一种用于板带轧制的自动上卷装置的制作方法

本实用新型涉及板带轧制自动控制技术领域，具体涉及一种用于板带轧制的自动上卷装置。

背景技术：

在板带轧制的生产过程中，无论是冷轧作业还是平整作业，都需要有上卷过程。所谓上卷过程是指将带钢卷通过上卷装置运送至开卷机卷筒上的过程。

随着生产线速度的提升、生产效率的提高、以及人工成本的不断增加，自动上卷越来越受到重视。自动上卷技术能提高整个生产线的效率，同时显著减少人为事故，减少工人数量，从而达到降本增产的目的。

自动上卷技术的关键技术点是测量卷径并使钢卷中心与开卷机卷筒中心对齐，即“测径定心”，此外卷径还与机组设定的开卷机张力联系紧密，因此，对卷径的精确测量十分重要。

目前传统的“测径定心”的方法多是采用对射式光电开关配合激光测距传感器来实现的，由升降油缸内传感器控制高度实现定心，其缺点是：测量的过程复杂，往往需要上卷小车移动到某一个位置后上升到一定高度才能测量出卷径；而且检测元件全部暴露在外界，容易受到干扰；再者测径装置为外置机构，占据一定的空间，对于钢卷的调运作业会有影响。此外，也有其他的自动上卷技术是通过控制卷筒内圈与开卷机卷筒的间隙来实现，其使用方法虽然相对简单，但是不具备测径的功能。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术中人工上卷效率低；现有自动上卷过程复杂，步骤繁琐，效率较低；现有自动上卷装置结构复杂，占用空间大等问题，提供一种用于板带轧制的自动上卷装置及其使用方法。该自动上卷装置的结构更加简单，集成度更高，操作更为便捷，安全性更高。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于板带轧制的自动上卷装置，所述自动上卷装置包括：两个水平托辊，用于托撑钢卷；测径装置，设置于两个所述水平托辊之间，且沿竖直方向是可弹性伸缩的，用于测量所述钢卷的卷径；托辊支座，所述水平托辊和所述测径装置均设置在所述托辊支座上，该托辊支座起到支撑和固定所述水平托辊和所述测径装置的作用；上料小车，设置在轨道上并且是可沿轨道移动的以使所述自动上卷装置靠近或远离开卷机卷筒；驱动机构，固定在所述上料小车上；所述驱动机构的一端与所述托辊支座的下表面相连接，用于驱动所述托辊支座做升降运动；自动控制装置，至少与所述测径装置和所述驱动机构连接，利用来自所述测径装置的信息计算钢卷的卷径以及钢卷上移的距离并将结果反馈给驱动机构以实现钢卷与开卷机卷筒的对中。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，所述自动控制装置为PLC；更优选地，所述自动控制装置包括：电气控制单元，利用来自所述测径装置的信息计算钢卷的卷径以及钢卷上移的距离并将结果反馈给驱动机构以实现钢卷与开卷机卷筒的对中；进一步优选地，来自测径装置的信息为：位于所述水平托辊上的所述钢卷的最低点到所述水平托辊的最高点所在的水平面的最短距离H；所述钢卷向上移动的距离的计算方法如下：

首先，通过公式(1)计算钢卷的卷径2R：

公式(1)中：R为钢卷半径，r为所述水平托辊的半径，L为两个水平托辊的中心点间的距离；H为：钢卷置于自动上卷装置上后，所述钢卷的最低点到所述水平托辊的最高点所在的水平面的最短距离；

然后，通过公式(2)计算钢卷向上移动的距离X：

X＝A-B-R+H， 公式(2)

公式(2)中：A为开卷机卷筒中心至轨道面的距离；B为：驱动机构在完全缩回的状态下，水平托辊的最高点至轨道面的距离；R为钢卷半径；H 为：钢卷置于自动上卷装置上后，所述钢卷的最低点到所述水平托辊的最高点所在的水平面的最短距离；

电气控制单元将计算结果钢卷向上移动的距离X反馈给驱动机构，由驱动机构使钢卷上升距离X。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，两个所述水平托辊的规格尺寸一致；两个所述水平托辊分别固定设置在所述托辊支座的两端部，且所述水平托辊的轴线与所述开卷机卷筒的轴线平行；两个所述水平托辊对称设置且等高；更优选地，所述托辊支座包括底座和支撑架，支撑架固定设置于底座的上表面的两端部，所述支撑架的顶端面形状与水平托辊的下部辊面形状相匹配；所述水平托辊设置于所述支撑架的顶端面上。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，在未受任何外力的情况下，两个所述水平托辊的最高点均低于所述测径装置的最高点；更优选地，所述测径装置的轴线与所述开卷机卷筒的轴线垂直。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，所述测径装置包括：弹性组件和测径位移传感器，其中，所述弹性组件底端固定于所述托辊支座上；弹性组件内设置测径位移传感器，用于测量所述弹性组件受到外界压力后发生的变化量；更优选地，所述弹性组件包括：砧板、导向套和弹簧；其中，所述弹簧套设于所述测径位移传感器外围，弹簧的一端固定于所述砧板的下表面，弹簧的另一端固定于所述托辊支座上，且所述弹簧位于所述导向套内；所述砧板与所述导向套的上部连接；所述测径位移传感器的上端与所述砧板连接，所述测径位移传感器的下端与所述托辊支座的上表面连接。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，所述测径装置还包括测径支架，紧贴所述导向套的外侧面的中下部，且所述测径支架的下端固定在所述托辊支座的上表面上；更优选地，所述导向套的底端为钩状部，在所述测径装置未收到外力作用时，所述导向套的钩状部卡在所述测径支架的内侧预定位置，以控制所述测径装置的最高点高于两个所述水平托辊的最高点；进一步优选地，所述测径位移传感器为磁致伸缩式位移传感器。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，所述驱动机构为升降油缸驱动，所述升降油缸驱动包括缸筒体、与所述缸筒体内的活塞杆连接的活塞和设置在所述缸筒体内下部的油缸位移传感器，所述活塞的头部通过固定件固定于所述托辊支座的下表面上，所述缸筒体固定在所述上料小车上；所述油缸位移传感器用于检测所述升降油缸驱动的移动距离，并将检测结果反馈到自动控制装置中。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置，进一步优选，还包括：导向升降框体；所述导向升降框体套设于所述驱动机构的外围，且所述导向升降框体的下端与所述上料小车相连接；更优选地，所述上料小车上还设置有行走装置，用于控制所述上料小车的水平移动和竖直移动。

一种用于板带轧制的自动上卷装置的使用方法，所述使用方法包括：

基准零位的确定步骤，压缩测径装置的顶部直至所述测径装置的顶部与两个水平托辊的最高点等高，此时所述测径装置的测径位移传感器所测量出的数值为D确定为正式测量钢卷的卷径的基准零位；

接卷测径步骤：将钢卷置于料位鞍座上，所述自动上卷装置的顶端顶起钢卷；此时测径装置的测径位移传感器所测量出钢卷的最低点相对于所述基准零位的距离为H，数值H被传送至电气控制装置，电气控制装置通过公式(1) 计算确定出钢卷半径R：

式(1)中：钢卷半径为R，水平托辊半径为r，两水平托辊的中心点之间的距离为L；被所述自动上卷装置托起后的钢卷的最低点相对于基准零位的距离为H；

托卷定心步骤：首先，电气控制装置通过公式(2)计算钢卷向上移动的距离X：X＝A-B-R+H， 公式(2)

式(2)中：A为开卷机卷筒中心至轨道面的距离；B为：驱动机构在完全缩回的状态下，水平托辊的最高点至轨道面的距离；R为钢卷半径；H为：被所述自动上卷装置托起后的钢卷的最低点相对于基准零位的距离为H；然后，电气控制单元将计算出的钢卷向上移动的距离X反馈给驱动机构，由驱动机构使钢卷上升距离X，完成钢卷中心与卷筒中心对中。

在如上所述的用于板带轧制的自动上卷装置的使用方法，进一步优选，所述使用方法还包括：水平送卷步骤，完成所述托卷定心后，启动上料小车上，是钢卷向开卷机卷筒靠近，最终将钢卷套入卷筒上，上料小车停止位置为所述钢卷中心点与所述卷筒中心点位置重合；再启动所述开卷机上的自动对中装置，调整钢卷在所述卷筒上的位置；自动上卷装置退回步骤，所述水平送卷完成后，所述自动上卷装置的驱动机构缩回，上料小车退回至水平送卷前上料小车所在的起始位置，自动上卷完成。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

本实用新型提供的自动上卷装置的结构更加简单，集成度更高，不易受干扰，钢卷放上去立即就能测出卷径，操作更为便捷，安全性更高。通过本实用新型提供的自动上卷装置和自动上卷控制方法，能在接卷的同时立刻测出钢卷的卷径，测径定心的过程几乎没有停顿时间就能一次完成，免去了外部测量的繁琐步骤，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的自动上卷装置的结构示意图；

图2为图1中测径装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的自动上卷控制方法中钢卷半径的计算示意图；

图4为本实用新型实施例提供的自动上卷控制方法中升降油缸处于完全缩回状态时钢卷向上调节的距离X的计算示意图。

图中：1-测径装置；11-砧板；12-导向套；13-弹簧；14-测径支架；15- 测径位移传感器；2-水平托辊；3-托辊支座；31-支撑架；4-导向升降框体； 5-上料小车；51-车轮；52-车轴；53-吊装孔；54-车体框架；6-轨道；61-螺栓； 7-升降油缸驱动；71-销轴；72-缸筒体；8-油缸位移传感器；9-钢卷；10-卷筒。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种用于板带轧制的自动上卷装置。该自动上卷装置是板带生产线上将钢卷装到开卷机卷筒上的一个装置。自动上卷装置包括：两个水平托辊2，两个水平托辊2用于托撑准备安装到开卷机卷筒上的钢卷；测径装置1，该测径装置1设置于两个水平托辊2之间，且测径装置1是可沿其轴向(或称竖直方向)弹性伸缩的，用于测量钢卷的卷径，具体为用于测量钢卷位于水平托辊上时钢卷的最低点距离水平托辊的最高点所在的水平面的最短距离H；托辊支座3，水平托辊2和测径装置1 均设置在托辊支座3上，该托辊支座3起到支撑和固定水平托辊2和测径装置1的作用；上料小车5，上料小车5设置在轨道6上并可沿轨道6移动以使自动上卷装置靠近或远离开卷机卷筒；驱动机构，驱动机构固定在上料小车5上；驱动机构的一端与托辊支座3的下表面相连接，用于驱动托辊支座 3做升降运动；自动控制装置，至少与测径装置1和驱动机构连接，利用来自测径装置1的信息计算钢卷的卷径和钢卷上移的距离X并将结果反馈给驱动机构以实现钢卷与开卷机卷筒的对中。

在本实用新型的具体实施例中，内径是指内壁的直径，外径是指包括皮厚的直径。本实施例中的卷径是指钢卷的外径。优选地，本实施例的自动控制装置为PLC(即可编程逻辑控制器)，更优选地，自动控制装置包括：电气控制单元，用于接收来自测径装置1的信息、利用该信息计算钢卷的卷径和钢卷上移的距离X并将结果反馈给驱动机构以实现钢卷与开卷机卷筒的对中。

来自测径装置1的信息为：位于水平托辊上的所述钢卷的最低点到水平托辊的最高点所在的水平面的最短距离H；也就是说，钢卷置于自动上卷装置上后，测径位移传感器测量到的钢卷的最低点的数据相对于基准零位时的数据差即为H，基准零位为：压缩测径装置的顶部直至测径装置的顶部与两个水平托辊的最高点等高，此时测径装置的测径位移传感器所测量出的数值为D确定为正式测量钢卷的卷径的基准零位。所述钢卷向上移动的距离的计算方法如下：

首先，通过公式(1)计算钢卷的直径2R：

公式(1)中：R为钢卷半径，r为水平托辊2的半径，L为两水平托辊 2的中心距离；H为：钢卷置于自动上卷装置上后，钢卷的最低点相对于基准零位的距离；

然后，通过公式(2)计算钢卷中心点到卷筒中心的距离X(即钢卷向上移动的距离)：

X＝A-B-R+H，公式 (2)

公式(2)中：A为卷筒中心至轨道6面的距离；B为：升降油缸驱动7 在完全缩回的状态下，水平托辊2的最高点至轨道6面的距离；R为钢卷半径；H为：钢卷置于自动上卷装置上后，钢卷的最低点相对于基准零位的距离(或钢卷置于自动上卷装置上后，所述钢卷的最低点到所述水平托辊的最高点所在的水平面的最短距离)；

此时的距离X即为自动上卷装置顶起钢卷后并将钢卷套设于卷筒上所移动的距离，使卷筒中心和钢卷中心重合。

电气控制单元将计算得到的距离X反馈给驱动机构，由驱动机构使钢卷上升距离X。

在本实用新型的具体实施例中，水平托辊2的个数为两个；两个水平托辊2的规格尺寸一致；两个水平托辊2分别固定设置在托辊支座3的两端部，且水平托辊2的轴向与开卷机卷筒的轴向平行；固定在托辊支座3上的测径装置1位于两个水平托辊2之间，且测径装置1与两个水平托辊2之间有间隙，便于测径装置1具有上下移动的空间。在自然状态即为未受任何外力的情况下，两个水平托辊2的辊面最高点略低于测径装置1的顶端面的最高点，以增加测量的准确性。优选地，托辊支座3包括底座和支撑架31，支撑架31 固定设置于底座的上表面的两端部，两个支撑架31的顶端面形状分别与两个水平托辊2的下部辊面形状相匹配，即支撑架31的顶端面为弧形凹槽设计，与水平托辊2的辊面弧度匹配，水平托辊2的下辊面可以卡入支撑架31的顶端面内，从而使托辊支座3对水平托辊2的支撑和固定更加牢固。两个水平托辊2相对于测径装置1的轴线对称设置且等高；水平托辊2的轴线与开卷机卷筒的轴线平行；测径装置1的轴线与开卷机卷筒的轴线垂直。为了进一步支撑钢卷，在上述两个水平托辊2的两侧还可以设置多个托辊。

测径装置1包括：弹性组件、测径位移传感器15，其中，弹性组件底端固定于托辊支座3的底座上；弹性组件内设置测径位移传感器15，其用于测量弹性组件受到外界压力后发生的变化量，并将测得的数据传送给PLC的电气控制单元。在本实用新型的具体实施例中，弹性组件包括：砧板11、导向套12、弹簧13，弹簧13套设于测径位移传感器15外围，且弹簧13位于导向套12内，弹簧13的一端固定于砧板11的下表面，弹簧13的另一端固定于托辊支座3的底座的上表面；该导向套12保护测径位移传感器15，测径装置1具有自动复位的功能；砧板11与导向套12的上部连接，即砧板11 水平地固定于导向套12的上端；测径位移传感器15的上端与砧板11连接，测径位移传感器15的下端与托辊支座3的底座的上表面连接，即测径位移传感器15的上端固定于砧板11的下表面，测径位移传感器15的下端固定于托辊支座3的底座的上表面上。

在本实用新型的具体实施例中，为了保证测量的准确性和测量装置的使用寿命，进一步优选，该测径装置1还包括测径支架14，底端固定于托辊支座3的底座的上表面上，导向套12套设在测径支架14的内部，且导向套12 的底端为钩状部，在测径装置1未收到外力作用时，导向套12的钩状部卡在测径支架14的内侧预定位置，从而控制测径装置1的砧板11的上表面最高点略高于两个水平托辊2的辊面最高点。具体地，导向套12的截面为L型结构，竖直段紧贴弹簧13且紧贴测径支架14的内壁面，即导向套12可沿测径支架14的内壁面沿垂直方向滑动，横向段朝向弹簧13所在位置的相反方向(即横向段朝向远离测径装置1的中心轴的方向延伸)，横向段即为钩状部的一个示例，其也紧贴测径支架14的内壁面；测径支架14的截面为两个L 型结构组成，第一个L型结构紧贴导向套12的外表面，第一个L型结构的横向段与导向套12的横向段的朝向方向一致；第二个L型结构的竖向段的上端与第一个L型结构的横向段的左端连接，第二个L型结构的横向段与与导向套12的横向段的朝向方向一致，且第二个L型结构的横向段固定在托辊支座3的上表面上。再优选地，测径支架14的两个L型结构是一体成型结构，且测径支架14的形状类似于楼梯的阶梯状。

在本实用新型的具体实施例中，进一步优选地，测径装置1还包括测径支架14，测径支架14紧贴导向套12的外侧面的中下部且测径支架14的下端固定在托辊支座3的上表面上。再优选地，测径位移传感器15为磁致伸缩式位移传感器。本实施例的测径位移传感器15的磁尺的上端与砧板11的下表面相连接(磁尺可在传感器内伸缩)。

在本实用新型的具体实施例中，驱动机构为升降油缸驱动7，升降油缸驱动7包括缸筒体72、和与缸筒体72内的活塞杆连接的活塞，露至缸筒体 72外部的活塞头部通过固定件固定于托辊支座3的下表面上；在缸筒体72 内的下部还设置有油缸位移传感器8，用于检测升降油缸驱动7的移动距离，并将检测结果反馈到自动控制装置中；升降油缸驱动7的缸筒体72固定在上料小车5上。优选地，在驱动机构的中部还设置有销轴71，销轴71的两端与上料小车5的车体框架54相连，以将升降油缸驱动7的缸筒体72固定于上料小车5上。油缸尾部安装的油缸位移传感器8为内置形式，即测量磁尺在油缸内，磁环装于活塞上，活塞上端连接托辊支座3。

为了保护驱动升降机构，在本实用新型的具体实施例中还包括：导向升降框体4；导向升降框体4套设于驱动机构的外围，且导向升降框体4的下端与上料小车5相连接。

在本实用新型的具体实施例中，上料小车5包括小车车体、车体框架54、车轴52和车轮51；车轴52的两端分别连接一个车轮51，该车轮51为具有凹槽的车轮51，该带凹槽的车轮51具有导向作用，防止车轮51在轨道6上运动时脱轨。轨道6是通过螺栓61固定在地面上的。小车车体位于车轴52 上，车体框架54安装在小车车体上，用于承重驱动机构。进一步优选，上料小车5上还设置有行走装置，用于控制上料小车5沿水平移方向移动和沿竖直方向移动。该行走装置包括水平行走装置和竖直行走装置。上料小车5上还设置有吊装孔53，便于对上料小车5起吊。

为了进一步详细介绍本实用新型的技术方案，本实用新型的具体实施例还提供一种用于板带轧制的自动上卷装置的使用方法(如图3和图4所示测径原理图和定心原理图中用钢卷9、水平托辊2、卷筒10及轨道6所在的位置来表示各个结构之间的距离)，使用方法包括以下步骤：

1)确定基准零位：将自动上卷装置装配完成后，自然状态下，测径装置 1的砧板11的顶点高于水平托辊2的最高点；

将一平板置于两个水平托辊2上，下压平板，使平板压缩测径装置1直至砧板11的顶点与两个水平托辊2的最高点等高(砧板11的顶点与水平托辊 2的顶点位于同一水平线上)，此时测径装置1的测径位移传感器15所测量出的数值为D，其被确定为正式测量钢卷的卷径的基准零位(零点标定可若干天进行一次测定即可)。

2)接卷测径：将钢卷置于料位鞍座上，将自动上卷装置顶端顶起钢卷的下部(本装置由下向上顶起钢卷)，即水平托辊2自下方托起钢卷；此时测径装置1的测径位移传感器15所测量出钢卷的最低点相对于步骤1)中基准零位的距离为H，钢卷的卷径为钢卷的直径(2R)，那么钢卷的半径R为：

式中：如图3所示的测径原理图，钢卷半径为R，水平托辊2半径为r，两水平托辊2的中心距离为L；钢卷的最低点相对于基准零位的距离为H；

电气控制单元通过接收测径装置1的测径位移传感器15测量的数值H，通过计算确定出钢卷半径R，并将半径R作为自动上卷的重要数据进行下一步处理，同时半径R也作为开卷机张力计算的重要数据提供给传动单元。

3)托卷定心：测量出卷筒中心至轨道6面的标高为A(已知的数值)；升降油缸驱动7的活塞杆在完全缩回的状态下，测量出水平托辊2的最高点至轨道6面的标高为B；那么自动上卷装置承载钢卷后且升降油缸驱动7的活塞杆处于完全缩回状态时的钢卷中心点到卷筒中心的距离X为：

X＝A-B-R+H

式中：卷筒中心至轨道6面的标高为A，活塞杆在完全缩回状态下水平托辊2的最高点至轨道6面的标高为B；钢卷半径为R；钢卷的最低点相对于基准零位的距离为H；

此时的距离X即为自动上卷装置顶起钢卷后并将钢卷套设于卷筒上所移动的距离，使卷筒中心和钢卷中心重合，从而完成定心过程；

电气控制单元根据测得数据H计算出钢卷半径R，见图4所示的定心原理，电气控制单元将计算的X值反馈给油缸位移传感器8，通过油缸位移传感器8获得的信息来控制升降油缸驱动7向上调节的距离X。

4)水平送卷：完成上述步骤后，启动上料小车5上的行走装置(行走装置位于上料小车5的尾部，有液压油缸驱动)，将钢卷套入卷筒上，并通过行程开关控制上料小车5的停止，上料小车5停止位置为钢卷中心点与卷筒中心点位置重合；再启动开卷机上的自动对中装置(由于开卷机都设有自动对中装置，对于带钢宽度对中的要求不高)，调整钢卷在卷筒上的位置；

钢卷套设在卷筒上后，自动上卷装置的升降油缸驱动7缩回，并启动上料小车5的水平行走装置退回至起始位置，自动上卷过程完成。

总而言之，本实用新型的重点在于“测径定心”过程，即垂直方向的控制；关于水平方向控制即钢卷宽度方向的控制上，由于开卷机一般都设有自动对中装置，因此只要保证钢卷基本处于上卷小车中心，通过若干个料位行程开关和卷筒中心位置行程开关，就可以很容易的进行控制，本实用新型不再进行详细描述。

综上所述，本实用新型的技术方案达到的技术效果如下：

本实用新型提供的自动上卷装置的结构更加简单，集成度更高，不易受干扰，钢卷放上去立即就能测出卷径，操作更为便捷，安全性更高。通过本实用新型提供的自动上卷装置和自动上卷控制方法，能在接卷的同时立刻测出钢卷的卷径，测径定心的过程几乎没有停顿时间就能一次完成，免去了外部测量的繁琐步骤，提高了工作效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本实用新型待批权利要求保护范围之内。