CN101698927B - 非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，它包括带钢两侧设置的支撑导轨，支撑导轨上设置横梁，横梁上开设带钢槽口，横梁的带钢槽口旁设至少一个第一永磁体磁力调节器；横梁上设至少一个横向移动式第二永磁体磁力调节器，第二永磁体磁力调节器在工作状态时设在横梁的带钢槽口内；第一永磁体磁力调节器和第二永磁体磁力调节器上均连接垂直运动机构。采用本发明装置用于连续热镀锌生产线稳定镀锌带钢，体积小、能耗低。该装置能够在左右、前后、上下三个方向上自由移动，使带钢稳定装置在工作状态时处于最佳工作位置。不会影响热镀锌作业线的效率。

Description

非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置

技术领域

本发明属于带钢连续生产线上的带钢稳定装置，具体涉及一种非接触式的带钢夹持稳定装置。

背景技术

在连续热镀锌生产线上，依靠气刀产生的高速高压气流喷吹镀锌带钢的两个表面控制镀锌层的厚度，气刀控制镀层厚度主要是调节气刀的气流量和气刀距带钢的距离实现。由于镀锌带钢受气刀和冷却风机强烈气流的影响，加之出于镀锌带钢冷却需要，气刀上方数十米的带钢无任何依托，带钢会在气刀处产生抖动，而气刀距带钢的距离的无规则变化，严重的影响镀锌带钢镀层的质量。

由于镀锌带钢不能使用常规的接触式稳定装置，常用的带钢非接触式稳定装置经常采用电磁式稳定装置。电磁式稳定装置按工作原理分类常见的是矫正型和阻尼型。典型的矫正型带钢电磁式稳定装置如图1所示，处于同一平面的两个(或两组)电磁铁100、电磁铁101设置于带钢102的两侧，每侧各有一个(或一组)距离测量装置103、104用于测量电磁铁与带钢表面的距离和计算带钢的震动幅度，电磁铁100、101通电后在极靴处产生电磁力，F1、F2为电磁铁100、101对带钢的作用力。电磁铁100、101距带钢102的距离L1、L2根据带钢可能的震动幅度和电磁铁100、101作用力的影响需有一定的大小，以保证带钢不至于接触到电磁铁。控制过程中，控制系统通过检测L1、L2的变化，或者通过调节电磁铁的励磁电流；或者通过调节电磁铁距带钢的间距L1、L2；或者两者同时调节，使电磁力F1、F2的合力与带钢振动的方向相反，从而达到稳定带钢的目的。

阻尼型带钢电磁式稳定装置的构成与矫正型电磁式稳定装置基本相同，不同的是电磁铁的数量和安放位置，其基本原理是利用电磁铁在带钢表面产生两个(或两个以上)基本恒定但方向相反的电磁力阻尼带钢的振动，然后根据位置检测装置测出的带钢震动量闭环调节电磁力的大小。

以上两种磁力带钢稳定装置虽然也都能够在一定程度上解决带钢稳定的问题，但都存在一定的缺陷。

其一，由于带钢厚度较小且电磁铁与带钢必须保持一定的距离，要达到好的稳定效果需要较大的电磁力，这就意味着须相当大功率的电磁铁。随着电磁铁的功率增加，电磁铁发热量也很大，加之热镀锌生产线本来环境温度就很高，必须对电磁铁采取强制散热措施。尤其是阻尼型稳定装置，因其电磁铁通电率达100％这一问题更加突出。而且由于带钢稳定装置必须每天24小时处于工作状态，其耗电量也很大。

其二，要使连续热镀锌生产线上带钢在气刀间运行平稳，稳定点希望尽可能的靠近气刀。但由于电磁铁的功率较大加上需采用强制散热措施，整个装置的体积很大，导致带钢的稳定点距气刀距离较远，稳定效果不好。

其三，磁体的磁力作用于带钢表面时，带钢所受磁力的大小除受磁体的磁场强度影响外，带钢的宽度、带钢的厚度、带钢距磁体的距离都会影响带钢所受磁力的大小，尤其是后二者，其微小的变化就可以导致带钢受力较大的变化，很难单纯以输出的磁力大小衡量带钢的受力状况。

控制系统在衡量稳定装置效果时，若以带钢的振动量大小为标准，并以之作为反馈调节磁力的大小，正常情况下这种方法是有效的，但如果出现因机械系统或带钢板型产生稳定装置抑制不了的振动时，磁力就会输出最大值而达到饱和，如果此时当作业线上的带钢张力比较小时，过大磁力就会对作业线的传动系统造成不利的影响。

其四，连续热镀锌生产线的气刀以及气刀下方的锌锅系统结构复杂，体积及重量都很大，需要定期维护和更换。由于带钢稳定装置安装在气刀的正上方，维护和更换上述设备时，必须先全部或部分拆除带钢稳定装置，由于带钢稳定装置自身的体积和重量都比较大，当作业线上安装了带钢稳定装置后，会影响热镀锌作业线的作业效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，利用永磁体实现带钢生产过程中的稳定性，以克服上述电磁非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置在结构、操作上的缺陷。

本发明的技术方案为：非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，它包括带钢两侧设置的支撑导轨，支撑导轨上设置横梁，横梁上开设带钢槽口，横梁的带钢槽口旁设至少一个第一永磁体磁力调节器；横梁上设至少一个横向移动式第二永磁体磁力调节器，第二永磁体磁力调节器在工作状态时设在横梁的带钢槽口内；第一永磁体磁力调节器和第二永磁体磁力调节器上均连接垂直运动机构。

所述永磁体磁力调节器包括箱体，箱体内设有滑道，滑道设置永磁组合体，永磁组合体内设有永磁体；永磁组合体连接往复移动驱动装置。

所述第一永磁体磁力调节器两侧设置导向板，导向板穿过横梁上的导向孔，垂直运动机构的输出杆与第一永磁体磁力调节器连接，垂直运动机构的输出杆穿过横梁。

所述第二永磁体磁力调节器两侧设置导向板，导向板穿过下开口的导向槽梁，垂直运动机构的输出杆与第二永磁体磁力调节器连接，垂直运动机构的输出杆穿过导向槽梁；导向槽梁侧面连接横向移动驱动装置。

所述永磁组合体内间隔设置非导磁材料隔板，非导磁材料隔板之间设置永磁体。

该装置利用永磁体实现对带钢生产过程中的稳定控制；避免使用电磁跌的能耗要求；永磁体的数量可根据要求方便的进行调节，调节永磁体与带钢的距离可实现磁力大小的调节。

在永磁体磁力调节器两侧设置导向板的内壁上设有带钢受力测量装置的应变传感器。第一、第二永磁体磁力调节器均设有带钢受力测量装置的应变传感器。

导向槽梁的下底面与横梁上表面接触。

采用本发明装置用于连续热镀锌生产线稳定镀锌带钢，首先由于永磁体磁力调节器只有控制和调节系统消耗电能，同时永磁体工作时不发热，不需要采用复杂的强制散热措施，相对于使用电磁铁的稳定装置，极大的节约了能源的消耗。同时，永磁体可以较小的体积提供很大的磁力，使得永磁体磁力调节器的体积相对于传统的电磁铁大为减小，可以使稳定装置的稳定点尽可能的贴近气刀以保证镀层的质量。其次增加带钢的受力测量装置可以精确控制带钢所受磁力的大小并控制带钢两面所受磁力保持平衡，这样一方面在减小带钢振动的同时自动保持带钢在两个永磁体磁力调节器的中间位置上，另一方面避免了过大的磁力对作业线传动系统的影响。另外，带钢稳定装置能够在左右、前后、上下三个方向上自由移动，使带钢稳定装置在工作状态时处于最佳工作位置，在不工作时可以移动到不影响作业线上其它设备维护的位置上。这样，当作业线安装了带钢稳定装置后不会影响热镀锌作业线的效率。

附图说明

图1现有电磁力稳定带钢的稳定装置示意图。

图2永磁体磁力调节器工作原理示意图。

图3永磁组合体结构示意图。

图4安有1组永磁组合体的永磁体磁力调节器结构示意图。

图5安有2组永磁组合体的永磁体磁力调节器结构示意图。

图6本发明工作原理示意图。

图7采用永磁体磁力调节器的带钢稳定装置结构示意图I。

图8采用永磁体磁力调节器的带钢稳定装置结构示意图II。

图9采用永磁体磁力调节器的带钢稳定装置结构示意图III。

具体实施方式

本实施例用以对本发明权利要求的解释，本领域的技术人员所作的不同于本实施例的各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

如图7所示，在带钢70的两侧设有设置的支撑导轨80，支撑导轨80采用高架式结构。两支撑导轨80之间上设有横梁78。横梁上开设带钢槽口78.1(图9所示)。带钢70在带钢槽口78.1内。带钢70的前面设有第二永磁体磁力调节器74和后面设第一永磁体磁力调节器75，即横梁的带钢槽口旁设第一永磁体磁力调节器75，第二永磁体磁力调节器74在工作状态时设在横梁的带钢槽口内。带钢70端部连接气刀。横梁78上设有纵向移动装置79。

如图9所示，第一永磁体磁力调节器75两侧设置导向板81，导向板81穿过横梁上的导向孔78.2，垂直运动机构的输出杆72与第一永磁体磁力调节器75连接，垂直运动机构的输出杆72穿过横梁78。第一永磁体磁力调节器75只能作上下运动，并可随横梁78沿支撑导轨80运动。

如图7、8和9所示，第二永磁体磁力调节器74两侧设置导向板82，横梁78上设有下开口的导向槽梁73，导向板82穿过导向槽梁73，在导向板内壁上设有带钢受力测量装置的应变传感器68。应变传感器68可采用半导体或金属电阻应变片。垂直运动机构的输出杆71与第二永磁体磁力调节器74。

如图7、8所示，横梁78上表面设横移滑轨76，导向槽梁73的下底面支撑在横移滑轨76上。导向槽梁73侧面连接横向移动驱动装置77。横向移动驱动装置77设在横梁78上，横向移动驱动装置是油缸、气缸、丝杆螺母装置和四连杆结构中的一种，本实施例中采用油缸。

第一永磁体磁力调节器75和第二永磁体磁力调节器74的结构相同，本实施例中一第二永磁体磁力调节器74加以说明。

如图5所示，永磁体磁力调节器包括箱体25，箱体25内设有滑道210，本实施例中箱体25内设有两组滑道，两组滑道内滑道210设置永磁组合体21，永磁组合体21内间隔设置非导磁材料隔板26，非导磁材料隔板26之间设置永磁体27。永磁组合体21还包括两侧设置的导向块31(图3所示)。永磁组合体连接往复移动驱动装置。往复移动驱动装置包括电机驱动装置(包括电机22和减速机28)，电机驱动装置的输出端连接丝杆螺母传动装置29，丝杆螺母传动装置29的输出端连接滑块30，滑块30与永磁组合体21连接。

箱体25内也可以只设置一组滑道和一个永磁组合体。(如图4所示)。

永磁体采用高磁能(如钕铁硼)的永磁性材料。

永磁铁的大小按所需最大磁力决定，多个永磁体组合以保证沿箱体长度的磁力均匀分布，每个永磁组合体上所有的永磁体的磁极的方向一致，各永磁体彼此间留有一定的间隔。为保证永磁体磁力调节器在不工作时对外磁力接近于零，永磁组合体21中的最靠外的两块永磁体不能过于靠边放置。如图2所示。

位置记忆装置，位置记忆装置由绝对值位置编码器211和连接机构构成，可以装在电机的尾部，也可以装在减速机上，也可以装在滚珠丝杆上。

控制装置可以采用可编程控制器(PLC)

永磁体磁力调节器的磁力调节过程如下：在控制装置的控制下驱动电机22，通过减速机28、丝杠螺母29带动永磁组合体21在滑道210上沿箱体25的厚度方向上移动，可移动区域为箱体内螺杆有效行程长度，如图2所示的A-B之间的区域。当永磁体磁力调节器到达A点时，永磁体磁力调节器作用于带钢20的磁力最大；当永磁体磁力调节器到达B点时，由于距离较远磁力的作用已很小基本为零。当永磁体磁力调节器在AB之间运动时，永磁体磁力调节器对带钢20的磁力由大到小是连续可调的。另外，当永磁体磁力调节器在AB之间运动时，减速机28通过连接机构带动绝对值位置编码器211转动，通过绝对值位置编码器211控制装置能够精确控制永磁组合体21所处的位置。

图6是采用永磁体磁力调节器构成的带钢稳定装置工作原理示意图，图中，永磁体磁力调节器74、75分置于带钢的两侧，两侧的永磁组合体21不处于同一平面并在垂直方向有一定的距离以避免磁力相互抵消，同时避免不同的永磁组合体本身相互产生磁力作用。带钢距离测量装置65、66用于测量永磁体磁力调节器74、75距带钢70的距离6L1、6L2。带钢距离测量装置65、66可以采用磁涡流传感测距仪或激光侧距仪。6L1或6L2的变化反映的就是带钢的振动幅度和振动频率，控制装置可以利用6L1、6L2将带钢稳定装置调节到最佳工作状态，同时将6L1、6L2的变化趋势记录下来用于分析带钢的振动情况。6L1，6L2可以是单个的侧距仪，也可以是一组沿水平方向布置的侧距仪。采用后者时，除具有前述的功能外，还可以用来测量和记录带钢沿水平方向的波动和分析带钢的板型状况。

安装时6L1、6L2的静态值由带钢可能的最大振动幅度决定，保证带钢70在产生最大振动时不会和永磁体磁力调节器74、75产生碰撞。

控制装置与实施方式一使用同一套可编程控制器(PLC)。

图6中，永磁体磁力调节器74使用了1组永磁组合体21，对带钢产生的作用力为6F1。永磁体磁力调节器75使用了2组永磁组合体21，对带钢产生的作用力为6F2、6F3。控制装置通过分别调节61、62，使6F1的大小等于6F21+6F22。此时并不能确定6F1及6F21、6F22的大小，控制装置只能通过闭环带钢距离测量装置测量永磁体磁力调节器与带钢之间的距离6L1、6L2，并通过调节磁力始终保持带钢处于中间位置既6L1＝6L2。为避免过于频繁的调节，可采用当Δ6L＜L_min时(Δ6L＝6L1-6L2，L_min为带钢允许振幅)，不改变永磁体磁力调节器61、62磁力的控制策略。

带钢受力测量装置的应变传感器68、69可采用半导体或金属电阻应变片。当永磁体磁力调节器74、75对带钢70产生磁力作用时，根据作用力与反作用力原理，带钢70也会对永磁体磁力调节器74、75产生大小相同的反作用力，反作用力会使导向板82产生变形，当应变片采用金属电阻应变片时，导向板82变形会引起金属电阻应变片的电阻值产生变化，通过测量电路，控制装置可以测量出带钢70对永磁体磁力调节器74、75产生的反作用力大小，从而计算出永磁体磁力调节器对带钢产生磁力的大小。

由于能够准确测量带钢的实际受力状况，从而控制装置能够通过调节永磁体磁力调节器的输出精确控制带钢所受磁力的大小并控制带钢两面所受磁力保持平衡，在带钢两面所受磁力平衡的前提下，通过带钢张力的作用，带钢会自动保持在两个永磁体磁力调节器的中间位置上。当带钢上的张力与带钢所受磁力关系处理得当时，通过控制带钢两面所受磁力保持平衡，就能够使带钢稳定装置对带钢的振动起到最佳的阻尼作用，同时保证磁力不至于对作业线传动系统产生较大的影响。采用这种调节方式，虽然永磁体磁力调节器磁力调节响应速度较慢，但不影响使用效果。

决定施加在带钢上的磁力大小，一种方法是根据作业线上带钢的宽度和厚度决定，但这样做需要在控制装置内部存储相当的带钢规格数据，另一种方法是利用作业线的带钢张力设定值换算得出，因为带钢张力设定值本身就是根据带钢规格决定的。

控制装置除控制正常工作时的磁力外，还需要检测作业线上带钢的实际张力值，因为在带钢的实际张力因某种原因消失时，由于磁力的作用，带钢会偏向永磁体磁力调节器的某一边，此时仅仅靠调节磁力的大小是不起作用的。故当控制装置检测到作业线上带钢的实际张力小于某一门限值时，表明作业线出现故障，这时，控制装置须控制永磁体磁力调节器的磁力输出为零，以避免磁力调节器划伤带钢表面。

Claims (10)

1.一种非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，它包括带钢两侧设置的支撑导轨，支撑导轨上设置横梁，其特征在于横梁上开设带钢槽口，横梁的带钢槽口旁设至少一个第一永磁体磁力调节器；横梁上设至少一个横向移动式第二永磁体磁力调节器，第二永磁体磁力调节器在工作状态时设在横梁的带钢槽口内；第一永磁体磁力调节器和第二永磁体磁力调节器上均连接垂直运动机构。

2.如权利要求1所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于所述第一永磁体磁力调节器和第二永磁体磁力调节器均包括箱体，箱体内设有滑道，滑道设置永磁组合体，永磁组合体内设有永磁体；永磁组合体连接带钢磁力调节用往复移动驱动装置。

3.如权利要求2所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于箱体内设的往复移动驱动装置包括电机驱动装置，电机驱动装置的输出端连接丝杆螺母传动装置，丝杆螺母传动装置的输出端连接滑块，滑块与永磁组合体连接。

4.如权利要求2所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于永磁组合体内间隔设置非导磁材料隔板，非导磁材料隔板之间设置永磁体。

5.如权利要求1所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于第一永磁体磁力调节器两侧设置导向板，导向板穿过横梁上的导向孔，垂直运动机构的输出杆与第一永磁体磁力调节器连接，垂直运动机构的输出杆穿过横梁。

6.如权利要求1所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于第二永磁体磁力调节器两侧设置导向板，导向板穿过下开口的导向槽梁，垂直运动机构的输出杆与第二永磁体磁力调节器连接，垂直运动机构的输出杆穿过导向槽梁；导向槽梁侧面连接横向移动驱动装置。

7.如权利要求6所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于导向槽梁的下底面与横梁上表面接触。

8.如权利要求7所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于横梁上表面设横移滑轨，导向槽梁的下底面支撑在横移滑轨上。

9.如权利要求6所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于永磁体磁力调节器两侧设置导向板内壁上设有带钢受力测量装置的应变传感器。

10.如权利要求6所述非接触磁力平衡式带钢夹持稳定装置，其特征在于横向移动驱动装置设在横梁上，横向移动驱动装置是油缸、气缸、丝杆螺母装置和四连杆结构中的一种。

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