水平连铸机定尺切割系统的分析与改进方法研究

张永刚(广州市华南橡胶轮胎有限公司，广东广州510000

作者简介：张永刚（1981-），男，大学本科，助理工程师，主要研究方向：机械制造原理。摘要：火焰切割机的控制精度是水平连铸机生产的一个重要指标，直接影响钢坯的定尺精度和合格率。红外摄像定尺系统因具有易于调整，系统轻便和控制精度相对较高等优点而在企业中得到广泛应用，但随着生产要求的不断提高，现有开环的非接触式控制系统因主要误差都是不可控的而很难再提高定尺精度，在对现有非接触式定尺控制系统进行详细的误差分析后，找到定尺误差主要是由钢坯的运动所导致的。在此基础上，对现有控制系统进行改进，使之成为一闭环控制系统，大大减小因钢坯运动引入的误差，从而提高定尺精度。关键词：连铸机,定尺切割,红外摄像,闭环控制1引言在水平连铸机生产过程中，火焰切割机将钢坯切割成一定尺长度，以满足轧钢机的要求。由于火焰切割机是在高温下长时间持续运行的，所以要求其具有极高的可靠性和良好的可维修性。常用的火焰切割机由定尺控制系统，切割系统和冷却系统组成，钢坯切割能否达到定尺要求关系到连铸机能否向下一道工序提供合格的产品问题。钢坯定尺大于设定尺寸，则浪费坯料，小则造成废品。因此，钢坯定尺精度和合格率就成了连铸机生产的一项重要指标，故对火焰切割机定尺控制是非常有必要的[1]。常用到的定尺切割系统有人工目测，机械挡板，碰球定尺和非接触式红外摄像定尺系统等。红外摄像自动定尺系统通过红外摄像机远距离采集运动高温铸坯的图像信息，计算机对图像信息进行模式识别程序处理，形成操作信息并转换为规定格式的电信号，用以控制火焰切割机对高温铸坯进行定尺切割[2]。相对于其它集中定尺控制系统，非接触式定尺系统具有易于调整，系统轻便，可以使用计算机控制和控制精度相对较高的等优点，现已在许多企业得到了广泛使用。但由于现有的控制系统多为开环的，存在定尺尺寸浮动较大，铸坯定尺合格率仍难以达到企业对铸坯成本最小化的要求，因此有必要对现有控制系统进行改进。2现有非接触式定尺系统分析红外摄像定尺切割系统是通过两个红外线端口来检测高温钢坯的位置，先设定好定尺尺寸，当高温钢坯到第一个检测位置后，系统开始做准备工作，当到了第二个检测位置后，控制系统给切割小车一个信号，切割小车的两支夹脚夹住钢坯并与钢坯一起运动并切割。切割完成后小车复位，等待下一个信号，完成一次定尺切割，其主要的误差来源有以下几点：①红外线检测误差，大概为5mm；②红外线测量装置的位置误差，该误差较小，并可以控制；③由于钢坯是运动的，当高温钢坯到达测量位置时可能以比较快的速度运动，从检测到计算机图像拟合完成并发出控制指令，继电器响应完成的时间内，钢坯可能已偏离定尺长度一段距离，该误差属于随机误差，无法控制，是定尺误差的主要来源之一。④从继电器闭合到切割小车夹脚动作，需要比较长的时间，再加之切割小车质量较大，具有相当大的惯性，在夹脚加紧之前会产生滑移，这就相当于拿静止的东西来夹持运动的物体，会引入很大的误差，该误差也是随机误差，无法控制；⑤开环系统，主要误差都是不可控的，精度很难再得到提高。3定尺切割系统的改进方案从前面的分析可知，定尺误差主要是由高温钢坯的运动所导致的。利用计算机处理速度快、软件控制灵活的特点，可以在原有红外摄像定尺控制系统的基础上进行改进，使之成为一个闭环控制系统。其系统框图如图1所示。图中是设定尺寸，是夹钳加紧后的钢坯测量尺寸，从图中可以看出只需对原控制软件稍加改进并添加一火焰喷嘴移动机构即可。其改进后的工作示意图如图2所示。

该系统式在切割行走小车前端连接一固定臂，固定臂下方安装一耐高温滚珠丝杠和一根滑杆，滚珠丝杠由步进电机驱动。在滚珠丝杠和滑杆上安装与切割喷嘴相连的滑动块。由于红外线检测装置的检测范围较宽，相当于一个检测窗，利用计算机设定定尺长度，工作时，当高温钢坯运动到定尺标线时，发出控制指令，夹脚动作，夹紧钢坯。在夹脚加紧钢坯，行走小车开始脱离定位挡块的同时，用红外线检测装置读出此时高温钢坯的实际长度，实际长度和定尺长度之间的差值就是该次动作的误差，此时行走小车与管坯相对静止，计算机计算出该误差后判断该误差是否大于零且小于允许偏差，若成立，则直接切割，若不成立，则控制步进电机转动，使滑动块移动相应的距离后停止，喷嘴开始喷火切割钢坯。当切割完成后，停止喷火，夹脚松开，行走小车回退到与定位挡块解出，与此同时，步进电机带动滑动块移动到初始位置，完成一次切割动作。4结语在水平连铸机生产过程中，为了得到跟高的定尺合格率，进一步提高定尺测控精度，降低企业生产时浪费的坯料和废品率，从而降低生产成本，提高生产效率，现有的定尺控制系统已不能满足企业的生产要求，改进后的准闭环控制系统克服了因高温钢坯运动而导致的误差，定尺测控精度得到了大幅度提升，能极大的满足轧钢对钢坯切割精度的要求，能有效地避免铸坯的浪费，提高金属的收得率。

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