卷料加工中的跑偏与纠偏控制

卷料加工中的跑偏与纠偏控制2021-05-12卷对卷加工中卷料运行的跑偏与纠偏跑偏与纠偏跑偏卷料在加工运行过程中，由于多种因素的影响，造成卷料围绕前进方向中心轴心左右摆动或偏向一侧的现象，成为卷料运行跑偏。跑偏的危害卷料跑偏会造成卷料加工中收卷不齐，从而造成物料加工裕量浪费和下一道工序的加工不良；卷料跑偏会严重影响本道工序中物料的加工定位精度，从而造成本工序的加工不良单纯以增加张力的方式校正卷料运行跑偏，有可能造成卷料拉断或张力引起的涨缩变形，从而增大本工序的加工不良；纠偏定义采用非张力控制方式实现对卷料跑偏的中心校正或补偿方式称为纠偏动作；方式纠偏机构依据卷料偏移检测传感器的布置方式分为EPC（边缘检测）和CPC（中心检测）纠偏方式；卷对卷加工中卷料运行跑偏的影响要素卷对卷加工物料运行跑偏原因物料缺陷物料结构张力不平衡、分条裁切不规整、物料表面平整度较低都有可能引起卷料运行跑偏设备设计物料传输辊筒结构设计不当、设备纠偏与张紧机构设计不当都有可能造成卷料运行跑偏设备安装设备辊筒系筒安装不水平、同一立面不垂直、辊筒加工几何公差超差、安装稳定性差，都有可能造成卷料运行跑偏辊筒不良辊筒加工不良、安装不良、表面磨损不良都会造成卷料运行中受到的张力和摩擦力横向不均匀而造成卷料运行跑偏前工序不良前工序加工收卷张力不均匀、收卷出现塔型偏差也都会造成卷料运行跑偏加工工艺加工工艺安排不合理，物料张力、纠偏设置过近、封闭面加工不平整也会造成卷料运行跑偏物料运行方向应该与辊筒轴线方向成90°垂直夹角，偏离垂直夹角的方位角“α”称为跑偏角。

卷料进给摇摆产生的位置偏差制作不精确的料卷或安装位置不稳定的料卷，在喂料时会产生周期性的摇摆位置错误材料运行中产生的位置偏差在实际生产中，材料在运行过程中由于，机械结构、温度、湿度、气流等影响使材料位置出现偏差

卷对卷加工中卷料运行跑偏的原因卷料加工的辊筒转动惯量、张力和纠偏关系辊筒的半径、材质、辊长决定辊筒的转动惯量大小辊筒的转动惯量决定了卷料张紧的张力大小和分布张力大小和分布影响卷料跑偏的作用力分布和大小跑偏作用力决定了纠偏作用力的大小辊筒的半径、材质和辊长对纠偏器的选型有直接影响卷料加工设备的辊筒安装水平度、张力和纠偏关系卷料加工设备的辊筒安装的上下水平度、左右水平度、圆度和辊筒材质表面状态决定了卷料在运行中与辊筒的表面摩擦力分布辊筒对卷料运行的表面摩擦力分布决定了卷料运行跑偏的驱动力分布卷料运行跑偏的驱动力分布和大小影响了卷料运行所需的张紧力和纠偏力的大小卷料加工设备辊筒安装的高度水平度和左右水平度对卷料运行跑偏和纠偏有重要的直接影响卷对卷加工中卷料运行跑偏量的计算计算公式：F＝K

x

Lxtanα

式中：

F——

卷料跑偏量，单位：mm;K——

卷料跑偏系数；L——

卷料的自由带料长度，单位：mm;α——

卷料跑偏角，单位：度。卷对卷加工中卷料运行跑偏速度的计算计算公式：Vα＝vkxVcxtanα

式中:

Vα——

卷料跑偏速度，单位：mm/s;vk——

卷料跑偏速度系数，其大小与辊筒表面状态、卷料与辊筒包角等

有关，理想状况下可取值1.0；Vc——

辊筒的圆周线速度，单位：mm/s；

α——

卷料跑偏角，单位：度。卷对卷加工中卷料运行的张紧力与卷料运行跑偏的关系张紧力与卷料运行跑偏关系张紧力不足张力不足会造成卷料运行中的横向偏移得不到抵消控制，因而容易造成卷料运行跑偏张紧力波动张紧力波动造成卷料运行中的横向偏移力波动和纠偏系统工作的不稳定，从而容易造成卷料运行跑偏张紧力偏大张紧力适当或略强有助于抵消卷料横向偏移力并提高纠偏机构的工作稳定性，因而有助于改善卷料跑偏量，但张力往往受工艺限制卷料运行纠偏机构的组成与功能卷料纠偏机构组成传感器实时感知卷料运行的偏移量并发送偏移量信号控制器提供偏移量、偏移检测灵敏度、纠偏量计算和控制信号处理执行机构实现对控制纠偏信号的响应、执行与信号反馈动作纠偏机架联结与固定纠偏执行机构并保证纠偏动作的持续稳定重复做动卷料运行纠偏机构的工作原理及系统组成ControllerInterfaceActuatorSensorsOperatorpanelWebposition传感器：检测物料的当前位置控制器：计算对比当前材料位置与材料目标位置，驱动纠偏电机执行机构：移动改变物料位置物料：移动到目标位置卷料运行纠偏器的传感器类型纠偏传感器光电传感器原理通过可见光图像识别信号检测卷料边缘与设定中心值的偏差进行卷料偏移量检测和校正特点结构简单，稳定性高，适合检测各类标线或边沿规整的卷料红外传感器原理利用红外信号的光电转换实现对卷料边缘纠偏位移量检测特点适用于怕光、透气或网状物料的边缘跑偏位移量的检测电磁传感器原理利用金属卷料通过电磁传感器引起的电磁参数的变化进行卷料偏移量的检测与校正特点可以同时对金属卷料的宽度和厚度变化进行检测，特别适用于金属导体卷料的应用超声波传感器原理通过超声波信号的压电转换量检测卷料边缘与设定中心值的偏差进行卷料偏移量的检测与校正特点结构简便，但对卷料边缘打引导孔的物料容易造成检出信号的不稳定，常用于透明卷料检测卷料运行纠偏器的位移传感器光电线性纠偏传感器红外光电纠偏传感器超声波纠偏传感器卷料运行纠偏器的执行结构回转导正辊P型纠偏器，适用于较长导入路径的卷料纠偏机构双辊回转导正辊P型纠偏器，适用于较长路径的重载卷料纠偏机构框架式P型纠偏器，适用于在最短路径上校正高频进料蛇形偏移波动一体式收料P型纠偏器，适用于在最短路径上校正收料随动偏移卷料运行纠偏机构动作原理分类纠偏动作原理比例式纠偏机构原理以机架的整体扭转运动带动卷料出料端与设定中心的偏移校正特点响应速度快，动作效率高，入料和出料端距离小，纠偏量与纠偏机架调整距离成比例积分式纠偏机构原理通过缠绕纠偏辊的卷料运行的积分效应对进料端进行反馈调整，实现出料端与中心设定值的回归对准特点结构简单，但需要纠偏路径长，响应时间滞后，动作幅度小，纠偏扭矩大比例积分式纠偏机构原理是比例-积分效应的综合应用，可以灵活满足各类纠偏应用需求特点可以灵活设定比例-积分纠偏的权重，从而便于多样化设计纠偏机构卷料运行纠偏的比例纠偏辊筒机构卷料运行纠偏比例效应纠偏辊筒的纠偏量计算计算公式：

±C＝Ue·sinβ

（1)

式中

：C——纠偏调整量，单位：mm;Ue——入带和出带平面的距离，单位：mm;β——纠偏角，单位：度。卷料运行纠偏比例效应纠偏辊机构的入/出料自由长度计算计算公式：Lentry或Lexit＝0.00357xWxβx（ExWxH/T）1/2

(2)式中:

Lentry

——入带自由长度，单位：mm;Lexit——出带自由长度，单位：mm;E——卷料弹性模量，单位：MPa;W——卷料宽度，单位：mm;

β——纠偏角度，单位：度；H——卷料厚度，单位：mm;T——卷料张力，单位：N。卷料运行纠偏积分纠偏辊筒机构卷料运行纠偏积分纠偏速度的计算计算公式：Vα＝vkxVcxtanα

(3)式中

：Vα——

带钢横向纠偏速度，单位：mm/s;vk——

纠偏速度系数，其大小与辊子表面状态、带钢与辊子包角等有关，

理想状况下可取1.0；Vc——带钢运行速度，单位：mm/s;

α

——纠偏角度，单位：度。卷料运行纠偏积分纠偏调整量的计算计算公式：

±C＝Lxsinαx（1–e-vkVcxt/L)

(4)

式中：

C——纠偏调整量，单位：mm;L——入带自由长度，单位：mm;t——积分调整时间，单位：s；

其它参数同公式（3）。卷料运行纠偏连杆式比例积分纠偏辊筒机构卷料运行纠偏连杆式比例积分纠偏机构纠偏量的计算

计算公式：

±C＝Rxsinα+LxKxsinα

(5)

式中：

C——

纠偏调整量，单位：mm;R——比例纠偏半径，单位：mm;L——入带自由长度，单位：mm;K——积分纠偏系数，

金属取0.65;

α——纠偏角，单位：度。卷料运行纠偏前移积分辊筒的比例积分型纠偏辊筒机构卷料运行纠偏前移积分辊筒比例积分纠偏的纠偏调整量计算计算公式：

±C＝D/2xsinα+LxKxsinα

(6)

式中：

D——辊子直径，单位：mm;

K——纠偏系数，金属取0.65；

L——自由入带长度，单位：mm;

α——纠偏角度，单位：度。卷料运行纠偏倾斜比例辊筒实现的比例积分纠偏机构卷料运行纠偏倾斜比例辊筒实现的PI型纠偏机构纠偏量计算计算公式：

±C＝Ue·sinβ+L·K·sinα

(7)

式中：

Ue——入带和出带平面的距离，单位：mm;

β——纠偏角，单位：度；L——入带自由长度，单位：mm;K——纠偏系数，金属取0.65;

α——积分角，单位：度；

γ——机架倾斜角，单位：度。积分角的计算公式为：

α＝sin-1(sinγxsinβ）卷料运行纠偏器执行机构类型分类