钢带自动纠偏机液压系统分析与设计毕业设计

钢带自动纠偏机液压系统分析与设计毕业设计内容摘要：

: 图 断面不均匀的带钢的跑偏 中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 8 这种镰刀弯带钢在平行运送辊上引起的 带钢跑偏，其跑偏量与镰刀弯的程度，带钢张力的大小和两个运送辊之间的距离大小有关。 （ 2）棍子几何形状的影响 棍子在加工时有可能呈锥形，或者圆柱形辊，在长期运行中由于单边摩擦大，而呈锥形，如图 所示： 图 锥形辊 由于锥形辊使带钢张力分布不均匀，使带钢总是向粗的一端跑偏。 锥度小，带钢张力分布不均匀程度小，跑偏量小；锥度大，带钢张力分布不均匀程度大，跑偏量也大。 所以锥度的大小影响了跑偏的速度。 如图 所示： 锥度使带钢张力不均 锥度小张力不均度小 锥度大张 力不均程度大 跑偏速度小 跑偏速度大 注：水平箭头方向是指跑偏方向，箭头长度表示跑偏量的大小 图 锥度大小对跑偏的影响 中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 9 （ 3） 两个运送辊子轴向不平行的影响 如果带钢在两个互不平行的两个运送辊上运行，但带钢总是有要与辊子成直角的趋势，就产生了跑偏，如图 所示。 理论上的跑偏量是与辊之间的间距与两辊之间的夹角有关。 带钢跑偏量 f，是带钢在两辊之间悬空长度 L与两辊夹角 a的正弦的乘积。 也就是 f=L*Sin a。 图 但实际上带钢的跑偏量要比理论上的小，因为上述关系是以带钢与辊子成 900，而实际上带钢与辊子轴线是大于 900，这是因为两个不平行的辊子使带钢张力不均匀。 使带钢一侧的张应力变大，而另一侧的张应力变小，从而使带钢形成镰刀弯，所以使实际的偏差量减小。 所以要加以纠正，乘以修正系数 k， k值与带钢张力及带钢性能有关。 修正后的跑偏量为 f=L*k*sin a。 （ 4）辊面质量的影响 传送带材的辊子表面的质量也影响带材的跑偏，辊子表面的粗糙程度不一，带有螺纹形的橡 胶辊，或者镀层的辊子，都同样会使带钢边缘跑偏。 （ 5）两端压力不均的橡胶夹送辊。 如果带钢在两根互相受压不均的橡胶辊之间夹送时，则会产生于锥形辊子上相似的效应，带钢倾向于向压力较小、夹送辊开口大中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 10 的一端偏移。 （ 6）来料钢卷的影响 来料钢卷边缘参差不齐，或成塔形，都对带钢运行是一扰动，使带钢边缘跑偏。 （ 7）设备安装精度对定心的影响 设备安装精度低，诸如轨道的误差，钢轨的松动，活套支撑门架的安装误差，传送和换向辊的磨损等，都要造成带钢的跑偏。 （ 8）来料钢卷的影响 来料钢卷边缘参差不齐，或成塔形，都对带钢运行是 一扰动，使带钢边缘跑偏。 （ 9）设备安装精度对定心的影响 设备安装精度低，诸如轨道的误差，钢轨的松动，活套支撑门架的安装误差，传送和换向辊的磨损等，都要造成带钢的跑偏。 （ 10）塔式或卧式活套中的运动导向精度的影响。 各种活套中，运动辊的导向精度也直接影响着带钢的跑偏。 如卧式活套中，活套小车运动轨道的误差，钢轨的松动，活套支承门架的安装误差，传送和换向辊的磨损等，都要造成带钢的跑偏。 （ 11）带钢运送中的气流和液流的影响。 运行中的带钢受侧向气流或液流的影响，同样会发生跑偏。 （ 12）带钢张力波动的影 响。 带钢张力波动，特别是由于带钢张力系统没有调整好，引起带钢张力的强烈波动，也造成带钢在行走中的跑偏。 除了上述主要原因以外，还有许多其他因素也会影响带材跑偏，如带钢的横向刚性、带厚与带宽之比、机组速度、机组长度等。 一般情况，带钢横向刚性小、带厚与带宽之比小、机组速度高、机组长度长等，则跑偏越加严重。 由上所述可知，带钢边缘跑偏的影响因素非常多，跑偏是客观存在的，不可避免的。 带钢边缘跑偏不仅会使得带钢卷边缘无法对齐，还会使得带钢边缘碰撞、折边，以及拉坏设备可能造成严重的断带停产事故。 鉴于此，如何采用一些措 施来减少带材跑偏，使跑偏量控制在允许范围内，满足生产工艺的要求是我们面临的重要问题。 中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 11 减轻带钢跑偏的一些方法 防偏措施 防偏措施的出发点是防止跑偏的发生，如果措施得力，带钢在运行过程中不发生跑偏。 常用以下方法。 （ 1） 采用侧导板装置 这种装置通过对带钢两边的刚性限制，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。 一般在热轧线上使用较多。 （ 2） 在机组中适当设置定心辊 最常见的定心辊是双锥辊。 两个锥辊大端布置在内侧，辊面水平，当带钢经过双锥辊时，根 据锥辊效应，带钢两侧受到由边缘指向中心的力矩，使得带钢自动运行到机组中心线。 当带钢跑偏时，带钢与跑偏侧的辊子接触较多，带钢边缘与辊子的线速度差更加明显，锥辊效应更加突出，带钢在这一侧受到的力矩变大，使带钢向辊子中心移动。 另一种较常见的定心辊是鼓形辊，原理和双锥辊相似。 （ 3） 托辊前倾 托辊在水平方向上倾斜一个角度布置，带钢沿图示方向运动。 根据带钢跑偏的受力分析，带钢和辊子之间夹角不是 90176。 ，带钢将受到沿辊子轴线的一个分力，这个分力使带钢向辊子一侧移动，直到带钢和辊子的夹角变成 90176。 ，带钢在经过前倾布置的托辊时，带 钢两侧受到指向中心的力。 当带钢跑偏时，与一侧的托辊接触较多，受到指向中心的力变大，使带钢移动到机组中心线。 一般用于卧式活套摆动门。 需要指出的是，防偏措施在不同程度上对带钢表面产生损伤，影响了带钢表面质量。 一般在成品机组中不推荐使用。 纠偏措施 [8] （ 1） I型纠偏 I型纠偏装置就是积分纠偏装置。 用于自由段距离较长（大于 20倍带宽）的情况。 在这种情况下纠偏框架的旋转轴与板带方向垂直。 当带钢偏离机组中心线后，纠偏框架中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 12 的旋转使得纠偏辊与带钢的夹角不成 900。 根据“辊效应”原理，带钢受到的沿辊子轴向的 分力使带钢沿着辊子轴向移动，带钢位置偏差逐渐减小，同时纠偏辊的偏转角度也逐渐减小，直到带钢位置偏差为零，纠偏辊的偏转角度也为零。 I 型纠偏方式优点是可以在纠正板带位置的同时尽量使进带保持在纠偏辊面的中间位置，就是通常讲的对进带也有纠正作用，可以预防进一步的跑偏。 也有缺点，那就是 I 型纠偏纠偏辊偏转角度的调整不会立即生效，必须经过板带在斜置的纠偏辊面上的螺旋线运行轨迹来实现纠偏作用；还有就是板带边缘会承受较大的不均匀应力，为避免板带边缘的损伤要求有足够的自由进出带距离。 积分纠偏有 3个特点：纠出也纠入、响应慢、安装 位置相对较大。 （ 2） p型纠偏 P型纠偏装置就是比例动作纠偏装置，是一种应用最为广泛的纠偏形式，适合在安装位置较为狭窄的场合使用。 纠偏框架的转轴在入带平面内，通过纠偏框架的旋转来移动出带侧。 比例纠偏也有 3个特点：纠出不纠入、响应快、安装位置相对较小。 （ 3） PI型纠偏 PI 型纠偏，就是比例积分动作纠偏。 比例积分动作纠偏辊使在生产线上大量应用的一种纠偏形式，实际上可以将其理解为 P 型纠偏和 I 型纠偏的组合。 PI 型纠偏在应用时需要较长的自由进带距离（大于 8 倍带宽）。 自由出带距离可以短些，一般在 5 被带宽。 （ 4） 浮动开卷机 /卷取机纠偏 浮动开卷机 /卷取机纠偏原理相对要简单。 开卷机与卷取机底座是可以沿芯轴轴向移动的。 当带钢偏离了机组中心线是，伺服系统将驱动底座偏移，从而将带钢纠正到机组中心线。 带钢连续处理机组中带钢跑偏现象是特别平常的，正如上面所述原因也是复杂多变的。 但是，只要在不同机组中合理选用上述控制带钢跑偏的方法，就能够有效的控制带钢跑偏现象。 带钢卷取对边系统简介 带钢卷取对边系统 EPC（ Edge Position Control）即边缘位置控制，广泛应用于中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 13 连轧生产线，对带材的跑偏进行控制。 常见的跑偏控制系统 有气液和光电液伺服控制系统。 液压传动和气压传动各有其优缺点。 液压传动的优缺点：优点是 易于实现无级调速，而且调速范围大； 传递运动平稳； 承载能力大； 元件使用寿命长； 易于实现自动化； 易于实现过载保护； 易于实现标准化、系列化和通用化； 体积小、质量轻、结构紧凑。 缺点有 传动比不精确； 不易实现远距离传递动力；油温变化时，液压油粘度的变化会影响系统的稳定工作； 液压油中混入空气，容易产生振动和噪音； 发生故障不易检查和排除； 液压元件制造精度要求高，系统维护技术水平要求高。 气压传动的优缺点：优点是工作介质获取容易，输出力和速度调节容易，气动系统结构简单、维修方便，不易堵塞，也不存在介质变质、补充更换等问题，气动元件的材料和制造精度要求低，使用安全。 缺点是由于空气的可压缩性，传递运动的平稳性差；系统工作压力低又结构尺寸不易过大，因此气缸的输出推力不可能很大。 气液和光电液伺服控制系统两者工作原理相同，但检测器和伺服阀不同，前者为气动检测器和气液伺服阀；后者是光电检测器和电液伺服阀。 电液伺服控制系统信号传输快，电反馈和校正方便，光电检测器的开口（即发射器与接受器间距）可达一米左右，因此可直接方便的装于卷取机旁，但系统较复杂。 气液伺服系统的最大优点是简单可靠且不怕干扰。 但气动信号传输速度较慢，传输距离有限，且气动检测器开口较小（通常为 30— 60 毫米），检测器务必由支架伸出，装于卷筒较远处。 [9][10] 典型的带钢卷取对边纠偏系统如图 所示，主要由卷取机，光电检测器（摄像头、日光灯），调节器（位移传感器及 PLC 控制放大单元），液压伺服系统（液压站、伺服阀）等组成。 中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 14 图 带材边缘纠偏系统 控制系统一般有手动和自动两档。 当控制系统置于“自动”状态时，由光电检测仪对运行中的带材边缘在线检测其偏移信号，并将与偏移信号对应的偏差电流送至电控装置，经运算和放大产生电液伺服阀的控制信号，进而由伺服阀操纵油缸动作，以纠正带材边缘运行偏移。 液压系统设计概述 液压系统是液压机械整机的重要组成部分，必须能够提供主机所需的力及速度，并满足在控制方面的其他要求。 因此，液压系统的设计与主机设计密不可分，一般情况下应同时进行，二者兼顾，才有可能取得理想的效果。 液压系统千差万别，种类繁多，对设计的要求也各不相同。 这些具体的要求，通常以 技术指标、经济指标的形式在设计任务书中量化给出。 常见的技术指标如系统最大工作压力；输出的最大推力 (转矩 )；最大、最小速度 (转速 )；调速范围；速度刚度；起动制动及换向平稳性；密封性能；传动效率；外形尺寸、重量；工作环境温度等。 常见的经济指标如系统机寿命，故障率及可靠性；制造成本；维修保养成本等。 任何设计者总希望性能好而成本低，但这两方面的要求在设计中常常是相互矛盾的。 一般来说，性能好者成本相对高一些。 设计前应充分调查研究，比较现有同类系统的优劣，根据满足工艺及控制要求并留有一定余地的原则，制定出合理的技术指 标，并尽量做到结构简单，重量轻，成本低。 中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 15 由于液压系统的特殊件，设计依据及设计要求的多样性，决定了设计计算内容不会一成不变，设计步骤也不可能是一个固定不变的模式。 下面给出在设计要求已明确给定后的参考设计步骤和主要设计内容：①工况分析；②确定系统主参数；③拟定液压系统原理图；④计算及选择液压元件；⑤验算液压系统性能；⑥液压装置结构设计；⑦绘制工作图、编制技术文件。 [11][12] 自动纠偏控制系统的基本要求和设计方案拟定 控制系统的基本要求 控制系统的主要设计参数： 1） 最大卷取速度： V=5m/s 2） 最大钢卷重量：Ｍ 1=179。 103㎏，卷取机移动部分质量Ｍ 2=20200㎏ 3） 移动距离： L=177。 75㎜ 4） 卷取误差： e177。 （ 1～ 2）㎜ 5） 最大摩擦力： Ff=17500 N 6） 张力情况：恒张力控制 7） 工作环境：冶金行业的冷轧车间，连续生产机组 控制系统的要求： 1） 系统误差： ep≤ ㎜ 2） 频带宽度：ω b≥ 20rad/s 3） 最大工作速度： Vm=4） 最大加速度： am=其他要求：要抗污染，工作可靠，维护调整方便。 在控制对象工作参数发生改变和强干扰的情况下，系统必须能保证稳定、可靠和 安全的运行。 （注：系统频宽和纠偏速度（即调节速度）应分别大于带钢跑偏的频率和带钢跑偏的速度。 ） 中北大学 2020 界毕业设计说明书 第页 共 37 页 16 控制系统设计方案拟定 本课题研究设计的对象是在轧钢连续生产线机组上。 因为生产线工况条件恶劣，振动大、。