摘要：对铝冷轧机开卷机自动上料应用的目的,列出了自动上料过程中所涉及的主要装置及传感器,叙述了自动上料的工作原理和工作过程,分析了自动上料过程中的设计计算,完整地实现了铝冷轧机开卷机自动上料的设计。
关键词：铝冷轧机；上料小车；对射开关；脉冲编码器
铝冷轧机是铝加工过程中十分重要的设备，是铝轧制过程中的一个关键环节。所以对来料的各种状态要求就比较高，其中开卷机也是保证铝箔轧制质量的一个重要因素。
一、开卷机工作状态分析
板材在偏下进行轧制是保证板材厚度均匀，表面光洁的重要条件，而主机与开卷机之间的板材张力T则是由轧辊与开卷机之间建立的，而板材线速度v的大则是由主机速度决定的。开卷机的工作过程实际上是维持板材张立恒定的动态调节过程。开卷机在上料时需点动工作，此时张力给定不投入，系统为典型的速度、电流双闭环可逆调速系统。上料后，开卷机首先要建立静张力，张力大小由操纵手在操纵台给出，此时系统为电流单闭环控制系统，建立静张力的过程开卷机顺时针旋转，卷取拉紧板材，板材张力达到给定张力后，开卷机处于堵转静止状态，建立静张力。此过程开卷机工作于电动状态，给开卷机供电的晶闸管变流装置工作于整流状态。建立静张力时，开卷机处于堵转状态，晶闸管变流装置仍工作于整流状态。
二、开卷机自动上料的设计
1.卷材直径测量。
图1中,有如下常量和变量:
D:是托盘小轮中心到直径测量对射开关的垂直距离,小车升降机在储运辊道高度时,该值是固定常值,可实际测量得出。
Y1:是卷材直径测量对射开关到卷材顶部的垂直距离,不同大小的卷材,该距离是不一样的,但是,可根据直径测量脉冲编码器的计数值计算获得。
A:是D和Y1相加得出的和。
B:是托盘小轮中心到卷材中心的垂直距离,是一个变量。
C:是托盘的两个小轮之间直线距离的一半,是一个常量,可实际测得。
R:是卷材半径,需要计算。
r:是托盘小轮的半径,是一个常量。
由图1可得出如下算式:A=D+Y1¬…………………………(1)
(1)式中，对于一台已经安装好的设备，D是一个固定常值，可实际测量得出，Y1可根据脉冲编码器的计数值和脉冲当量计算得出，故，A可求得。
由图1还可看出，B=A—R……………………………………(2)
(2)式中，A已由上一步求得，R是要测量的卷材半径。
根据勾股定理，可有如下算式：(R+r)2=B2+C2………………(3)
(3)式中，R是要测量的卷材半径，r是小轮的半径，是常量，B在(2)式中已经用到过，是一个与卷材半径R相关的量，c是一个常量。
将(2)式带入(3)式中,有(R+r)2=(A—R)2+C2………………(4)
R2+2Rr+r2=A2—2AR+R2+C2…………………………………(5)
由(5)式可得出，2R(A+r)=A2+C2一r2……………………(6)，
将(1)式带入(6)式可得出，2R(D+YI+r)=(D+YI)2+C2一r2……………………………………………………………………(7)
则R=((D+YI)2+C2一r2)／(2(D+Y1+r))……………………(8)
由(8)式可计算出卷材的半径R，则卷材直径为2R。
2.卷材宽度测量。当卷材卷径测量完毕后，小车升降机会降到下极限，然后继续向开卷机卷轴方向移动，之所以降到下极限后才移动，一是为了降低小车整体重心，保证卷材运输过程中的安全；二是为了在等待位置处小车升降机上升时有一个基准距离，即小车升降机在下极限时托盘小轮中心到卷轴中心的垂直距离是固定值，然后根据卷材卷径的大小，以计算升降机升降的高度。根据卷材由遮挡到不遮挡卷宽测量对射开关期间脉冲编码器的计数值，可计算出卷材的宽度W。
3．小车升降高度。图2中，有如下常量和变量：E：它是小车升降机下降到下极限时，托盘小轮中心与开卷机卷轴中心的垂直距离，该值是固定常值，可实际测量得出。B：在3．1中已有说明，它是托盘小轮中心到卷材中心的垂直距离，是一个变量。Y2：它是卷材中心与开卷机卷轴中心的垂直距离，也是小车升降机需要上升的位移，是需要计算的。
由图2可得出如下算式：E=B+Y2……………………………(9)
(9)式中，E是一个固定常值，可实际测量得出，B由(2)式可算出，则Y2可计算得出。小车在上料等待位置处停留，小车升降机上升，上升过程中进行脉冲计数，根据脉冲计数可计算出实际上升的位移，当该位移等于Y2时，小车升降机停止上升。这时卷材直径中心与开卷机卷轴直径中心在同一高度，小车可继续向开卷机卷轴方向行进，进行卷材宽度方向的中心与机列中心线对齐的任务。
4.小车水平行走。①卷材宽度计算:
在完成3．1中的卷材卷径测量后，小车位于升降位置处，小车升降位置到卷宽测量对射开关之间的水平距离是固定的，可实际测量得知。也即小车中心到对射开关的距离是固定的。当托盘和卷材放在小车上时，如果卷材放置位置很正，则卷材中心就与小车中心在一条线上，如图3所示，卷材中心到对射开关的距离为x1。假设卷材宽度为W，当小车向开卷机卷轴方向移动时，行走脉冲编码器开始计数，设定此时计数值为C0，当卷宽测量对射开关被遮挡时，脉冲编码器计数值为Cl，由此可计算出小车行走的距离x2.
则，XI=X2+X3…………………………………………………(10)
(10)式中，x1为固定值，可实际测得，X2可根据脉冲编码器的计数值计算得知，故x3可计算得知，由图3可得知，X3实际就是卷材宽度的一半，即W／2。小车继续向开卷机卷轴方向行进，当卷宽测量对射开关由遮挡变为不遮挡时，脉冲编码器计数值为c2，根据cl和C2可计算得出卷材的宽度w。
W=(C2一C1)×j2…………………………………………(11)
(11)式中，c1和c2为实际脉冲计数值，j2为卷机行走脉冲当量，故卷材宽度可计算得出。
则(11)式中小车行走的距离可计算得出，X2=X1一W／2…(12)
卷材放置偏移量计算:
如果卷材放置位置不正，则卷材中心线与小车中心线有偏差，假设卷材放置偏差为S，如图3所示，卷材向左偏移了s的距离，则当小车实际行走X4的位移时，卷材就将卷宽测量对射开关遮挡。
则，卷材偏移的距离s可算出，S=X2一X4………………(13)
(13)式中，X2可由(12)式计算得出，X4是实际行走的距离，可根据脉冲编码器的计数值Cl和CO计算得出。故，卷材放置偏移量S可计算得出。由图3可看出，当卷材放置偏左时，S计算值为正，当卷材放置偏右时，s计算值为负，由s的得数就可以知道卷材放置的偏移情况。
小车自等待位置处向开卷机卷轴方向的位移计算小车在等待位置时，小车升降机上升到4．3中计算的高度，然后小车继续向开卷机卷轴方向行进，则其行走的位移需要确定。正常情况下，等待位置到设备机列中心线的距离是固定的，如果开卷机在对中位置处，则开卷机卷轴的水平中心线与设备机列中心线在一条直线上，故，小车需将卷材上到开卷机卷轴上，并使卷材宽度方向的中心线与机列中心线对齐。由于等待位置到设备机列中心线的距离是固定的，假设为F，F可实际测量得知。如果卷材在上料小车上放置位置偏差为0，即没有偏差时，小车需要移动的位移就是F，当卷材放置不正，偏移量为S时，小车需要行走的距离则为F减去S。
即X=F—S……………………………………………………(14)
(14)式中，F是固定值，可实际测得，S可由(13)式计算得出，故小车需要行走的位移x可计算得出。根据行走过程中的实际脉冲计数，计算小车行走的位移，当该位移等于x时，小车到达指定位置，小车停止行走，自动上料完成。通过以上设计，小车在升降和行走过程中需要用到的各个值均已确定，可以通过编制程序完成该过程的自动控制，从而实现开卷机自动上料。
铝冷轧机作为一台高质高效的加工设备,近年来其自动化程度显著提高,其中,开卷机自动上料就是铝冷轧机一个重要的自动功能,是设备整体自动化程度的一个环节。开卷机实现自动上料能有效减少上料的辅助时间,提高生产效率,降低现场操作人员的劳动强度,保证现场安全,有很高的实际应用价值。
参考文献
[1]黄瑞，铝冷轧机开卷机自动上料的设计[J]：机械工业出版社2015，(2)：13—18．
[2]马涛．铝冷轧机开卷机自动上料[J]北京：机械工业出版社2015，(1)：2_25.
论文作者:李文宝
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年10月上
论文发表时间:2019/6/24
标签：卷材论文; 小车论文; 测量论文; 脉冲论文; 距离论文; 冷轧机论文; 卷轴论文; 《新材料.新装饰》2018年10月上论文;