冷轧带钢生产机组带尾剪切时防止带尾碎片卡剪的方法

摘要

本发明属于冶金冷轧自动控制领域，具体涉及一种冷轧连续带钢生产机组带尾剪切时防止带尾碎片卡剪的方法。计算带尾经过入口转向夹送辊出口光电管的距离，从而计算出需要剪切的剩余带尾总长度L1(第一刀剪切时，L1＝L)；理想的每片碎片长度ι是一个范围量，当不断的根据剩余待剪切的废料总长度L来调整剪切刀数N，使L/N的值始终落在ι的范围内，从而可保证剪切带尾的每一片碎片包括最后一片都能顺利的通过入口剪输送到废料装置中(就能防止带尾碎片卡剪了)。该方法在冷轧带钢生产机组带尾剪切时，能防止带尾碎片卡剪。

说明书

技术领域

本发明属于冶金冷轧自动控制领域，具体涉及一种冷轧连续带钢生产机组带尾剪切时防止带尾碎片卡剪的方法。

背景技术

冷轧带钢生产机组是以生产连续普通碳钢、无取向硅钢、取向硅钢等的连续生产机组。带钢以钢卷的物理方式在机组上被打开、处理、再卷取好，在此工作模式中势必存在着为了保证机组连续工作，对正在生产的带钢尾部与待生产带钢的头部进行焊接的过程。为保证焊接质量，需对正在生产的带钢尾部进行剪切处理，以剪切带钢尾部超差、超厚等不合格部分。目前对带钢尾部剪切处理通常采用定长剪切的控制方法，此方法以固定的碎片剪切长度来进行每刀带尾的剪切。而带尾不合格部分长度是此卷带钢在上道加工工序中产生的，是一个不确定的变量，若以固定的长度去剪切势必会出现最后一片碎片长度小于图1中K1的长度，此时最后一片碎片将卡在剪子的入出口夹送辊之间无法动弹，最后只能通过人工方式处理，从而大大影响了机组生产的连续性，降低了机组的生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷轧带钢生产机组带尾剪切时防止带尾碎片卡剪的方法，该方法能防止带尾碎片卡剪。

本发明的构思是：

通过深入研究不同机组的入口部分(指从机组开卷机开始到入口张力辊为止)，把带尾碎片剪切问题归结为如图1所示的典型模型。如图1所示在机组甩尾完成带尾逃离开卷机，且当带尾经过入口转向夹送辊3后，经入口转向夹送辊出口光电管9时，通过安装在入口剪入口夹送辊7及其轴上所装旋转编码器(如图3在入口剪入口夹送辊7所标注的位置，有两个同心圆，其中内圆所表示的为旋转编码器)计算带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9(以下简称光电管9)的距离，且光电管9与入口剪的距离已知为K，从而计算出需要剪切的剩余带尾总长度L1(对于每一带钢是一固定量，第一刀剪切时，L1＝L)；经过大量分析发现入口剪剪切带尾理想的每片碎片长度ι与入口剪的入出口夹送辊间的距离(即入口剪入口夹送辊7与入口剪出口夹送辊5之间的距离)、与废料输送装置的宽度、与废料输送小车的宽度有着密切关系，理想的每片碎片长度ι是一个范围量，当不断的根据剩余待剪切的废料总长度L来调整剪切刀数N，使L/N的值始终落在ι的范围内，从而可保证剪切带尾的每一片碎片包括最后一片都能顺利的通过入口剪输送到废料装置中(就能防止带尾碎片卡剪了)。

根据上述构思，抽象它的数学模型如下：

已知机械设备能满足的每片碎片最小长度为S，每片碎片最大长度为S+a，其中a表示每片碎片最大长度与每片碎片最小长度之间的差值。

设剪切刀数为N，剩余待剪切的废料总长度为L，理想的每片碎片长度为ι，补刀数为x，长度增量i∈[0，1)

故理想的每片碎片长度为：$\left[\frac{L}{S}\right]=N\Rightarrow \iota =\frac{L}{N}=S+i;$

令$\tan \theta =\frac{L}{N}=S+i;$tanβ＝S+a；$\tan \partial =S;$

因为S＜S+a，且tanθ、tanβ、在其定义域内为单增函数。

故$\partial <\beta .$

综上所述建立一个以L为横坐标，N为纵坐标的直角坐标系；θ表示(S+i)线与N轴(纵坐标)之间的夹角，β表示(S+a)线与N轴(纵坐标)之间的夹角，表示S线与N轴(纵坐标)之间的夹角。如图2所示可知三条线段的斜率分别为各个线段的长度，$\tan \partial =S,$tanβ＝S+a，$\iota =\tan \theta =\frac{L}{N}=S+i$(即为理想的每片碎片长度)，且只要θ角落在$\theta \in [\partial ,\beta ]$的范围内，即当前剪切的每片碎片长度就在理想的每片碎片长度范围ι∈[S，S+a]内。由于剩余待剪切的废料总长度L随着剪切在不断的变化，故要不断的调整理想的每片碎片长度ι，使其满足ι∈[S，S+a]的范围要求。现对θ角在不同取值范围内时，理想的每片碎片长度ι的取值公式分析如下：

1.当$\theta \in [\partial ,\beta ]$时，ι的取值公式

因$\theta \in [\partial ,\beta ]$

故$\tan \theta \in [\tan \partial ,\tan \beta ],$即ι∈[S，S+a]，即S+i∈[S，S+a]，即S+i≤S+a，

即0≤i≤a

故$S\le \frac{L}{N}\le S+a$时，即0≤i≤a时，ι的取值公式为：$\iota =\frac{L}{N}.$

2.当$\theta \notin [\partial ,\beta ]$时，ι的取值公式

因$\theta \notin [\partial ,\beta ]$

故$\tan \theta \notin [\tan \partial ,\tan \beta ],$即$\iota \notin [S,S+a],$即$S+i\notin [S,S+a],$且S+i≥S，

即S+i＞S+a，即i＞a

故暂取$\iota =\frac{L}{N},$得到$\iota =\frac{L}{N}=S+i>S+a,$此时$\iota \notin [S,S+a]$

故引入一个刀数变量，补刀数x，且x∈Z⁺

故得到$\frac{L}{N+x}<S+a,$此时由于分母被增大公式将不在确定满足$\frac{L}{N+x}\ge S$

故存在$\frac{L}{N+x}>S$和$\frac{L}{N+x}\le S$的两种情况，现分别对这两种分析如下：

A.当$\frac{L}{N+x}>S$时，ι的取值公式

因$\frac{L}{N+x}>S,$且$\frac{L}{N+x}<S+a$

故$S\frac{L}{N+x}<S+a,$即$\tan \partial <\frac{L}{N+x}<\tan \beta ,$即$\partial <\arctan \frac{L}{N+x}<\beta$

故得到当i＞a，且$S<\frac{L}{N+x}<S+a$时，ι的取值公式为：$\iota =\frac{L}{N+x}.$

B.当$\frac{L}{N+x}<S$时，ι的取值公式

因$\frac{L}{N+x}<S$

故$\frac{L}{N+x}<\tan \partial ,$即$\arctan \frac{L}{N+x}<\partial$

故角在小于的区域内，不在理想的范围内，为满足要求在此情况下进行ι＝S的最小碎片长度剪切，待下一刀在进行碎片长度的优化剪切。

故得到当i＞a，且$\frac{L}{N+x}<S$时，ι的取值公式为：ι＝S。

3.当$\frac{\pi }{2}>\theta >\beta$时，ι的取值公式

因$\frac{\pi }{2}>\theta >\beta$时，$\theta \to \frac{\pi }{2}\Rightarrow \tan \theta \to +\propto$

故根据本题意义：$\theta \to \frac{\pi }{2}\Rightarrow \tan \theta \to L$

故此时$L\ge \tan \theta >\tan \beta \Rightarrow L\ge \iota >S+a,$可分段为(S+a，2S)∪[2S，L]

故当ι∈[2S，L]时，可进行前述1或2点的碎片长度优化；

故当ι∈(S+a，2S)时，因2S-(S+Δs)＜S(S+Δs为此时剪切的一片碎片长度)

故L∈(S+a，2S)时，ι的取值公式为：ι＝L。

综合上述三点，列出在设备每刀剪切范围为[S，S+a]时，理想的每片碎片长度ι的控制分段函数如下：

$\iota =\left(\begin{array}{cc}\frac{L}{N}& S\le \frac{L}{N}\le S+a\\ \frac{L}{N+x}& S<\frac{L}{N+x}<S+a\\ S& 0<\frac{L}{N+x}\le S\\ L& S+a<L<2S\end{array}\right).$公式①

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：冷轧带钢生产机组带尾剪切时防止带尾碎片卡剪的方法，包括如下步骤：

1).首先如图3所示在机组甩尾完成带尾逃离开卷机，且当带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9时，通过安装在入口剪入口夹送辊7及其轴上所装旋转编码器(如图3在入口剪入口夹送辊7所标注的位置，有两个同心圆，其中内圆所表示的为旋转编码器)计算带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9的距离L_离开＝旋转编码器脉冲当量X编码器所经过的脉冲个数(L_离开表示带尾离开入口转向夹送辊出口光电管9的距离)，且入口转向夹送辊出口光电管9与入口剪的距离已知为K，当机组甩尾完成且完全停止下来后，从而可计算出需要剪切的剩余带尾总长度L1＝K-L_离开；此时需要剪切的剩余带尾总长度L1在入口剪正下方，且进行第一刀剪切，完成带尾合格与不合格部分分离；不合格部分为剩余待剪切的废料，此时，剩余待剪切的废料总长度L等于需要剪切的剩余带尾总长度L1；

2).对剩余待剪切的废料总长度L进行取整计算，且通过深入研究和大量工程实践得出[S，S+a]的取值范围值为[0.9，1.4]m，$N=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}},$L_mod表示L取整数，$N+x=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}+1=N+1,$即得$N=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}<L,$$N+x=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}+1=N+1>L,$此时即可根据公式①确定理想的每片碎片长度ι；

3).根据公式①确定理想的每片碎片长度ι为：由步骤2)得到$\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}}>1>S,$首先判断是否满足公式S+a＜L＜2S②，若满足公式②要求，表示此时将不进行剪切，此时用公式①分段函数ι＝L，得到ι＝L，是把整个剩余待剪切的废料总长度L的带尾(即废料)送到废料装置中，带尾剪切过程完成；反之，再判断是否大于S+a，当$\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}}\le S+a$时，表示以N＝L_mod为剪切刀数时，$\iota =\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}}\in [S,S+a]$内，此时用公式①分段函数$\iota =\frac{L}{N},$得到$\iota =\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}}$为理想的每片碎片长度，进行第二刀剪切；当$\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}}>S+a$时，表示以N＝L_mod为剪切刀数时$\iota =\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}}\notin [S,S+a],$不能满足要求，故对剪切刀数N进行补1刀的计算；故以N+x＝L_mod+1＝N+1为剪切刀数，由步骤2)得到$\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}+1}<1,$所以接着判断是否大于S，当$\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}+1}\le S$时，此时用公式①分段函数ι＝S，得到ι＝S为理想的每片碎片长度(即剪切长度)，进行第二刀剪切，待下一刀再进行确定理想的每片碎片长度；当$\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}+1}<S$时，表示以N+x＝L_mod+1＝N+1为剪切刀数时，$\iota =\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}+1}\in [S,S+a]$内，此时用公式①分段函数$\iota =\frac{L}{N+x},$得到$\iota =\frac{L}{L_{\mathrm{mod}}+1}$为理想的每片碎片长度(即剪切长度)，进行第二刀剩余带尾碎片的剪切；

4).通过步骤3)判断计算出第二刀要剪切的理想的每片碎片长度ι，通过如图3所示压下(动词，与打开反意)入口剪入口夹送辊7及其轴上所装旋转编码器(如图3在入口剪入口夹送辊7所标注的位置，有两个同心圆，其中内圆所表示的为旋转编码器)完成理想的每片碎片长度ι的送带过程，当带尾实际送带长度ι_实际＝旋转编码器脉冲当量X编码器所行走的脉冲个数≥计算出的理想的每片碎片长度ι时，表示送带过程完成机组可以停止；完成后进行第二刀带尾碎片剪切，且通过入口剪出口夹送辊5把剪切碎片输送到废料收集装置中，并且计算出新的剩余待剪切的废料总长度L_新＝L_旧-ι_实际；L_旧表示上一次的剩余待剪切的废料总长度；

5).当L_新＞0或如图3所示入口剪入口光电管8检测到还有废料时，再次执行步骤2)、步骤3)和步骤4)中所示步骤，直到入口剪入口光电管8检测到没有废料时，表示此废料剪切过程完成。

本发明的有益效果是：由于机械设备惯性等原因，设定送带长度(距离)与实际送带长度(距离)必定存在偏差，故每刀剪切后，剩余待剪切的废料总长度L必是一个变化的量，且无法提前预知。所以为保证剪切的每片碎片不卡剪，采取上述5个步骤来优化每刀剪切的长度，从而保证整体可顺利剪切完成。本发明的方法在冷轧带钢生产机组带尾剪切时，能防止带尾碎片卡剪。

附图说明

图1为带尾剪切机械设备典型图；

图2为碎片剪切优化模型；

图3为带尾甩尾在入口转向夹送辊与入口剪之间

图中：1-入口转向夹送辊上压辊，2-带钢及带钢运行方向，3-入口转向夹送辊，4-入口剪，5-入口剪出口夹送辊，6-入口剪出口光电管，7-入口剪入口夹送辊(轴上装有旋转编码器)，8-入口剪入口光电管，9-入口转向夹送辊出口光电管。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例；实施例并不意味着限制本发明的范围。

实施例1：

首先如图3所示在机组甩尾完成带尾逃离开卷机，且当带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9时，通过安装在入口剪入口夹送辊7轴上所装旋转编码器计算带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9的距离，且入口转向夹送辊出口光电管9与入口剪的距离已知为K，从而可计算出需要剪切的剩余带尾总长度L1＝1.5m；此时需要剪切的剩余带尾总长度L1在入口剪正下方，且进行第一刀剪切，完成带尾合格与不合格部分分离；不合格部分为剩余待剪切的废料，此时，剩余待剪切的废料总长度L等于需要剪切的剩余带尾总长度L1，即L＝1.5m；

S的取值为1m(“[S，S+a]的取值范围值为[0.9，1.4]m”，表示的为理想的每片碎片长度ι取值范围即最小到最大间值的范围，在此实例中设定S为1m，在取值范围内；以下实施例2相同)，S+a的取值为1.3m，$N=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}=1,$$N+s=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}+1=N+1=2;$

因$S+a<L<2S\Rightarrow 1.3<L<2,$故不满足剪切要求，此时将不进行剪切(即不进行第二刀剪切)，此时用公式①分段函数ι＝L，得到ι＝L，是把整个剩余待剪切的废料总长度L的带尾送到废料装置中，带尾剪切过程完成。采用该方法未出现带尾碎片卡剪现象。

实施例2：

首先如图3所示在机组甩尾完成带尾逃离开卷机，且当带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9时，通过安装在入口剪入口夹送辊7轴上所装旋转编码器计算带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9的距离，且入口转向夹送辊出口光电管9与入口剪的距离已知为K，从而可计算出需要剪切的剩余带尾总长度L1＝5.3m；此时需要剪切的剩余带尾总长度L1在入口剪正下方，且进行第一刀剪切，完成带尾合格与不合格部分分离；不合格部分为剩余待剪切的废料，此时，剩余待剪切的废料总长度L等于需要剪切的剩余带尾总长度L1，即L＝5.3m；

S的取值为1m，S+a的取值为1.3m，$N=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}=5,$$N+x=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}+1=N+1=6;$

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{5.3}{5}=1.06<1.3,$所以将以$\iota =\frac{5.3}{5}=1.06m$为剪切长度进行第二刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝5.3-1.06＝4.24m；

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{4.24}{4}=1.06<1.3,$所以将以$\iota =\frac{4.24}{4}=1.06m$为剪切长度进行第三刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝4.24-1.06＝3.18m；

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{3.18}{3}=1.06<1.3,$所以将以$\iota =\frac{3.18}{3}=1.06m$为剪切长度进行第四刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝3.18-1.06＝2.12m；

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{2.12}{2}=1.06<1.3,$所以将以$\iota =\frac{2.12}{2}=1.06m$为剪切长度进行第五刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝2.12-1.06＝1.06m；

因S＜L＜S+a，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{1.06}{1}=1.06<1.3,$所以将以$\iota =\frac{1.06}{1}=1.06m$为剪切长度进行剩余带尾碎片的送带过程，当送过此碎片时如图1中入口剪入口光电管8检测到没有带钢了，表示带尾剪切过程完成。采用该方法未出现带尾碎片卡剪现象。

实施例3：

首先如图3所示在机组甩尾完成带尾逃离开卷机，且当带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9时，通过安装在入口剪入口夹送辊7轴上所装旋转编码器计算带尾经过入口转向夹送辊出口光电管9的距离，且入口转向夹送辊出口光电管9与入口剪的距离已知为K，从而可计算出需要剪切的剩余带尾总长度L1＝3.99m；此时需要剪切的剩余带尾总长度L1在入口剪正下方，且进行第一刀剪切，完成带尾合格与不合格部分分离；不合格部分为剩余待剪切的废料，此时，剩余待剪切的废料总长度L等于需要剪切的剩余带尾总长度L1，即L＝3.99m；

S的取值为0.9m，S+a的取值为1.3m，$N=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}=4,$$N+x=\left[\frac{L}{S}\right]=L_{\mathrm{mod}}+1=N+1=5;$

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{3.99}{4}=0.9975<1.3,$所以将以$\iota =\frac{3.99}{4}=0.9975m$为剪切长度进行第二刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝3.99-0.9975＝2.9925m；

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{2.9925}{3}=0.9975<1.3,$所以将以$\iota =\frac{2.9925}{3}=0.9975m$为剪切长度进行第三刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝2.9925-0.9975＝1.995m；

因L＞2S，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{1.995}{2}=0.9975<1.3,$所以将以$\iota =\frac{1.995}{2}=0.9975m$为剪切长度进行第四刀剩余带尾碎片的送带剪切过程，此时L_新＝L_旧-ι＝1.995-0.9975＝0.9975m；

因S＜L＜S+a，故进行判断是否大于S+a过程，$\frac{0.9975}{1}=0.9975<1.3,$所以将以ι＝0.9975m为剪切长度进行剩余带尾碎片的送带过程，当送过此碎片时如图1中入口剪前光电管8检测到没有带钢了，表示带尾剪切过程完成。采用该方法未出现带尾碎片卡剪现象。

显然，按照本发明的构思，有关冷轧自动控制领域的工作者均可方便地进行连续带钢生产机组带尾碎片长度的优化剪切。