CN112853084B - 一种连退炉内带钢纠偏装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连退炉内带钢纠偏装置及其方法，所述装置包括导向辊、楔形块、杆、环套、传动轴、齿轮、速度检测仪、位移传感器、纠偏控制器、驱动器和伺服电机；所述速度检测仪和位移传感器构成带钢位置检测系统，分别布置在被测量带钢的两侧边部，楔形块和连杆固连，环套与导向辊边部紧密配合，连杆穿过环套与环套紧密配合；当带钢发生跑偏时，分别检测跑偏的位移和偏移速度，将两个信号结合后输入到纠偏控制系统，纠偏控制器进行信号处理，得到一个驱动电压输出到驱动器，驱动器会驱动电机通过齿轮传动将楔形块旋入导向辊中产生径向均匀凸度从而进行纠偏。本发明调节形式简单，实效性高，可以高效、准确调节带钢跑偏，具有较好的发展前景。

Description

一种连退炉内带钢纠偏装置及其方法

技术领域

本发明涉及带钢的生产和输送技术领域，尤其涉及一种连退炉内带钢纠偏装置及其方法。

背景技术

作为制造业生产的重要生产原料，板带材的生产势必经过热轧、冷轧、平整等过程。其中，冷轧通常采用连轧生产方法，多道次轧制后因板带材加工硬化影响，板带抗力大幅提升，阻碍进一步轧薄。因而需要对冷轧后的板带进行退火处理，该工序需要经连续退火装置。在连退炉中，因带钢长里程卷绕处理，带钢横向张力分布往往呈现出不均匀状态，加之带钢入炉前存在残余应力或是厚度分布不均等问题，极易在连退过程中发生跑偏、窜动，轻则造成连退产品出现镰刀弯、单边浪问题，重则影响产线生产，造成生产事故。目前，国内外针对连退带钢跑偏问题，主要提出的方法有机械式纠偏、外力纠偏、辊型纠偏。其中，机械式纠偏是通过纠偏移动板和固定挡侧板来纠正带钢的跑偏，或者设置多个滑板通过托辊部件与带钢连接，让带钢向滑板中心线运动，以此达到纠偏目的；外力纠偏是通过调节前后辊子的高度差，使得带钢与辊子之间的摩擦力达到合适的大小，也可以是在电镀工序中向通电带钢施加磁场以获得与跑偏方向相反的安培力来实现纠偏；辊型纠偏是采用侧导辊、定心辊，通过调整托辊轴向中心线垂直度来解决带钢的跑偏问题。

以上这些措施都起到了一定的纠偏作用，但是仍然无法彻底解决带钢的跑偏问题，并且重型机械规格大、工作强度高，冷轧连退炉生产线又较长，导致效率和准确性较差，更容易出现炉内带钢跑偏的问题。因此，现有的纠偏方案均存在一定的不足，还具有较大的提升和完善的空间。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有结构简单、成本低、重量轻、高性能和高效率等特点，并可实现快速准确地跟踪控制跑偏量的炉内带钢纠偏装置及其方法。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种连退炉内带钢纠偏装置，该装置包括导向辊、对中传感器、纠偏控制系统和纠偏执行机构；所述导向辊呈上下交替均匀排列，且所述导向辊内部设置有中心螺纹通孔；所述对中传感器分别对称设置在带钢两侧边部的上方和下方，位于带钢边部上侧的对中传感器为发射传感器，位于带钢边部下侧的对中传感器为接收传感器，且发射传感器所发射的磁场方向垂直于带钢边部，所述对中传感器与纠偏控制系统连接；

所述纠偏执行机构包括伺服电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮、环套、楔形块和连杆；所述伺服电机与纠偏控制系统连接；所述连杆设置在环套的轴心处，所述楔形块设置在连杆的前端，所述楔形块、连杆和环套之间紧密配合，且所述楔形块外表面设置有反向螺纹，所述楔形块分别放置在各导向辊中心螺纹通孔的两侧；所述从动齿轮同轴连接在环套的外侧，所述主动齿轮通过传动轴与伺服电机连接，且所述主动齿轮和从动齿轮相啮合。

进一步的，所述纠偏控制系统由纠偏控制器和伺服驱动器组成，所述纠偏控制器与各对中传感器连接，所述伺服驱动器与伺服电机连接。

进一步的，所述对中传感器由速度检测仪和位移传感器组成，所述速度检测仪和位移传感器分别对称设置在带钢两侧边部的上方和下方，且所述速度检测仪和位移传感器均与纠偏控制器连接。

进一步的，所述纠偏控制器采用PID控制算法。

一种连退炉内带钢纠偏的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：将速度检测仪和位移传感器均匀安装在即将输送到导向辊的带钢各段边部的上方和下方，即各段带钢边部的上方和下方均对称布置有两套对中传感器，并对速度检测仪和位移传感器进行平衡清零；

步骤S2：确认对中传感器无异常后，带钢开始输送，所述导向辊在炉内的转动速度为v₁，当其发生跑偏现象时，所述速度检测仪和位移传感器检测到连退炉入口侧带钢的跑偏量与跑偏速度，并以电信号的形式传递至纠偏控制系统；

步骤S3：所述纠偏控制系统中的纠偏控制器根据已经设置好的PID控制算法进行信号处理，在得知第一个导向辊需要形成某一辊凸度时，所述纠偏控制系统会形成一个驱动电压输入伺服驱动器；

步骤S4：所述纠偏控制系统中的伺服驱动器在收到该电压后发送给纠偏执行机构一个控制命令；

步骤S5：所述伺服电机在收到控制命令后通过传动轴带动主动齿轮下压与从动齿轮相啮合，给环套一个转动速度v₂，此时环套会与导向辊的转速形成一个速度差Δv，这个速度差即为楔形块的相对转动速度，根据右手定则，所述楔形块会产生一个指向导向辊中心螺纹通孔内部中心方向的一个角速度ω，使得楔形块可以旋入导向辊中心螺纹通孔内部从而形成一个纠偏的辊凸度，至此可得出第一个导向辊调节的跑偏量h₁；

步骤S6：纠偏控制系统计算得出带钢经过第一个导向辊过后的跑偏量和跑偏速度后，来定义第二个辊应该施加的辊凸度类型，来确定楔形块的深入量h₂，以此类推，得出后面导向辊各自的调节量；最终通过多个导向辊的联合纠偏，使带钢收卷时的跑偏量可以控制在一个合理的范围内。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提出了一种纠偏装置，结合纠偏控制系统，最终通过多个导向辊的联合纠偏，使带钢收卷时跑偏量可控制在合理的范围内，实现快速准确地跟踪控制；

2、本发明相对于之前的机械式纠偏方法，在执行机构方面，由电机间接控制的楔形块，具有结构简单、成本低、重量轻和高性能的特点，更好地解决了带钢在连退炉加工过程中的跑偏问题；

3、由于炉内带钢跑偏是一个渐变过程而不是一个突变现象，为了节约时间、提高效率，本发明相对于之前的纠偏装置只需调节前几个导向辊的端部凸度辊型来控制带钢跑偏，使带钢运行到后几个导向辊时即使产生跑偏也会控制在合理的范围内，并不会给生产带来影响。

附图说明

图1是本发明的立体简图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是楔形块、连杆和环套组成的装配体的立体简图；

图4是图3的主视图；

图5是楔形块工作原理和调节后带钢受力图；

图6是辊凸度的三种调节方式简图；

图7是带钢纠偏的流程示意图；

其中，附图标记：1-导向辊；2-对中传感器；3-纠偏控制系统；4-纠偏执行机构；5-带钢；21-速度检测仪；22-位移传感器；23-信号线；31-纠偏控制器；32-伺服驱动器；41-伺服电机；42-传动轴；43-主动齿轮；44-从动齿轮；45-环套；46-楔形块；47-连杆；461-反向螺纹。

具体实施方式

实施例一

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1和附图2，给出了本发明所提出的一种连退炉内带钢纠偏装置的一个实施例的具体结构。本装置包括导向辊1、对中传感器2、纠偏控制系统3和纠偏执行机构4；本实施例中，所述导向辊1设置有四个，四个所述导向辊呈上下交替均匀排列，且所述导向辊1内部设置有中心螺纹通孔；所述对中传感器2设置有八套，每两套为一组，在被测量带钢5的两侧边部上下水平放置两套对中传感器2并与带钢5中心呈对称分布，其中，位于带钢5边部上方的对中传感器2为发射传感器，位于带钢5边部下方的对中传感器2为接收传感器，且发射传感器所发射的磁场方向垂直于带钢5的边部，通过信号的检测与处理，可以准确地得到带钢5在传送过程中相对于传送机构中心线的偏移量和偏移速度，并反馈给纠偏控制系统3。

所述纠偏控制系统3由纠偏控制器31和伺服驱动器32组成，且所述纠偏控制器31采用PID控制算法，集比例-积分-微分控制规律三者之长，既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差的能力，同时还有微分作用的超前控制能力，只要参数选择得当就能充分发挥三种控制规律的优点。在本装置中它可以根据上一个导向辊1处带钢5的跑偏量和跑偏速度，可以预先计算带钢5进入下一个导向辊1的跑偏情况，从而得出导向辊端部所需的辊凸度类型，提前采取措施；所述纠偏控制器31安装在机组的各个部位，由主控制器对各纠偏控制系统3实施远程操控。

所述对中传感器2由速度检测仪21和位移传感器22组成，所述速度检测仪21和位移传感器22两两为一组，分别对称设置在带钢5两侧边部的上方和下方，且所述速度检测仪21和位移传感器22均通过信号线23与纠偏控制器31连接，所述速度检测仪21和位移传感器22构成带钢5位置的检测系统。

所述纠偏执行机构4包括伺服电机41、传动轴42、主动齿轮43、从动齿轮44、环套45、楔形块46和连杆47；所述伺服电机41的输入端通过动力线和编码器线与伺服驱动器32连接；所述连杆47固定在环套45内侧的轴心处，所述楔形块46固定在连杆47的前端，所述楔形块46、连杆47和环套45之间紧密配合，且所述楔形块46外表面设置有与中心螺纹通孔方向相反的反向螺纹461，所述楔形块46分别对称放置在各导向辊1中心螺纹通孔的两侧；所述从动齿轮44同轴连接在环套45的外侧，所述主动齿轮43通过传动轴42与伺服电机41的输出端连接，且所述主动齿轮43和从动齿轮44相啮合；当表面带有反向螺纹461的楔形块46旋入内部带有中心螺纹通孔的导向辊1时，根据金属的流动性，被嵌入部位外表面会产生径向均匀凸度，由于楔形块46为对称布置且同时工作，故对导向辊1的两端形成的凸度为对称式的，该对称凸度对带钢5作用一个垂直向上的支反力和一个指向带钢5中心的横向约束力，该约束力便可起到纠偏的作用。所述楔形块46会根据带钢5产生不同的偏移程度旋入不同的深度，从而使导向辊1外表面形成相应程度的辊凸度进行纠偏，这样带钢5就能够稳定运行从而校正带钢的位置。

一种连退炉内带钢纠偏的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：将速度检测仪21和位移传感器22成套均匀安装在即将输送到导向辊1的带钢5各段边部的上方和下方，即各段带钢5边部的上方和下方均对称布置有两套对中传感器2，并对速度检测仪21和位移传感器22进行平衡清零；

步骤S2：检测确认各对中传感器2无异常后，带钢5开始输送，所述导向辊1在炉内的转动速度为v₁，当处于退火炉中的带钢5由于横截面上张力分布不均，与导向辊1摩擦阻力分布不均，从而造成其向导向辊1一侧跑偏时，所述速度检测仪21和位移传感器22检测到连退炉入口侧带钢5的跑偏量与跑偏速度，并以电信号的形式传递至纠偏控制系统3；

步骤S3：所述纠偏控制系统3中的纠偏控制器31根据已经设置好的PID控制算法进行信号处理，在得知第一个导向辊1需要形成某一辊凸度时，所述纠偏控制系统3会形成一个驱动电压输入伺服驱动器32；

步骤S4：所述纠偏控制系统3中的伺服驱动器32在收到该电压后发送给纠偏执行机构4一个控制命令；

步骤S5：所述伺服电机41在收到控制命令后通过传动轴42带动主动齿轮43下压与从动齿轮44相啮合，给环套45一个转动速度v₂，此时环套45会与导向辊1的转速形成一个速度差Δv，这个速度差即为楔形块46的相对转动速度，根据右手定则，所述楔形块46会产生一个指向导向辊中心螺纹通孔内部中心方向的一个角速度ω，使得楔形块46可以旋入导向辊中心螺纹通孔内部从而形成一个纠偏的辊凸度，至此可得出第一个导向辊1调节的跑偏量h₁；

步骤S6：通过纠偏控制系统3计算得出带钢5经过第一个导向辊1过后的跑偏量和跑偏速度后，来定义第二个辊应该施加的辊凸度类型，从而确定楔形块46的深入量h₂，以此类推，得出后面的导向辊1各自的调节量，最终通过多个导向辊1的联合纠偏，使带钢5收卷时的跑偏量可以控制在一个合理的范围内。

上述连退炉中导向辊1的总个数设为m个，1-n号导向辊为入口侧调控导向辊组，n-m号导向辊为出口侧调控导向辊组。在对带钢5跑偏问题进行调控时，可分为三种不同的调节工况：1、入口侧导向辊组单独调控；2、出口侧导向辊组单独调控；3、入口侧导向辊组和出口侧导向辊组同时调控。在纠偏过程中，为节约时间，减少调控量，尽可能只用到其中一组导向辊组进行跑偏调控。

本发明中的纠偏控制器31采用PID控制算法，PID算法集比例、积分及微分于一体，是连续系统中应用最广泛的一种控制算法。在此次带钢5纠偏中，先确定PID的各个参数的值，参数确定后，假设带5发生跑偏后的跑偏量为Δ，表明它与带钢5正常输送的位置有一个偏差，即为e(t)，偏差一旦产生，调节器会根据设置好的参数立即产生控制作用抑制偏差，并且可以根据上一个导向1处带钢5的跑偏量和跑偏速度，可以预先计算带钢5进入下一导向辊1的跑偏情况，从而得出导向辊1端部所需的辊凸度类型，提前采取措施。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种连退炉内带钢纠偏装置，其特征在于：所述装置包括导向辊、对中传感器、纠偏控制系统和纠偏执行机构；所述导向辊呈上下交替均匀排列，且所述导向辊内部设置有中心螺纹通孔；所述对中传感器分别对称设置在带钢两侧边部的上方和下方，位于带钢边部上侧的对中传感器为发射传感器，位于带钢边部下侧的对中传感器为接收传感器，且发射传感器所发射的磁场方向垂直于带钢边部，所述对中传感器与纠偏控制系统连接；

所述纠偏执行机构包括伺服电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮、环套、楔形块和连杆；所述伺服电机与纠偏控制系统连接；所述连杆设置在环套的轴心处，所述楔形块设置在连杆的前端，所述楔形块、连杆和环套之间紧密配合，且所述楔形块外表面设置有反向螺纹，所述楔形块分别放置在各导向辊中心螺纹通孔的两侧；所述从动齿轮同轴连接在环套的外侧，所述主动齿轮通过传动轴与伺服电机连接，且所述主动齿轮和从动齿轮相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种连退炉内带钢纠偏装置，其特征在于：所述纠偏控制系统由纠偏控制器和伺服驱动器组成，所述纠偏控制器与各对中传感器连接，所述伺服驱动器与伺服电机连接。

3.根据权利要求2所述的一种连退炉内带钢纠偏装置，其特征在于：所述对中传感器由速度检测仪和位移传感器组成，所述速度检测仪和位移传感器分别对称设置在带钢两侧边部的上方和下方，且所述速度检测仪和位移传感器均与纠偏控制器连接。

4.根据权利要求2所述的一种连退炉内带钢纠偏装置，其特征在于：所述纠偏控制器采用PID控制算法。

5.一种采用权利要求3所述装置的连退炉内带钢纠偏的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：将速度检测仪对称安装在即将输送到导向辊的带钢各段一侧边部的上方和下方，将位移传感器对称安装在即将输送到导向辊的带钢各段另一侧边部的上方和下方，即各段带钢边部的上方和下方均对称布置有两套对中传感器，并对速度检测仪和位移传感器进行平衡清零；

步骤S2：确认对中传感器无异常后，带钢开始输送，所述导向辊在炉内的转动速度为v₁，当其发生跑偏现象时，所述速度检测仪和位移传感器检测到连退炉入口侧带钢的跑偏量与跑偏速度，并以电信号的形式传递至纠偏控制系统；

步骤S3：所述纠偏控制系统中的纠偏控制器根据已经设置好的PID控制算法进行信号处理，在得知第一个导向辊需要形成某一辊凸度时，所述纠偏控制系统会形成一个驱动电压输入伺服驱动器；

步骤S4：所述纠偏控制系统中的伺服驱动器在收到该电压后发送给纠偏执行机构一个控制命令；

步骤S5：伺服电机在收到控制命令后通过传动轴带动主动齿轮下压与从动齿轮相啮合，给环套一个转动速度v₂，此时环套会与导向辊的转速形成一个速度差Δv，这个速度差即为楔形块的相对转动速度，根据右手定则，所述楔形块会产生一个指向导向辊中心螺纹通孔内部中心方向的一个角速度ω，使得楔形块可以旋入导向辊中心螺纹通孔内部从而形成一个纠偏的辊凸度，至此可得出第一个导向辊调节的跑偏量h₁；

步骤S6：纠偏控制系统计算得出带钢经过第一个导向辊过后的跑偏量和跑偏速度后，来定义第二个辊应该施加的辊凸度类型，来确定楔形块的深入量h₂，以此类推，得出后面导向辊各自的调节量；最终通过多个导向辊的联合纠偏，使带钢收卷时的跑偏量可以控制在一个合理的范围内。

Images