关于热轧平整自动卸卷的研究

2024-01-08毕崇洋

设备管理与维修 2023年23期

毕崇洋

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063000）

0 引言

冶金行业中，热轧卷必须经过平整加工后才能得到高质量产品，所以热轧产线会配备一套平整机组。平整机组主要生产工艺流程为入口准备、上卷穿带、平整矫直、卸卷、打包喷号，其中卸卷小车是平整机的重要设备，其主要作用是将卷取机上钢卷自动运输至出口步进梁十字鞍座上，由于是单卷取机生产，卸卷过程中平整机无法进行生产，所以卸卷小车运行效率直接关系平整机组的运行效率。卸卷小车现在已经实现全自动卸卷，而自动卸卷经常发生故障停止，将严重影响卸卷效率，所以保障卸卷小车高效稳定运行至关重要。

1 卸卷小车工作原理

卸卷小车主要功能是，从卷取机卷筒上接收钢卷并将钢卷运送至出口步进梁十字鞍座。其中，卸卷小车行走采用变频电机作为驱动装置，变频电机安装在卸卷小车上，通过拖链带动卸卷小车车轮行走，行进速度通过一级设定发送至变频器实现调整。行走位置采用激光测距仪检测，通过一级PLC 系统实现行走位置控制。卸卷小车升降采用液压缸控制，液压缸内置磁尺用于检测小车升降实际位置。液压系统采用比例阀控制升降速度，并配置解锁阀，控制回路设置高低压切换阀。卸卷小车上升过程中采用低压控制，避免将卷取机卷筒顶变形，采用压力控制检测是否接触钢卷；当液压缸压力达到设定值时，系统判断钢卷车接触到钢卷，并停止上升、切换为高压模式，避免卸卷小车液压缸溜位。

2 自动卸卷控制流程

当卷取机卷筒钢卷准备好后，由操作人员点击自动卸卷按钮，开始自动卸卷流程（图1）。首先判断卸卷车位置，卸卷车在初始位时，需要后退到卷取机位置接卷位，然后提升接卷，如果卸卷车在卷取机接卷位，则直接提升接卷。

图1 自动卸卷流程

卸卷车提升过程中，首先采用快速提升，并根据钢卷卷径计算出减速位置，达到减速点后慢速上升。减速点计算（卸卷车鞍座与卷筒中心距离-钢卷半径+20 mm）。当卸卷小车鞍座与钢卷接触后，压力达到设定值，卸卷小车停止上升，卷取机卷筒缩径，卷取机压辊设备打开，卷取机卷筒外支撑打开。当卷取机压辊以及外支撑全部打开到位后，卸卷小车载卷向外行走离开卷取机。卸卷小车在卷取机范围内采用低速前进，防止钢卷与卷筒剐蹭掉卷，当卸卷小车离开卷取区域后，切换为高速行驶，行驶到中间位置后，卸卷车进行二次提升，提升高度超过出口十字鞍座高度。提升完成后继续前进，前进到位后将卸卷小车下降，将钢卷放置到十字鞍座上。此时进行一次判断，根据下一卷带钢厚度判断卸卷车停车位置，当带钢厚度大于2 mm 时，将钢卷车停至等待位，钢厚度小于等于2 mm 则时，停止卷取机下方。

3 自动卸卷改善

这种单卷取机的结构必须等上一卷完全卸出后才能执行下一卷的穿带，所以自动卸卷速度的提升以及故障减少是热轧平整机产能提升的关键，自动卸卷的改进和提升至关重要，经过对自动卸卷流程的分析发现，可以从以下6 个方面进行改进。

3.1 卸卷小车运行速度提升

通过对卸卷小车全流程的分析，可以发现卸卷小车来回行走在整个流程中花费时间最长。所以合理提高运行速度可以有效减少卸卷时间。其中可以从两个方面加以改善，一是卸卷小车速度的优化，二是位置的优化。卸卷小车总行程为7 m，实际行走速度为0.2 m/s。通过研究设备发现，并未达到设计上限，可将速度提升至0.3 m/s。但随着速度的提升会带来卸卷位置偏离中心线的问题，对于后面的步进梁运输会带来倒卷的风险。而造成此种问题主要原因为速度提升以后，没有对应调整减速点以及减速斜坡，造成设置参数不合理。卸卷小车运行主要通过PLC发送控制命令，由变频器驱动电机带动小车运行。运行时由PLC发送斜坡信号，小车按照一定加速度提升至最大运行速度，在以最大速度行驶一段距离后，到达设定减速点并开始按照斜坡信号减速，转至低速运行，低速运行一段距离后再减速运行，最终停止在目标位置。随着运行速度的提升，卸卷小车仍按照原来减速点减速，会造成小车还未完成减速就已经超过目标位置。所以通过将减速点提前，并增加斜坡斜率可以有效解决上述问题，实现速度的提升。

3.2 卸卷车初始位置改进

卸卷小车最初设置的等位位置在卷取机外侧，主要目的是为了避免卷取设备与卸卷小车之间发生干涉，但此设计不能满足快节奏生产的要求。通过对卷取机压辊以及穿带导板等设备的改进，可以使卸卷小车在卷钢过程中停进卷取机内部。这样可以节省卸卷车启动进入卷取机的时间，避免设备等待，每卷能够节约时间12 s。通过上述改善可以将卸卷时间减少至30 s，生产效率大大提高。

3.3 解决钢卷内塔问题

（1）卸卷过程中钢卷与卷筒卡阻，卸卷小车无法带动钢卷运行，甚至会造成钢卷内塔问题。卸卷小车升降主要由PLC 输出信号，通过控制比例阀、解锁阀和高低压切换阀实现升降控制。PLC 发出模拟量信号控制比例阀输出，同时打开解锁阀，使油路通畅，高低压切换阀一直处于低压状态，主要为了防止压力过大造成，卷筒设备损坏此时卸卷车以低压低速上升。停止信号主要通过现场压力开关判断，当卸卷小车接触到钢卷后，压力到达压力开关设定值，发送信号给PLC。此时PLC 停止比例阀信号输出，关闭解锁阀，同时将高低压切换阀切换到高压模式，防止小车溜位。将钢卷运出卷取机后再高压举升至鞍座高度，运行至鞍座位置后将钢卷放置在鞍座上，随后高速下降至最低位置。其中主要会发生两方面问题。其中在卸卷小车升降启动过程中，由于液压系统的波动，卸卷小车压力会瞬间提升随后恢复正常水平。这一瞬间就能触发压力开关信号，并将信号传至PLC，此时程序会判断已经接卷并开始执行下一步命令，造成卸卷失败。通过PLC 增加一段滤波程序，可以解决这一问题。在接收到信号后，维持超过0.5 s 后才开始执行下一段命令，可以有效解决瞬时信号干扰问题。

（2）在卷筒涨径卸卷小车在接触到钢卷后，向上的作用力会使卷筒发生轻微的变形，当卷筒缩径后，由于钢卷与卷筒之间出现孔隙，会使卷筒变形回弹。在卷取机外支撑打开后，卸卷小车单独托举钢卷，会造成钢卷上下位置的偏移。多重因素影响则会造成卷筒与钢卷接触，卸卷困难。通过研究发现，生产大于20 t 的卷时，卸卷时卷筒上表面多与钢卷接触；生产小于20 t 钢卷时，卷筒下表面多与钢卷接触。所以可以判断与卸卷车压力设定有关。但是卸卷车压力采集的为现场数字量信号，无法进行精确调节，所以采取延时触发的方法解决该问题。首先调节液压系统压力，确保在最小卷并且触卷停止上升信号延时为0 的情况下能正常卸卷，根据卷取机生产卷重信息设置不同重量区间，根据不同的重量区间将触卷停止上升信号设置不同延时。根据实际生产情况，调节重量区间分布以及延时时间，最终实现卸卷成功率的大幅提升。

3.4 开发手动处理后自动卸卷功能

在自动卸卷过程中，针对上述问题的发生，难免会出现手动干预的情况，一旦手动干预后整个自动流程停止，需要操作工完成卸卷、小车的横移升降以及卷取设备的复位，增加了操作人员的负担，并且卸卷效率大大降低。因此，全新开发了一种手动干预后自动卸卷的功能。主要触发条件为，卷取机压辊处于等待位，卷取机卷筒缩径，卷取机外支撑打开，卸卷小车在卷取机范围内，当操作人员完成必要操作后，无其他干扰时可以再次触发自动卸卷功能，自动完成钢卷车“前进—举升—前进—下降—回位”的流程。

3.5 增加联锁保护程序

卸卷小车增加联锁保护功能是保障卸卷小车正常自动运行的保障。原有联锁保护只能保证卸卷小车运行过程中与其他设备之间无相互干涉，但是在实际自动控制运行时，往往能暴露出一些不易发现的问题。通过联锁优化修改，可以保证自动卸卷高效稳定的运行。自动卸卷的前提条件就是需要钢卷生产完成，如果机架内还有带钢就启动自动卸卷，则无法将钢卷卸出卷取机，严重时会损坏设备，所以在卷取机前增加一组光栅用于检测机架内带钢，并将检测信号传入PLC 的卸卷小车自动运行启动联锁中。卸卷小车行走位置主要靠激光测距仪检测。激光测距仪安装在卷取机下方，激光打在卷取机车体上。激光测距检测虽然精准，但是容易受到外部因素的干扰，当有异物掉落时容易造成检测数值的跳变，严重时会造成卸卷小车未移动到位便开始下降，有掉卷的风险。所有需要避免激光测距数值异常对卸卷的影响，在程序中增加滤波功能可以有效防止激光测距数值跳变。同时增加联锁保护，当激光测距仪数值异常后，直接断开卸卷小车自动运行联锁，等异常处理后再恢复。

3.6 卷取精确定尾功能

卸卷时，带钢尾部自动定位是确保卸卷成功的关键。自动定尾的流程是，带钢根据设定，尾部停在分切剪前，分切剪启动剪切。带尾剪切后，卷取自动定尾启动，卷取机开始收卷，夹送辊压住带钢保证卷取张力，卷取机下压辊启动确保收尾时压住带尾，卷取机确保带尾停在合适位置。如果带尾靠前，卷取机压辊无法压住带尾，将造成钢卷外圈松卷无法卸卷，需要点动卷取机手动将带尾停在合适位置，影响卸卷效率，如果带尾靠后，则带头外翘，后续影响打包以及步进梁的运输，严重时会剐蹭设备，造成设备损坏。所以，带尾精确定位至关重要。

从图2 可知，自动定尾带钢长度L=L1+L2+L3+L4，其中，L1为带钢在出口转向夹送辊下辊接触的长度，L2为出口转向夹送辊到卷取机之间的带钢长度，L3为卷取机上带钢到尾部的长度，L4为分切剪到夹送辊的长度。自动定位计算过程如下：