机械工程学报论文范文
随着钢铁市场的变化，冷轧产品逐步向高、精、尖方向发展。单机架可逆冷轧机凭借自身良好的设备配置和工艺配置，在薄规格产品的生产中展现了较大的优势，达到了较好的生产效果。
【摘要】原料卷的宽度和外直径等参数对单机架可逆冷轧机产品的质量有重要影响。本文结合唐钢冷轧薄板厂的单机架可逆冷轧机对测宽、测径系统进行分析。
【关键词】机械工程学报,侧宽,测径,对中
1引言
在原料卷上卷过程中，控制系统需要测量钢卷的宽度和外直径等参数，这些参数对轧制过程中带钢的位置控制、板型控制和轧制力设定等都有重要作用，所以其测量结果的精确程度对冷轧产品的质量有重要影响。下面结合唐钢冷轧薄板厂的单机架可逆冷轧机对测宽、测径系统进行分析。
2测宽、测径的重要意义
精确地测量原料宽度和卷径：
（1）可以使系统精确地计算卷心位置，保证顺利上卷
（2）确保上卷后钢卷居中，保障CPC对中等后续顺序控制功能的顺利实现
（3）获得准确的采集数据，保证二级产品报表的真实性，方便日后的生产管理和质量分析。
3测宽、测径的相关设备
与测宽、测径相关的设备主要包括：
（1）开卷区域的1#鞍座、2#鞍座、3#鞍座；
（2）2#鞍座与3#鞍座之间的一组测宽光电开关PHS1103；
（3）3#鞍座上方的两组测径光电开关PHS1101和PHS1102；
（4）运卷小车以及小车上的行走编码器PLG1051和提升编码器PLG1052。两编码器的测量误差均小于1mm。
4测宽、测径的顺序控制步骤
原料卷被运送至1#鞍座后，运卷小车将钢卷从1#鞍座运至2#鞍座，在2#鞍座由人工完成拆除打包带和带头定位等工作；运卷小车将钢卷从2#鞍座运至3#鞍座，在此过程中利用光电开关PHS1103和小车上的行走编码器PLG1051进行钢卷测宽和计算钢卷水平方向中心位置的工作；小车把钢卷运至3#鞍座，根据上一步计算的钢卷水平方向中心位置将钢卷运到3#鞍座中间位置后，再将钢卷抬起，利用光电开关PHS1101、PHS1102和提升编码器PLG1052测量钢卷外直径；测量完毕后，将钢卷放在3#鞍座，等待后续的上卷命令。上卷命令发出后，系统利用测得的钢卷宽度和直径计算出小车的提升高度和水平位移量，实现小车的上卷顺控。
5钢卷测宽、测径的实现方法
5.1钢卷宽度测量
宽度测量单元由光电开关PHS1103和小车上的行走编码器PLG1051组成。当小车运送钢卷经过光电开关PHS1103时，他的宽度通过小车的行走编码器PLG1051测得。
5.1.1宽度测量原理
图1钢卷测宽原理图
小车托住钢卷由2#鞍座向3#鞍座行走时，钢卷前沿挡住光电开关PHS1103后传感器检测到钢卷，测量器被触发，开始根据小车行走编码器的数值变化计数。当传感器检测不到钢卷时，计数停止。小车行走编码器的数值增量就是钢卷的宽度。如上图1所示。
5.1.2钢卷水平位置及小车横移量的计算
小车将钢卷运至3#鞍座时要将钢卷放到鞍座中心，所以要根据测量的钢卷宽度计算测宽完成后小车的横移量。
图2钢卷水平位置及小车横移量的计算示意图
如图2所示，光电开关到3#鞍座中心线的水平距离为1040mm。设测得的钢卷宽度为W（mm），则钢卷中心位置为W/2。
小车的侧移量：
LW=1040-W/2（1）
5.2钢卷直径的测量
外直径测量单元由3#鞍座上方的两组光电开关和小车上的升降编码器PLG1051组成。钢卷的直径（D）=光电开关的高度（K1或K2）-小车提升高度（K）-钢卷与V形鞍座最底部的空隙高度（h）。见图3。
图3钢卷直径测量原理图
上图中：
K：钢卷顶部到达光电开关PHS1101或PHS1102时，小车的提升高度。
C：芯轴距离小车下极限位的高度。C=1254mm。
K1：光电开关PHS1102的高度。K1=1075+C。
K2：光电开关PHS1101的高度。K2=475+C。
以上高度均以小车下极限位为基准。
5.2.1钢卷与V形鞍座最底部的空隙高度
钢卷与V形鞍座最底部的空隙高度（h）随钢卷直径变化而变化，而钢卷外边总是与V形座的边相切，并且夹角θ为固定的已知量。
图4钢卷与V形鞍座最底部的空隙高度示意图
由图4可以得出：
（2）
经过计算得出：
（3）
5.2.2直径的计算
原料卷的直径不同，测量及计算方法也不同。根据小车运卷到3#鞍座时的高度，可分为三种情况分析。
（1）小车运卷到3#鞍座时，光电开关PHS1101检测到钢卷，PHS1102未检测到钢卷。
这说明钢卷高度位于两个光电开关之间，这时小车到达3#鞍座后继续提升，直到PHS1102检测到钢卷。这时则有：
（4）
将（3）式代入（4）式，得到：
（5）
（2）小车运卷到3#鞍座时，光电开关PHS1101和PHS1102均检测到钢卷。
这说明钢卷高度大于光电开关PHS1102的高度，这时小车到达3#鞍座后下降，直到PHS1102检测不到钢卷。这时则有：
将（3）式代入后得到结果与（5）式相同，即：
（3）小车运卷到3#鞍座时，光电开关PHS1101和PHS1102均未检测到钢卷。
这说明钢卷在光电开关PHS1101下方，这时小车到达3#鞍座后继续提升，直到PHS1101检测到钢卷。这时则有：
D=K2-h（6）
将（3）式代入（6）式，得到：
（7）
5.2.3钢卷测径的顺控逻辑
根据以上三种情况及计算公式可以得到钢卷测径的顺控逻辑如下图所示。
图5钢卷测径的顺控逻辑
6结束语
钢卷外径和宽度的测量值的准确性是保证轧机一级控制功能和二级功能的基础。经过长期的生产实践，这种测径测宽系统良好的稳定性和足够的精度可以满足单机架可逆冷轧机的生产要求，可以为高精度要求产品的生产提供可靠的基础数据。
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