作者；廖研　趙月根　許武輝
（寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼分公司厚板廠）

　　摘　要：寶鋼5mm寬厚板軋機主軸利用液壓安全聯(lián)軸器進(jìn)行保護(hù)。以前由于無法檢測其是否脫開，因此一旦軋機過載，主軸安全聯(lián)軸器脫開后，上、下軋輥間形成的速度差將造成一系列嚴(yán)重后果。本文就一種軋機主軸安全聯(lián)軸器脫開的檢測裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，該裝置運用光反射原理，通過光電信號對安全聯(lián)軸器的脫開情況進(jìn)行實時判別，具有檢測迅速、安全可靠、維護(hù)量小等優(yōu)點以及強大的容錯功能和可擴展性，實現(xiàn)了該領(lǐng)域非接觸實時檢測的突破。
　　關(guān)鍵詞：軋機；聯(lián)軸器；脫開；檢測
　　0　引言
　　寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼分公司厚板廠的5m寬厚板軋機主軸利用液壓安全聯(lián)軸器進(jìn)行保護(hù)。該套裝置的脫開側(cè)與非脫開側(cè)之間的間隙借助液壓脹緊，通過摩擦力實現(xiàn)兩側(cè)的同步運轉(zhuǎn)，如圖1所示。一旦軋機主軸承受負(fù)荷超過設(shè)定極限，脫開側(cè)與非脫開側(cè)之間便會發(fā)生相對運動，液壓管路即被切斷，兩側(cè)之間產(chǎn)生間隙，使得主軸傳動側(cè)與軋輥側(cè)脫開，從而實現(xiàn)對主軸的過載保護(hù)，避免主軸或十字叉頭設(shè)備的損毀。

　　1　存在問題及分析
　　過去，由于系統(tǒng)無法檢測到安全聯(lián)軸器是否脫開，也就無法在其脫開后立即切斷動力源達(dá)到停機的目的。這樣，一旦軋機過載,軋機上、下輥安全聯(lián)軸器中脫開的一方或兩方將在無動力驅(qū)動的狀態(tài)下依靠慣性運轉(zhuǎn)，直至停止。當(dāng)上、下輥均脫開時，顯然其中的鋼板不會對軋機設(shè)備造成損害。而當(dāng)上、下輥中只脫開一方時，脫開的一方由于失去了動力源，勢必將在上、下輥間鋼板的帶動和各種摩擦力的綜合作用下自由運轉(zhuǎn)，但其自由運轉(zhuǎn)的速度小于未脫開的一方，這種現(xiàn)象必然會造成以下影響。
　　（1）下軋輥間產(chǎn)生較大的速度差。眾所周知，在軋鋼過程中，通過人為調(diào)整使上、下軋輥間形成速度差，是抑制鋼板出現(xiàn)翹、扣頭的重要手段。而相反，若對于板形良好的鋼板，上、下軋輥間的速度差卻可令鋼板產(chǎn)生出翹、扣頭。對于厚板軋機，鋼板的翹、扣頭會對設(shè)備造成巨大的威脅，曾發(fā)生過的軋機導(dǎo)衛(wèi)板脫落、變形的重大事故就是由于鋼板上翹的頭部撞擊導(dǎo)衛(wèi)板造成的。而鋼板扣頭則會對軋機的機架輥造成嚴(yán)重傷害，甚至，下扣嚴(yán)重的鋼板還有可能鉆人機架輥輥道下方，導(dǎo)致嚴(yán)重的堆鋼事故。
　　（2）未脫開一方負(fù)載突增造成機械機構(gòu)的疲勞損傷。鋼板在軋制期間，若上、下輥其中一方脫開，此時軋制力已建立，未脫開一方勢必將通過鋼板帶動已脫開的一方繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這就相當(dāng)于原本兩根軋輥的工作量現(xiàn)在全部累加到一根上面，直到傳動電機由于轉(zhuǎn)矩過載跳電才會停止運轉(zhuǎn)。雖然這樣的過載是在設(shè)備保護(hù)的范圍內(nèi)，但是由于機械結(jié)構(gòu)的制約，軋輥處突增的負(fù)載量要經(jīng)過近10m長的主軸才能傳遞到傳動電機。轉(zhuǎn)矩傳遞需要一定時間，這樣當(dāng)傳動電機過載跳電時，軋輥一側(cè)的轉(zhuǎn)矩有可能遠(yuǎn)大于電機過載的轉(zhuǎn)矩設(shè)定，即超出了正常范圍。久而久之，極有可能在主軸Z為薄弱的十字叉頭上造成疲勞損傷，并且是靠近軋輥一側(cè)的叉頭上，厚板廠Z近發(fā)生的幾次叉頭損壞事故均是發(fā)生在靠近軋輥一側(cè)。
　　（3）鋼板打滑造成輥面損傷。由于系統(tǒng)不具有檢測安全聯(lián)軸器是否脫開并實現(xiàn)主動停機的功能，因此上、下輥中脫開的一方將在未脫開一方的帶動下繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這種運轉(zhuǎn)的動力來源于軋輥的慣性和與鋼板間的摩擦力。但是當(dāng)這兩種力的總和不足以完全帶動脫開的一方軋輥時，其輥面將與鋼板表面發(fā)生相對運動，即產(chǎn)生了打滑現(xiàn)象。由于此時軋機軋制力為建立狀態(tài)，這種打滑會造成軋輥輥面的異常劃傷，導(dǎo)致磨削量增加，直接影響企業(yè)效益。
　　鑒于以上三點對企業(yè)利益產(chǎn)生的重大影響，如果能夠在上、下輥任何一方的安全聯(lián)軸器脫開后迅速切斷傳動動力源，令軋機停機，則有可能完全避免以上問題的發(fā)生，減少企業(yè)效益的損失。
　　為了能夠在盡量短的時間內(nèi)停機，就需要一種檢測裝置用于軋機安全聯(lián)軸器脫開的檢測。該檢測裝置需要兼顧以下三方面的要求和目的。
　　（1）檢測迅速。過去由于沒有檢測裝置，當(dāng)安全聯(lián)軸器脫開后，只能依靠操作人員憑借脫開時機械設(shè)備發(fā)出的巨大聲響人為地停機，或是未脫開一方由于過負(fù)載保護(hù)功能啟動而停機。顯然后者可能已經(jīng)對設(shè)備造成了損傷，而前者憑借人為反應(yīng)所造成的延遲則至少在幾秒鐘以上。為了將損失降到Z小，需要一種快速的檢測裝置。
　　（2）性能穩(wěn)定。檢測裝置應(yīng)考慮到現(xiàn)場環(huán)境對于檢測質(zhì)量的影響，并應(yīng)設(shè)計有一定的容錯能力，避免對軋制生產(chǎn)造成異常中斷。
　　（3）維護(hù)簡便。為了使檢測裝置能夠長期穩(wěn)定地運行，必然需要一定的維護(hù)工作。但考慮到厚板軋機一至兩個星期的定修問隔，因此需要檢測裝置至少能夠無故障穩(wěn)定運行20d以上，且在Z大程度上不影響相關(guān)部位檢修工作的開展。

　　2　改進(jìn)措施
　　基于以上目標(biāo)，運用光反射原理，厚板廠開發(fā)出一種軋機安全聯(lián)軸器脫開快速檢測裝置并已申請了專利保護(hù)[1]。該裝置包括硬件設(shè)備和軟件處理程序兩部分。
　　2.1 設(shè)備硬件
　　設(shè)備硬件由兩套光柵及其對應(yīng)的一定數(shù)量反光板構(gòu)成，軋機上、下主軸各一套光柵和若干塊反光板。反光板數(shù)量需根據(jù)實際安裝位置限制和光柵反應(yīng)速度而定，厚板廠為避免對聯(lián)軸器上螺絲孔的覆蓋，采用了兩套光柵及14塊反光板，在軋機上、下主軸各安裝一套光柵和7塊反光板。光柵采用紅外光柱型，確保一定的覆蓋范圍和穩(wěn)定接收，硬件掃描周期在10ms以內(nèi)。兩臺光柵分別對準(zhǔn)軋機上、下主軸徑向中心線，如圖2所示。

　　正常軋制中，兩套光柵發(fā)出的紅外光柱分別被勻距安裝于安全聯(lián)軸器外圓周表面上的反光板反射，Z終回到其接收器。如果光柵發(fā)射和接收均正常的話，安全聯(lián)軸器每轉(zhuǎn)過一周，應(yīng)該收到7個脈沖信號，且隨著軋機速度的提升，脈沖信號的寬度將減小，如圖3所示。在本套檢測裝置中，這些脈沖信號用于安全聯(lián)軸器兩側(cè)是否存在速度差，即是否脫開的判別。

　　2.2 設(shè)備軟件
　　本設(shè)備的運行平臺借用原軋機控制系統(tǒng)的Simatic PCS7軟件平臺，程序運行周期Z小為10ms。軟件設(shè)計思路是通過對安全聯(lián)軸器傳動側(cè)和軋輥側(cè)之間速度差異的比較，來進(jìn)行安全聯(lián)軸器脫開的判別。系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。

　　開始運行后，系統(tǒng)首先設(shè)立一個用于計時的累加單元，其值為T。軋機運轉(zhuǎn)期間，在檢測裝置未收到光柵產(chǎn)生的信號之前，T以程序的處理周期為步長遞增。由于各個系統(tǒng)的程序處理周期不盡相同，此處僅以10ms為例。一旦檢測裝置收到光柵信號便會立即將T置0，從而進(jìn)入下一個周期的循環(huán)。圖中的為傳動電機運轉(zhuǎn)一周(3600C)所需要的時間，為其運轉(zhuǎn)2/7圓周所需要的時間。一般在這段時間內(nèi)，光柵應(yīng)該可以接連檢測到兩塊反光板并發(fā)出信號。反之，如果檢測到的數(shù)量只有一片或者沒有，就說明此時軋機主軸安全聯(lián)軸器已為脫開狀態(tài)。這樣系統(tǒng)將觸發(fā)快速停機信號，強制未脫開一側(cè)以及鋼板迅速停止運動，并在HMI上產(chǎn)生報警信息。
　　由于軋機在低速(不大于0.5m/s時)運行期間，一般均不在軋鋼階段，安全聯(lián)軸器不會脫開，因此將這些低速運行時段排除在報警范圍之外將大大增加該檢測裝置的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確率。另外，之所以選擇2/7這個乘數(shù)，是考慮到系統(tǒng)的容錯功能，即在7塊反光板之中有1塊表面有污損或丟失的情況下，系統(tǒng)仍然可以正常運行，從而避免由于環(huán)境因素的影響而導(dǎo)致的誤停機。
　　在實際應(yīng)用中，軋機上主軸或下主軸安全聯(lián)軸器脫開均可觸發(fā)快停信號，軋機主傳動隨即將以Z大加速度減速至0m/s，同時液壓壓下系統(tǒng)卸壓，輥縫打開，以保護(hù)工作輥輥面不被燙傷。在操作人員按下故障確認(rèn)鍵之前，軋線各相關(guān)設(shè)備始終處于強制停機狀態(tài)。
　　3　實施效果
　　軋機主軸安全聯(lián)軸器脫開檢測裝置自從2006年4月開始在寶鋼分公司厚板廠5m寬厚板軋機上安裝、使用以來，運行穩(wěn)定，動作準(zhǔn)確。經(jīng)測試Z快可在安全聯(lián)軸器脫開后141ms內(nèi)觸發(fā)停機信號，并自動打開軋機輥縫，有效保護(hù)軋機主軸及工作輥等設(shè)備。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]寶山鋼鐵股份有限公司．軋機主軸的安全聯(lián)軸器的脫開檢測裝置和方法：中國，200710037193．8[P]．2007一02-06．

來源：《冶金自動化》