軋機(jī)開卷機(jī)CPC對中裝置改進(jìn)center position control(CPC)

1、第 31卷 第 6期 2009年 12月 山 東 冶 金Shandong MetallurgyDecember 2009摘要:針對 CPC 對中裝置在冷軋過程中存在的問題, 從 CPC 對中系統(tǒng)的影響因素方面采取改進(jìn)措施, 將夾送輥材質(zhì)改為42CrMn, 液壓系統(tǒng)壓力調(diào)低到 110MPa, 優(yōu)化電磁制動器和燈源控制系統(tǒng), 對 CPC 對中系統(tǒng)定期標(biāo)定, 解決了跑偏、 卷曲塔 形、 硬件設(shè)備損壞過快等問題, 從而保證了卷曲精度, 偏差值在±3mm。 關(guān)鍵詞:雙機(jī)架冷軋; CPC 對中裝置; 加送輥; 電磁制動器 圖分類 :TG333.7+2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B文章編號 :1004-4620

2、(2009 06-0075-02軋機(jī)開卷機(jī) CPC 對中裝置改進(jìn)聞青山 1, 陳丹 2, 臧廷利 1, 崔華翠 1, 曹中軍 1(1濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司, 山東 濟(jì)南 250101; 2山東省冶金科學(xué)研究院, 山東 濟(jì)南 250014 收稿日期 :2009-09-09作者簡介 :聞青山, 男, 1978年生, 2002年畢業(yè)于東北大學(xué)軋鋼和 計算機(jī)專業(yè)?，F(xiàn)在濟(jì)鋼冷軋板廠自動化部從事自動化技術(shù)工作。1引言帶鋼在穿帶、 運(yùn)行過程中始終保持在軋制中心線上, 特別是在運(yùn)行過程中, CPC 對中裝置不斷調(diào)節(jié) 和控制。雙機(jī)架冷軋機(jī)生產(chǎn)中每卷帶鋼達(dá)幾千米, 且大部分時間在高速軋制, 帶鋼被正確地控制在軋 制線中

3、心, 否則會出現(xiàn)斷帶等重大事故。一套運(yùn)行 穩(wěn)定良好的 CPC 對中裝置, 是帶鋼對中運(yùn)行和對邊 整齊卷取的關(guān)鍵, 能夠保證機(jī)組高效生產(chǎn)和高品質(zhì) 的帶鋼軋制質(zhì)量。濟(jì)鋼冷軋板廠對中裝置自投用以 來出現(xiàn)較多缺陷以及受其他硬件影響, 不適應(yīng)快速、 高效的生產(chǎn)節(jié)奏, 嚴(yán)重制約了生產(chǎn)。為此, 濟(jì)鋼冷軋板廠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化, 并取得了較好效果。2對中系統(tǒng)應(yīng)用原理開卷機(jī) CPC 帶鋼對中控制系統(tǒng)由檢測單元、 信 號控制單元、 液壓伺服單元 3部分組成。檢測單元 包括位置傳感器、 位置傳感器定位裝置、 高頻光源; 液壓伺服單元包括液壓站、 伺服閥、 伺服油缸、 位置 傳感器 1。檢測單元安裝在帶鋼上方鋼結(jié)構(gòu)

4、支架 上, 兩側(cè)各配有 1個位置傳感 (LS13/LS14 , 每個位 置傳感器包括 1個測量接收器 LS13和 1個基準(zhǔn)位置 接收器 LS14, 兩側(cè)的 LS13/LS14安裝在同一滑道上, 通過電機(jī)皮帶傳動, 同步移入或移出, 見圖 1。圖 1對中控制系統(tǒng)EVK 行程Lx帶鋼最小寬度帶鋼最大寬度EVK 行程設(shè) 備 中 心參考點(diǎn)195光帶 LIH 的有效長度光帶左側(cè) EVK2-CP右側(cè) EVK2-CP光帶 LIH 的有效長度 光帶在帶鋼對中開始之前, 帶鋼邊緣位置由電機(jī)傳 動的傳感器定位裝置檢測。LS13和 LS14各自的高 頻光接收圓筒孔道與高頻光源的同一發(fā)光點(diǎn)對中。 當(dāng)測量接收器 LS1

5、3的孔道被鋼帶遮住一半, 基準(zhǔn)位 置接收器 LS14高頻光接收孔道不受帶鋼位置的影 響時, 帶鋼對中在軋機(jī)中心線位置上。當(dāng)帶鋼偏離 中心位置時, 通過光電檢測梁 LS13連續(xù)跟蹤帶鋼邊 部位置變化, 同時參考光電檢測梁 LS14連續(xù)檢測光 的亮度并對可能產(chǎn)生的變化進(jìn)行補(bǔ)償, 對產(chǎn)生的對 比信號量通過信號控制裝置進(jìn)行處理后, 將調(diào)節(jié)量 發(fā)送給伺服閥再控制液壓缸并帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)開卷 機(jī), 再將調(diào)節(jié)后的大小再由開卷機(jī)上的位置傳感器進(jìn)行反饋, 最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制 2, 見圖 2。圖 2CPC 系統(tǒng)控制流程3對中系統(tǒng)存在問題分析冷軋板廠的 CPC 對中系統(tǒng)在帶鋼通過檢測框 架時與框架沒有接觸, 同時對中傳感

6、器無移動部件, 按設(shè)計完全屬于無損耗和免維護(hù) 3。但在現(xiàn)場糾偏 過程中, 始終處于調(diào)整的模式下依然存在卷曲塔 形, 且隨著時間的推移, 測量糾偏能力呈直線下降趨 勢, 不能將帶鋼對中, 失去了對中裝置的作用。 3.1夾送輥影響CPC 帶鋼對中控制系統(tǒng)是軋機(jī)穿帶防止跑偏75的核心裝置。控制系統(tǒng)的位置傳感器定位裝置的允 許中心偏差為±8mm, 在穿帶過程中, 開卷機(jī)在 CPC 系統(tǒng)伺服油缸作用下移動范圍為±100mm。 穿帶跑偏嚴(yán)重時, 帶鋼在夾送輥前瓢曲, 控制系統(tǒng)的 對中伺服油缸移動到滿行程位, 完全喪失調(diào)節(jié)作 用。穿帶過程中, 當(dāng)開卷機(jī)上方的鋼卷壓輥抬起時, 開卷機(jī)上的鋼

7、卷外圈有松卷現(xiàn)象, 其原因是夾送輥 驅(qū)動電機(jī)電磁制動器轉(zhuǎn)矩不足。帶鋼位置由 CPC 位置傳感器 (LS13/LS14 檢測, 當(dāng)穿帶開始帶鋼偏離中心位置時, LS13/LS14產(chǎn)生對 比信號, CPC 的控制裝置將信號處理后, 控制液壓伺 服系統(tǒng)帶動開卷機(jī)移動。由于鋼卷外圈松, 開卷機(jī) 在帶動鋼卷移動時, 最外層帶鋼與鋼卷沒有足夠的 摩擦力而不能做相應(yīng)移動。雖然開卷機(jī)已經(jīng)移動到 最初指令位置, 但帶鋼被檢測部分位置沒有跟隨移 動到目標(biāo)值, CPC 位置傳感器檢測到的帶鋼仍然偏 離中心位置, 對中系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)出移動開卷機(jī)的指令, 直到 CPC 系統(tǒng)的對中伺服油缸移動到滿行程位, 從 而失去調(diào)節(jié)作用

8、。3.2控制柜及發(fā)射光源影響軋機(jī) CPC 裝置為光電感應(yīng)式, 為了排除自然光 和工作環(huán)境中各種光的干擾, 傳感器使用高頻變壓 器產(chǎn)生的高頻光源。在實(shí)際應(yīng)用中, 這種高頻變壓 器和燈源故障率較高, 生成高頻交變光是一個專門 的高交變壓器, 與 CPC 的 CPU、 IO 板和通訊板等控 制系統(tǒng)一同安裝在 CPC 的控制柜內(nèi)。這套變壓器 發(fā)熱量很大, CPC 控制柜就安裝在軋機(jī)入口處, 所處 環(huán)境溫度高。在每年 69月份, CPC 控制柜內(nèi)的溫 度達(dá)到五十幾度, 使測量元件的精度和壽命下降。 高交變壓器有專用控制板調(diào)節(jié)內(nèi)部參考電位, 控制板經(jīng)常報警, 只有經(jīng)常調(diào)整參考電位值, 才能保 證 CPC

9、系統(tǒng)正常運(yùn)行。另外, 由于高頻燈管在使用 過程中隨著時間的延長, 燈管的整體表面光亮度強(qiáng) 度不一, 從而降低了測量精度。3.3其他方面的影響軋機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動, 嚴(yán)重影響測量精度。 另外位置傳感器定位裝置傳動皮帶的松緊度、 高頻 光源上的灰塵以及測量和檢測接收器的垂直度均會 影響測量精度。4CPC 對中系統(tǒng)優(yōu)化針對 CPC 對中系統(tǒng)的影響因素, 結(jié)合實(shí)際情況 對夾送輥、 電磁制動器、 燈源控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。 4.1夾送輥的優(yōu)化調(diào)整原來的夾送輥表面布滿凸起的麻點(diǎn), 主要與輥 子的材質(zhì)、 硬度、 粗糙度以及夾送的壓力有關(guān)。選用 材質(zhì)為 42CrMn, 并調(diào)質(zhì)處理、 硬度不低于 60HRC、 粗

10、 糙度 Ra 3.2m的新輥, 以減輕夾送輥在使用過 程中產(chǎn)生凸起麻點(diǎn)。同時, 優(yōu)化上夾送輥壓下油缸 的工作壓力, 液壓系統(tǒng)壓力由原設(shè)計 140MPa 調(diào)低 到 110MPa。在夾送輥運(yùn)送帶鋼時, 帶鋼受力均勻, 帶鋼與夾送輥不發(fā)生相對側(cè)滑。4.2電磁制動器功能優(yōu)化夾送輥驅(qū)動電機(jī)電磁制動器制動轉(zhuǎn)矩不足, 造 成 CPC 帶鋼對中控制系統(tǒng)失去對中功能, 重新調(diào)整 電磁制動器內(nèi)外制動彈簧的配置及分布, 清洗制動 摩擦片上的油污, 裝配時調(diào)整制動轉(zhuǎn)矩, 將制動間隙 調(diào)整到 0.2mm, 使制動器開閉靈活可靠、 制動轉(zhuǎn)矩 大小適中, 保障了 CPC 對中調(diào)節(jié)。4.3燈源控制系統(tǒng)優(yōu)化為避免高頻變壓器和

11、CPC 的 CPU、 IO 板及通訊 板等在同一控制柜內(nèi), 優(yōu)化燈源。它不需要專門的 高頻變壓器和輔助控制系統(tǒng), 而是直接用 24V 直流 電作為電源。燈源自身帶有 1個控制板, 可以產(chǎn)生 高頻光。這種高頻光是一種 1000Hz 頻波和矩形頻 波交叉光, 在自然和一般設(shè)備上不能產(chǎn)生這種光。 新燈源增加了特殊的控制技術(shù), 產(chǎn)生的高頻光不受 工作環(huán)境中的自然光、 工頻光和紅外光等干擾, 同時 可使用普通常見的冷色調(diào)燈管。這樣可以保證整體 光源的亮度穩(wěn)定, 提高了測量精度, 也節(jié)約成本。 4.4其他方面的優(yōu)化在軋機(jī)工作時因存在振動, 嚴(yán)重影響到測量位 置的控制精度。通過重新緊固框架螺栓, 調(diào)整位置

12、傳感器定位裝置傳動皮帶的松緊度等措施來控制因 振動引起的問題, 并定期擦拭落到高頻光源上的灰 塵。通過調(diào)節(jié)檢測和參考接收器的垂直度, 既調(diào)節(jié) 補(bǔ)償電阻又提高測量精度, 定期對對中系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo) 定, 即在沒有帶鋼時, 利用萬用表測量檢測梁和參考 梁的補(bǔ)償電壓是否為 10V/5V, 再調(diào)節(jié) EVK 2.11/ EVK 2.12上的 R1R4的電阻值進(jìn)行補(bǔ)償, 見表 1。 表 1EVK2.11/EVK2.12補(bǔ)償調(diào)節(jié)值接收器光電檢測梁 1-AS光電參考梁 1-AS光電檢測梁 2-BS光電參考梁 2-BS檢測點(diǎn)檢測 1參考 1檢測 1參考 1補(bǔ)償電壓10V DC5V DC10V DC5V DC調(diào)節(jié)電位計

13、R1R2R3R45應(yīng)用效果通過對夾送輥、 電磁制動器及燈源控制系統(tǒng)的 優(yōu)化, 消除了夾送輥前帶鋼瓢曲現(xiàn)象和帶鋼穿帶準(zhǔn) 備時鋼卷外圈松卷問題。在整個穿帶過程中, 開卷 機(jī)對中油缸竄動量由±100mm 降到 (下轉(zhuǎn)第 78頁 76其調(diào)制處理工藝為 860淬火后 600高溫回火; 部分絲杠材料為 20Cr, 其熱處理工藝為 900淬火 后 200低溫回火。低碳鋼或低碳合金鋼經(jīng)淬火低 溫回火后獲得的低碳馬氏體組織, 具有較高的強(qiáng)度, 較好的塑性和韌性。在交變載荷及多次沖擊載荷下 具有較低的缺口敏感性和過載敏感性。其性能與中 碳合金鋼調(diào)制處理后性能相當(dāng), 另一方面, 這類鋼熱 處理時脫碳傾向小

14、, 淬火時不易變形開裂, 淬火后低 溫回火也比調(diào)質(zhì)時的高溫回火經(jīng)濟(jì) 1。壓力機(jī)的絲母改制所用材料為 ZQAl9-4鑄造鋁 青銅, 經(jīng) 950高溫淬火時有明顯的強(qiáng)化效果, 淬火 后進(jìn)行 260時效處理可以提高其機(jī)械性能, 同時 淬火介質(zhì)對其熱處理強(qiáng)化亦有影響, 鹽水淬火能獲 得比水淬更高的強(qiáng)度和硬度 2。處理后抗拉強(qiáng)度由 鑄態(tài) 570MPa 提高到 900MPa, 硬度由 120HB 提高 到 210HB, 同時保證了材料具有良好的塑性和韌 性, 從而提高了產(chǎn)品的使用壽命。雖然 ZQAl9-4鋁 青銅機(jī)械性能優(yōu)良, 但其價格昂貴, 除 630T、 1000T 等大噸位的壓力機(jī)還在采用外, 其余壓

15、力機(jī)絲母材 料都采用了價格較為便宜的球墨鑄鐵或變質(zhì)鑄鐵。 由于變質(zhì)鑄鐵工藝較為復(fù)雜, 現(xiàn)在主要使用球墨鑄 鐵。經(jīng)過多年實(shí)踐, 采用 QT40-17的球墨鑄鐵, 延伸 率為 17%, 此種球墨鑄鐵熱處理方式為 860淬火 后 560回火, 因其導(dǎo)熱性較差, 加熱保溫時間比鋼 長, 熱處理后硬度為 200HB, 具有良好的強(qiáng)度、 塑 性、 韌性和耐磨性, 能夠滿足使用要求 3。2.3改善潤滑條件當(dāng)螺旋副工作時, 由于相對滑動較軟的絲母螺 紋牙表面容易被劃傷而產(chǎn)生磨粒磨損, 外界硬屑落 入螺旋副內(nèi)也將產(chǎn)生磨粒磨損, 磨損后螺紋牙遭到 破壞, 牙厚減薄, 最后導(dǎo)致其強(qiáng)度不足而折斷。壓力 機(jī)螺旋傳動為低

16、速重載傳動, 不易形成油膜, 摩擦熱 雖然不大, 但可能因重載而出現(xiàn)冷焊粘著而磨損。 減輕或防止磨粒磨損和粘著磨損的主要措施 有:提高螺紋牙表面硬度; 降低表面粗糙度值; 降低 滑動系數(shù); 注意潤滑油的清潔與定期更換; 最后要特 別注意環(huán)境清潔, 減少磨粒進(jìn)入。為提高螺旋傳動 的抗膠合能力, 宜選用黏度較高的潤滑油。在礦物 油中適當(dāng)加些油性添加劑 (如加入 5%的動物脂肪 , 有利于提高油膜厚度, 減輕膠合危險。壓力機(jī)螺旋 副為重載荷低速螺旋副, 低速傳動, 不易形成油膜; 而重載荷容易把潤滑膜擠出摩擦表面, 導(dǎo)致摩擦面 缺少潤滑, 而且非密封環(huán)境, 加油潤滑較為困難。潤 滑油要有較大的黏度,

17、 有良好的抗擠壓性和油性; 有 良好的減磨抗磨性, 能降低摩擦阻力。山東魯耐窯 業(yè)絲杠絲母螺旋副使用的潤滑脂為二硫化鉬極壓潤 滑脂, 并加入抗磨添加劑, 潤滑頻率為每小時 1次, 多年來一直堅持 “6S” (整理、 整頓、 清掃、 清潔、 素養(yǎng)、 安全 管理, 有良好的除塵設(shè)備, 每班都清掃設(shè)備、 地 面, 減少了進(jìn)入螺旋副的磨粒, 提高了絲杠、 絲母的 使用壽命。3改造效果為有效提高絲杠、 絲母的使用壽命, 降低使用成 本, 山東魯耐窯業(yè)對大部分摩擦壓力機(jī)都進(jìn)行了優(yōu) 化 改 造 , 包 括 7臺 J67-500T、 3臺 GC-260T、 6臺 F127-300T、 14臺 GC-300T

18、等型號的壓力機(jī), 改造方 法與以上介紹的 260T 壓力機(jī)相似, 其中以 J67-500T 壓力機(jī)改造效果最為明顯。J67-500T 壓力機(jī)是山 東魯耐窯業(yè)致密磚生產(chǎn)的主要設(shè)備, 改造后使用壽 命由原來的 5個月提高到 20個月, 備件費(fèi)僅為原來 的 1/3, 每臺 J67-500T 壓力機(jī)每年節(jié)約費(fèi)用十多萬 元。其他型號的壓力機(jī)改造后使用壽命也增加了 1倍以上, 每年節(jié)約材料費(fèi)、 加工費(fèi)、 檢修費(fèi)等費(fèi)用 200多萬元。參考文獻(xiàn):1喬明俊, 柏斯森, 李建明.機(jī)械工程材料學(xué) M .洛陽:河南科學(xué) 出版社, 1983.2鄧芬燕, 鄒安全, 鄧俊彥, 等.強(qiáng)韌化熱處理對 ZQAl 9-4組織 性能的影響 J .礦冶工程, 2006, 26(4 :61-63.3國家機(jī)械工業(yè)委員會.金屬學(xué)及熱處理基礎(chǔ) M .北京:機(jī)械工 業(yè)出版社, 2005.(上接第 76頁 ±20mm, CPC 帶鋼對中控制系統(tǒng)靈 活可靠, 軋機(jī)穿帶平穩(wěn)順暢。重新緊固框架螺栓, 調(diào) 整位置傳感器定位裝置和傳動皮帶的松緊度, 減輕 了傳動過程中的位置誤差; 定期擦拭高頻光源上的 灰塵, 減少了接收器的光源