棒材冷剪機制動器及離合器冒煙事故分析

閔海斌

(陜西鋼鐵集團漢中鋼鐵公司軋鋼廠，陜西 漢中 724200)

0 前言

某鋼鐵公司棒材生產(chǎn)線850噸冷剪相繼發(fā)生制動器及離合器溫度高冒煙事故。冷剪機是棒材生產(chǎn)線的一個關鍵設備，事故導致該公司棒材生產(chǎn)線處于停產(chǎn)狀態(tài)。本文運用WICC軟件采集了大量數(shù)據(jù)和圖形進行分析，查找冷剪制動器和離合器冒煙的原因，并提出預防措施和改進方案。

1 冷剪設備

850t冷剪由機械和電氣部分組成，機械設備由電氣控制準確的完成設備的各個功能。其整體機列由:冷剪主體 、壓輥裝置 、制動器(型號:224H)、離合器 (型號:324H)、主傳動 、剪刃更換小車、料頭收集裝置、流體系統(tǒng)(包括稀油潤滑系統(tǒng)、干油潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng))、電控系統(tǒng)組成。

(1)傳動部分(圖1)。

圖1 冷剪傳動圖Fig.1 The cold shear transmission diagram

冷剪主體由交流電機常驅(qū)動，飛輪蓄能，剪切工作時電機和飛輪同時作用，實現(xiàn)剪切。這時飛輪轉(zhuǎn)速略微下降8%～12%。然后在電機的帶動下，很快恢復至額定轉(zhuǎn)速。電機與飛輪之間為皮帶傳動。緩沖轉(zhuǎn)速波動帶來的沖擊。

(2)冷剪工作機構。冷剪剪切形式為下剪刃固定，上剪刃移動。上剪刃支座體在曲柄軸的帶動下，兩側(cè)滑道的導向下上下移動，實現(xiàn)剪切功能。

冷剪主體內(nèi)部傳動為二級齒輪減速，輸入端與飛輪同軸;輸出端與曲柄軸同軸。在輸入軸兩側(cè)分別裝有一臺離合器和一臺制動器。冷剪不工作時，電機與飛輪常轉(zhuǎn)，輸入軸靜止(離合器打開，制動器閉合);剪機工作時，由飛輪軸帶動輸入軸以及曲柄軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)剪切(離合器閉合;制動器打開)。離合器和制動器均為氣動干式磨檫片式，由離合器與制動器協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)動力的通斷和準確的停位。

(3)冷剪工作過程。在正常工作過程中，電機通過皮帶輪驅(qū)動冷剪飛輪轉(zhuǎn)動，當電機完全啟動并達到額定轉(zhuǎn)速后，才能發(fā)剪切信號指令，以確保冷剪飛輪儲能達到剪切動力要求。當控制操作臺發(fā)出剪切命令后，制動器電磁閥通電制動器打開，延時(一般取1～2s)，離合器電磁閥得電離合器閉合;剪切機傳動側(cè)接近開關得到檢測信號后，得到剪切位信號，再延時0.3s，離合器電磁閥失電離合器打開;延時0.5s制動器電磁閥失電制動器閉合，保證剪刃位置到達最高位，等待下一次剪切做準備。冷剪剪切時制動器、離合器控制流程圖(圖2)。

圖2 制動器、離合器控制流程圖Fig.2 The flow-process chart of brake and clutch control

2 故障現(xiàn)象

2.1 故障診斷

由于冷剪使用頻繁，離合器和制動器使用在4 h以上，制動器或離合器溫度高達110℃，致使冒煙。

故障初期認為是離合器或制動器間隙調(diào)整不好摩擦片損壞，經(jīng)拆除檢查，制動器及離合器摩擦片和氣囊均未發(fā)現(xiàn)異常。因備件充足，更換了一套全新的離合器及制動器摩擦片，并對間隙進行了調(diào)整。為了安全可靠，對兩個旋轉(zhuǎn)接頭也進行了更換，確保氣壓在0.5 MPa以上。

投入生產(chǎn)使用4 h后制動器或離合器溫度高達100℃左右，又發(fā)生冒煙。隨后又進行了處理，并對電氣線路做了全面檢查，更換了電磁閥和氣動三聯(lián)件后，再次投入使用，故障依然存在，反反復復多次故障始終沒有徹底解決，導致生產(chǎn)一度停頓，對生產(chǎn)影響較大。

2.2 模擬實驗

對冷剪離合器和制動器進行電氣控制動作模擬實驗:停止電機轉(zhuǎn)動，在皮帶輪驅(qū)動冷剪，飛輪不轉(zhuǎn)動的情況下，控制主操作臺按下“剪切命令”，制動器電磁閥得電制動器打開，延時離合器電磁閥得電離合器閉合，然后再手動給一次接近開關檢測信號，離合器電磁閥失電離合器打開;延時制動器電磁閥失電制動器閉合。按照以上步驟進行試驗，動作可靠，所以電控線路、元件等問題基本排除;在實驗期間，旋轉(zhuǎn)接頭排氣聲音清脆，流暢。此系統(tǒng)不存在問題;在試驗期間，制動器及離合器動作過程中，離合器及制動器的間隙均在調(diào)整范圍內(nèi)，符合調(diào)整要求。

綜上所述，通過對離合器及制動器故障的分析研究，簡單的處理并沒有找出冷剪存在的問題，離合器和制動器的故障仍然發(fā)生，針對離合器及制動器的問題及工作進行采樣數(shù)據(jù)和圖形監(jiān)控分析，為解決問題提供新的思路和方法。

3 采樣數(shù)據(jù)和圖形監(jiān)控的建立

用WICC軟件對冷剪離合器及制動器相關信號參數(shù)進行采樣和圖形監(jiān)控。WICC具有實時監(jiān)控，記錄歷史趨勢和故障信息，豐富的圖形庫，過程控制功能塊，數(shù)學函數(shù)等功能。利用WICC將采集到的數(shù)據(jù)進行顯示并做曲線趨勢記錄。主畫面設置故障報警功能，使監(jiān)控人員能立即進行檢查和處理。

將冷剪“剪切命令信號”、“制動器電磁閥命令信號”、“制動器電磁閥信號”、“離合器電磁閥命令信號”、“離合器電磁閥信號”、“接近開關信號”、“剪切完成”，通過WICC軟件功能編輯進行實時監(jiān)控，正常的冷剪監(jiān)控波形如圖3所示。

圖3 冷剪正常波形圖Fig.3 The cold shear normal waveform

4 存在問題與分析

在冷剪離合器及制動器發(fā)生故障時，通過大量的數(shù)據(jù)采樣和圖形監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)有極少數(shù)波形異常見圖4，圖中標注有①，②，③，④的波形是呈“三角形”狀而不是呈“梯形”狀屬于波形異常。

圖4 冷剪有異常波形圖Fig.4 The cold shear unusual waveform

經(jīng)過反復分析研究，認為在“離合器命令”發(fā)出后，離合器電磁閥得電，此時曲軸剪機傳動側(cè)接近開關得到檢測信號致使其立即復位，由于離合器閉合時間過短，不足以保證離合器機械系統(tǒng)可靠閉合。針對離合器閉合時間過短的原因有:

(1)曲軸剪機傳動側(cè)接近開關觸片不牢固、移位，導致離合器電磁閥得電瞬間檢測信號觸發(fā);

(2)離合器及制動器的調(diào)整間隙、摩擦片的磨損產(chǎn)生曲軸剪機傳動側(cè)接近開關觸片的積累誤差，在閉合的過程中致使離合器不能達到快速閉合;

(3)氣源壓力不合適、旋轉(zhuǎn)接頭排氣不流暢也會產(chǎn)生積累誤差。

通過對設備現(xiàn)場檢查，(2)、(3)基本排除。檢查發(fā)現(xiàn)曲軸剪機傳動側(cè)接近開關觸片設計靠M10的螺絲和鎖扣保證觸片牢固，對觸片拆除時發(fā)現(xiàn)鎖扣已斷裂，導致觸片移位，致使制動器及離合器溫度高發(fā)生冒煙事故。

5 改進措施

重新加工接近開關觸片，并對冷剪進行調(diào)試，以確保正常使用。

(1)將冷剪機手動盤車到剪切位，調(diào)整接近開關觸片位置，讓觸片位置略超過剪切位置(觸片順時針旋轉(zhuǎn)，見圖5)，以保證在剪切時因曲軸受力導致曲軸剪機傳動側(cè)接近開信號無誤。

圖5 近開關觸片調(diào)整示意圖Fig.5 The proximity switch contact piece adjusting diagram

(2)手動盤車冷剪到剪刃最高位，此時接近開關觸片位置在11點為宜(觸片順時針旋轉(zhuǎn)，見圖6)，接近開關觸片位置不易超過12點，否則會導致離合器發(fā)熱冒煙。

圖6 接近開關觸片調(diào)整示意圖Fig.6 The proximity switch contact piece adjusting diagram

(3)為了減少其它外界因素對離合器閉合時間過短的影響，對電控程序也做了進一步的修改，確保制動器電磁閥通電制動器打開，延時1.8 s，離合器電磁閥得電離合器閉合;延時1.3 s，得到剪切位信號，曲軸剪機傳動側(cè)接近開關得到檢測信號后，離合器電磁閥失電離合器打開;延時0.5 s制動器電磁閥失電制動器閉合。真正保證了離合器制動器不會同時動作，從而使系統(tǒng)更加安全可靠。

6 結束語

通過對850 t冷剪離合器及制動器存在的問題進行分析，實施了改進措施，對接近開關觸片進行焊接并對程序進行修改。改進后，在使用過程中沒有出現(xiàn)過制動器及離合器溫度高冒煙問題，其溫度均在45℃以下，冷剪運行平穩(wěn)，解決了冷剪故障制約棒材生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)的問題。

［1］孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］鄒家祥.軋鋼機械［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

［3］WinCC組態(tài)手冊［Z］.西門子(中國)有限公司，2002.

［4］蘇昆哲.深入淺出西門子 WICC V6［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2004.

［5］崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信指南(上冊)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.