传感器、支架和计算机控制系统，在定子两端沿圆周方向均布多个电磁铁和位移传感器，相应的在外筒转子内侧的对应位置安装两个环形铁磁体，定子安装在支架上；计算机控制系统连接位移传感器和电磁铁。

2.根据权利要求1所述的外转子式自动纠偏辊，其特征是：位移传感器安装在电磁铁附近。

3.根据权利要求1或2所述的外转子式自动纠偏辊，其特征是：外筒转子内侧环形铁磁体内径与安装在定子两端沿圆周均布的电磁铁外轮廓构成的圆柱面直径的差值取决于两端环形铁磁体的轴向距离L和最大偏转角度α_max。

4.一种外转子式自动纠偏方法，其特征是：在定子两端沿圆周方向均布多个电磁铁和位移传感器，相应的在外筒转子内侧的对应位置安装两个环形铁磁体，定子安装在支架上，计算机控制系统通过改变电磁铁励磁电流的大小，来改变外筒转子和定子两侧的间隙，从而使外转子在空间发生偏转，并与定子轴线成一定角度。

5.根据权利要求4所述的外转子式自动纠偏方法，其特征是：计算机控制系统接收由位移传感器检测到的定子和外筒转子之间间隙信号，经采集运算后，与设定值比较和控制器运算后输出信号经功放电路控制每个电磁铁的励磁电流，改变电磁吸力，从而改变相应电磁铁和铁磁体之间的间隙，使外筒转子偏转到设定角度而实现纠偏。

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