圍繞流體介質(zhì)對(duì)高線設(shè)備的改進(jìn)實(shí)踐與管理

鄭建明

（江西新余鋼鐵有限公司第一檢修廠，江西新余338001）

圍繞流體介質(zhì)對(duì)高線設(shè)備的改進(jìn)實(shí)踐與管理

鄭建明

（江西新余鋼鐵有限公司第一檢修廠，江西新余338001）

自動(dòng)化長(zhǎng)材軋制生產(chǎn)線雖然生產(chǎn)效率高，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜在發(fā)生故障后，因排除困難經(jīng)常影響正常生產(chǎn)。為此經(jīng)過(guò)不斷摸索實(shí)踐，通過(guò)技術(shù)改造等解決了問(wèn)題。

冶金企業(yè)；進(jìn)口生產(chǎn)線；技術(shù)改造

1 實(shí)施背景

高線是新鋼公司第一條真正意義上引進(jìn)的自動(dòng)化長(zhǎng)材軋制生產(chǎn)線，其工藝布局，圖1。自2001年8月開(kāi)工，于2002年12月投產(chǎn)。該生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)來(lái)源于意大利達(dá)涅利（danieli）和安塞爾多（ansaldo）公司，其中較關(guān)鍵設(shè)備是從意大利達(dá)涅利公司（精軋機(jī)、吐絲機(jī)、打包機(jī)等）和安塞爾多公司（自動(dòng)化系統(tǒng)）進(jìn)口，其余部分為國(guó)產(chǎn)設(shè)備。

1.1 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）整條線生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)了全線連續(xù)無(wú)扭軋制。

（2）設(shè)計(jì)軋速120 m/s（實(shí)際生產(chǎn)速度103 m/s）。

（3）設(shè)計(jì)原料規(guī)格150 mm方坯（實(shí)際用料160 mm方坯）。

（4）設(shè)計(jì)盤(pán)重2 t（實(shí)際2.5 t），產(chǎn)品規(guī)格為直徑5～20 mm光圓和直徑6～16 mm螺紋。

（5）設(shè)計(jì)年產(chǎn)量50萬(wàn)噸（實(shí)際已近80萬(wàn)噸）。

1.2 主要產(chǎn)品

主要產(chǎn)品有：普?qǐng)A、普螺、碳素結(jié)構(gòu)鋼、冷墩鋼、拉絲材、焊條鋼、優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼等。

圖1 高線生產(chǎn)工藝流程示意圖

2 現(xiàn)狀調(diào)查和方案制定

高線作為一條現(xiàn)代化電氣生產(chǎn)線，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比，其突出表現(xiàn)就是控制系統(tǒng)有大量的電子傳感器、電磁開(kāi)關(guān)、變頻器等以及其他的儀器儀表的使用，而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則大量采用以流體介質(zhì)，如氣、油等傳遞動(dòng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)需進(jìn)行復(fù)雜機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作，以及機(jī)械傳動(dòng)中大量采用在線潤(rùn)滑方式?？梢哉f(shuō)流體介質(zhì)為該條自動(dòng)化生產(chǎn)線的“血液”，因此這些流體介質(zhì)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，后果非常嚴(yán)重。

通過(guò)對(duì)高線設(shè)備目前存在的問(wèn)題進(jìn)行梳理和歸納，將與相關(guān)流體系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題理清后，加以研究和原因分析，以制定相應(yīng)的攻關(guān)措施和方案（表1）。

表1 故障原因及措施

3 具體方案與實(shí)施

3.1 油系統(tǒng)改進(jìn)

3.1.12 個(gè)突出問(wèn)題

主軋機(jī)減速機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)改進(jìn)及在其回油管路增加檢查磁棒。高線粗中軋共有14架軋機(jī)，采用水平、立式軋機(jī)交替分布，其減速機(jī)皆采用集中供油在線潤(rùn)滑模式。該減速機(jī)潤(rùn)滑管路皆以1根主管路進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)，再分支到各軸承、齒面進(jìn)行潤(rùn)滑。一直以來(lái)，這種設(shè)計(jì)方式在立式軋機(jī)上突出反映的問(wèn)題是：

（1）軸承檢查困難。高線自投產(chǎn)以來(lái)，由于粗軋部分存在設(shè)計(jì)能力與實(shí)際負(fù)荷能力不足等問(wèn)題，尤其是2V、4V、6V立式機(jī)架減速機(jī)的故障率極高，由此開(kāi)蓋檢查監(jiān)測(cè)情況也非常頻繁。開(kāi)側(cè)觀察孔主要為檢查齒輪潤(rùn)滑和齒面情況，開(kāi)頂端蓋以觀察軸承潤(rùn)滑和軸承完好情況。但開(kāi)頂端蓋存在著安裝時(shí)間長(zhǎng)及易堵塞進(jìn)出油路，以及漏油等問(wèn)題。因?yàn)樵摱松w上既有進(jìn)出供油、回油糟，又有固定軸承外偏心套的定位銷(xiāo)等，且每次開(kāi)蓋必須清理端蓋與箱體結(jié)合面密封膠和重新打膠，開(kāi)一次蓋相當(dāng)麻煩，還要由具備一定技能的師傅來(lái)操作，否則會(huì)造成輕則漏油，重則堵塞油路造成軸承缺油，而發(fā)生惡性事故。

（2）立式機(jī)架高速軸一級(jí)傳動(dòng)傘齒輪對(duì)安裝及調(diào)整工作，不僅要求高，而且非常困難，端蓋結(jié)合面漏油嚴(yán)重。高速軸輸入、輸出傘齒對(duì)嚙合調(diào)整與壓蓋密封形成相互矛盾，嚙合調(diào)好了端蓋壓不緊；端蓋壓好了，嚙合要求又不滿(mǎn)足，而嚙合側(cè)隙必須保證在＜0.06 mm，其密封墊調(diào)整非常困難。

（3）方案改進(jìn)（圖2）。

圖2 方案改進(jìn)圖

①在后兩級(jí)端蓋上分別開(kāi)Φ200 mm的觀察孔，配置螺栓，加直徑280 mm的壓蓋，由于是立式頂蓋，其結(jié)合面無(wú)需打膠也不會(huì)漏油，一把板手即可搞定，大大方便了檢查軸承潤(rùn)滑情況，提高了檢查效率。

②將一、二級(jí)傳動(dòng)散齒輪對(duì)軸承潤(rùn)滑油路分別拆斷、封死，在端蓋上另行開(kāi)進(jìn)油孔，在箱體外布管接通主油管直接對(duì)軸承噴淋潤(rùn)滑，解決了高速軸傘齒對(duì)嚙合和軸承游隙調(diào)整難的問(wèn)題，提高了調(diào)整精度，徹底杜絕了端蓋漏油現(xiàn)象，改善了軸承潤(rùn)滑的可靠性，同時(shí)開(kāi)觀察孔，也便于檢查軸承情況。

③在油庫(kù)稀油潤(rùn)滑主油箱具有金屬屑磁棒檢測(cè)功能的基礎(chǔ)上，為了更加有針對(duì)性地了解減速機(jī)齒輪和軸承運(yùn)行工況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在1～14架減速機(jī)回油管路上再增加1根隨時(shí)便于檢查的磁棒，使在線點(diǎn)檢和監(jiān)測(cè)，又增加了一道故障防線。

3.1.2 鎖緊缸液壓方式改進(jìn)

高線牌坊機(jī)架設(shè)計(jì)固定方式，是以碟簧鎖緊和液壓打開(kāi)的半液壓和半機(jī)械缸套結(jié)構(gòu)“鎖緊缸”工作方式，其以4個(gè)缸體分別安裝在兩側(cè)底座內(nèi)，以活動(dòng)伸縮斜面缸頭將軋輥安裝牌坊底座斜糟壓緊或打開(kāi)。

該種結(jié)構(gòu)中的碟簧，因長(zhǎng)期工作在高溫、軋制氧化鐵皮和冷卻水環(huán)境下，非常易于銹蝕，逐步失去彈性，并且其缸筒結(jié)構(gòu)供油采用缸體外開(kāi)油孔加上下雙密封圈與底座孔實(shí)現(xiàn)密封配合，再通過(guò)底座開(kāi)孔方式注油。當(dāng)鎖緊缸在受到被鎖緊牌坊的反作用力時(shí)，其密封圈非常容易受損，當(dāng)開(kāi)啟液壓油路打開(kāi)鎖緊缸進(jìn)行換輥或換糟時(shí)，也容易在配合面產(chǎn)生無(wú)法在線進(jìn)行直接處理的漏油現(xiàn)象。這種結(jié)構(gòu)當(dāng)?shù)墒?、牌坊鎖不緊或漏油嚴(yán)重時(shí)，鎖緊缸必須進(jìn)行更換。但由于氧化鐵皮和密封圈扭曲，且缸筒與底座的配合間隙小，如果稍有變形，非常容易卡死缸筒，使拆卸非常困難。為此制作的專(zhuān)用吊具和頂出裝置外加50～200 t的各種機(jī)械、液壓千斤頂，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力將其取出，而且?guī)缀趺看未笮?，流體鉗工的主要時(shí)間和精力都花在鎖緊缸的更換上。機(jī)架牌坊鎖不緊，軋鋼過(guò)程中搖來(lái)擺去，會(huì)嚴(yán)重影響正常軋制和產(chǎn)品質(zhì)量，且對(duì)萬(wàn)向接軸、減速機(jī)等機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生額外沖擊負(fù)荷，影響其使用壽命。針對(duì)這種長(zhǎng)期以來(lái)的難題，故將鎖緊缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了根本性改進(jìn)：即將原碟簧鎖緊結(jié)構(gòu)改成液壓缸結(jié)構(gòu)，改造前后情況，見(jiàn)圖3，圖4。

圖3 鎖緊缸改進(jìn)前結(jié)構(gòu)圖

圖4 鎖緊缸改進(jìn)后結(jié)構(gòu)圖

改變了閥臺(tái)控制方式和管路，實(shí)現(xiàn)鎖緊和打開(kāi)全液壓方式，相比原結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)緊揍，密封點(diǎn)少，杜絕了缸體部分漏油現(xiàn)象。

（2）全液壓方式，其鎖緊力可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

（3）缸體與機(jī)架孔為間隙配合，無(wú)密封要求，安裝拆卸方便。

目前已將負(fù)荷較大且搖擺嚴(yán)重的粗軋1H，3H，5H等3架軋機(jī)進(jìn)行了改造，改造效果非常好，一旦條件成熟將對(duì)粗中軋14架軋機(jī)全部進(jìn)行改造。

3.1.3 比例閥修復(fù)工藝改進(jìn)

收集系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)液壓控制比例閥修復(fù)工藝改進(jìn)，主要為解決構(gòu)成復(fù)雜，故障點(diǎn)多等問(wèn)題。收集系統(tǒng)是由集卷筒、雙分離爪、鼻錐、收集芯桿、升降平臺(tái)、助落裝置、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、傾翻裝置、運(yùn)卷小車(chē)等設(shè)備組成，是散卷收集成卷轉(zhuǎn)送pf運(yùn)輸線及打包前一道重要工序。整個(gè)過(guò)程主要以液壓系統(tǒng)、電控設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)成卷、轉(zhuǎn)運(yùn)等生產(chǎn)過(guò)程。

（1）產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。新鋼高線該部分工序以達(dá)涅利為設(shè)計(jì)藍(lán)本，大部分機(jī)械部分以國(guó)產(chǎn)化為主，相對(duì)寶鋼、湘鋼的“morgen”雙臂芯桿機(jī)型，構(gòu)成更復(fù)雜，故障點(diǎn)也更多，單就液壓系統(tǒng)而言：其由兩個(gè)專(zhuān)用液壓站供油，液控執(zhí)行元件有15個(gè)大小油缸和2個(gè)液壓馬達(dá)，以及一系列閥臺(tái)控制等。整個(gè)自動(dòng)過(guò)程動(dòng)作復(fù)雜，維護(hù)難度極高，尤其是旋轉(zhuǎn)平臺(tái)其來(lái)回旋轉(zhuǎn)180°實(shí)現(xiàn)線卷?yè)Q位，其旋轉(zhuǎn)定位一旦不準(zhǔn)，就無(wú)法進(jìn)行下道傾翻工序，整個(gè)軋線就必須停機(jī)，其故障率非常高，不僅故障停機(jī)率高造成作業(yè)率低，也因停機(jī)造成所謂“爬行鋼”的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題也非常突出。

（2）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要工作方式。即由液壓馬達(dá)帶動(dòng)小齒輪以行星方式嚙合1個(gè)大內(nèi)齒圈組成的底座實(shí)現(xiàn)180°旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在大齒圈上有另一帶編碼器的小齒輪行星嚙合，提供位置信號(hào)控制閥臺(tái)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)和停止動(dòng)作完成。

（3）液壓控制簡(jiǎn)圖，圖5。

（4）定位不準(zhǔn)的判斷與措施。經(jīng)分析判斷，主要問(wèn)題來(lái)源于比例閥，其工作方式是帶PID運(yùn)算功能的電磁控制模塊進(jìn)行閥芯位置控制來(lái)實(shí)現(xiàn)流量比例控制。

由于該比例閥是機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，且制造精密，構(gòu)造小巧，一般的維修非常困難。目前高線采用美國(guó)vickers產(chǎn)品，每臺(tái)價(jià)格高達(dá)1.2萬(wàn)元，自投產(chǎn)以來(lái)已更換10多臺(tái)。以前的故障處理方式是：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，首先調(diào)整電控反饋補(bǔ)償，故障情況會(huì)好一點(diǎn)，當(dāng)最后實(shí)在無(wú)法使用時(shí)，就更換新件（有時(shí)新備件也只能正常工作1個(gè)月），如果新的備件未到（進(jìn)口備件從定貨、到貨需半年），只有將舊件拆下來(lái)，清洗或整理一下，看看能否對(duì)付著用，使維修工作非常的被動(dòng)。為此，通過(guò)查資料和與維修專(zhuān)業(yè)廠家咨詢(xún)等，決定對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修整和調(diào)試：

圖5 液壓控制簡(jiǎn)圖

①首先對(duì)比例閥性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。采取線圈電阻實(shí)驗(yàn)、壓力增益實(shí)驗(yàn)、內(nèi)泄漏和流量特性曲線等，確定修理內(nèi)容和調(diào)整電磁控制模塊參數(shù)。

②壓力增益實(shí)驗(yàn)。給出完整的負(fù)載壓降對(duì)輸入電流的曲線，確定平均壓力增益。

流量特性曲線，記錄了一個(gè)完整的循環(huán)輸入電流對(duì)輸出流量的變化特征，找出額定電流時(shí)的控制流量、流量增益、線性度、滯環(huán)和死區(qū)。

③消除硬件上的缺陷。例如，對(duì)滑塊、腔體進(jìn)行研磨修整，更換自帶過(guò)濾器，更換回位彈簧等。

通過(guò)以上方式，已修復(fù)了3臺(tái)比例閥，目前使用效果良好，而且每臺(tái)費(fèi)用僅需3000元，綜合效益非常顯著，也為今后開(kāi)展精細(xì)化和有一定技術(shù)含量的整修與檢修工作，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3.2 氣系統(tǒng)改進(jìn)

（1）夾送輥氣缸管路改造。位于吐絲機(jī)前端的夾送輥，其工作方式是：對(duì)水冷后的軋線進(jìn)吐絲前夾頭（輕夾）和軋線離開(kāi)精軋機(jī)夾尾（重夾）的間歇工作方式（其區(qū)別于老線是全軋線夾持），目的是為了穩(wěn)定吐絲圈形。其夾持動(dòng)作是靠氣缸帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)使上下夾輥同步靠近或離開(kāi)，因此確保設(shè)備是否能夠可靠工作，氣源必須有穩(wěn)定的壓力和流量（氣壓要求重夾時(shí)6.5 kg，輕夾時(shí)2 kg）。

由于在吐絲前的軋線線速度已＞100 m/s，因此氣缸動(dòng)作反映必須快速和及時(shí)，其總夾持持續(xù)時(shí)間也僅有約0.4 s。而原設(shè)計(jì)管路與其他用氣設(shè)備管路相接，產(chǎn)生壓力和流量波動(dòng)等，使氣缸動(dòng)作受到一定影響，產(chǎn)生吐絲噴頭、尾現(xiàn)象，引起亂圈、堵筒等，除產(chǎn)生故障停機(jī)外，還出現(xiàn)“爬行鋼”等產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

為此在主氣管上開(kāi)口，單獨(dú)布置管路及增加1套水、氣分離裝置和1套先導(dǎo)活塞式氣體減壓閥（即定值輸出減壓閥），不管入口壓力如何變化，出口壓力都能維持恒定，且不受通過(guò)閥的流量變化的影響。避免了其他用氣元件同時(shí)使用時(shí)而產(chǎn)生的氣壓不穩(wěn)等現(xiàn)象，有效地穩(wěn)定了吐絲過(guò)程。

（2）活套氣路改進(jìn)。在高速線材的軋制過(guò)程中，為了控制好張緊軋制線在軋制中產(chǎn)生的裕量，消除軋線產(chǎn)生折疊和堆鋼的可能，在中軋和預(yù)精軋、緊軋前，交互設(shè)置張緊機(jī)構(gòu)，通常成為活套。

新鋼高線共設(shè)置7個(gè)立活套和1個(gè)側(cè)活套，其基本結(jié)構(gòu)為前后兩個(gè)固定壓輥，中間一個(gè)由氣缸及連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)中間壓輥來(lái)實(shí)現(xiàn)起、落輥輪等功能，起落信號(hào)由活套后機(jī)架HMD對(duì)紅鋼的檢測(cè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)程。

在每根鋼的軋制過(guò)程中，所有活套必須依次起套，而同時(shí)軋制完一根鋼又必須落套讓緊隨其后的另一根鋼過(guò)來(lái)，再起套，周而復(fù)始，其起落動(dòng)作每個(gè)工作日達(dá)千次，而各活套輥輪速度隨其布置位置軋制線速度不斷的增加，而被動(dòng)同步增加，8#套輥輪線速度已接近20 m/s。盡管活套結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但由于各輥輪與紅鋼緊密接觸，高溫、氧化鐵皮和輥面澆水冷卻，使整個(gè)活套工作環(huán)境極差，壽命短、故障率高，維護(hù)難度大。為此，在定期更換的基礎(chǔ)上，對(duì)氣路系統(tǒng)和潤(rùn)滑存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)：

①將高速運(yùn)轉(zhuǎn)的輥輪軸承，實(shí)現(xiàn)了在線油氣潤(rùn)滑，有效地延長(zhǎng)軸承的使用壽命。

②活套機(jī)構(gòu)和氣缸在起落套過(guò)程中受沖擊力大，為此在氣缸進(jìn)出回路安裝單向節(jié)流閥，使起落套動(dòng)作過(guò)程實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)，既保證起落套需快速反應(yīng)工藝要求，又減少了落套時(shí)對(duì)基座的沖擊，而且在落套底座增加1塊活動(dòng)墊板，在增加整個(gè)活套可靠性的同時(shí)，也大大延長(zhǎng)了使用壽命。

8#套是整個(gè)軋線唯一的一個(gè)側(cè)活套，其原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣缸壽命短。為此，在不改變氣缸行程的基礎(chǔ)上（活套起套量），將缸頭縮短30 mm，增加缸筒長(zhǎng)度30 mm，使氣缸活塞厚度增加30 mm，導(dǎo)向帶加雙唇y(tǒng)型密封結(jié)構(gòu)，大大增加了氣缸的使用壽命。

（3）在氣源系統(tǒng)增加1臺(tái)儲(chǔ)氣罐和1臺(tái)穩(wěn)壓罐。高線的氣源來(lái)自于動(dòng)力廠，其氣源系統(tǒng)帶水等問(wèn)題非常嚴(yán)重，使氣路放水和排污等工作非常麻煩，而帶水、雜質(zhì)的氣流進(jìn)入各管路中的三聯(lián)件、氣動(dòng)元件后，引起氣動(dòng)馬達(dá)、氣缸、油氣氣路、氣動(dòng)閥的堵塞、壓力不足等而故障非常頻繁，盡管在進(jìn)氣源增加了1臺(tái)低溫制冷干機(jī)，但效果不好。自增加儲(chǔ)氣和穩(wěn)壓罐后，既可以有效除水和排污，也能穩(wěn)定管網(wǎng)壓力和流速，減少氣流脈動(dòng)問(wèn)題。有效地穩(wěn)定了整個(gè)軋制線近百個(gè)氣動(dòng)元件，既提高了使用壽命，又降低了故障率。

4 結(jié)語(yǔ)

高線作為一條電氣化程度非常高的自動(dòng)化軋鋼生產(chǎn)線，流體介質(zhì)在設(shè)備運(yùn)行中起到了非常關(guān)鍵的作用。通過(guò)對(duì)該生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，不但對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量起到了很好的保障作用，也對(duì)進(jìn)口設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化改造，具有一定的借鑒意義。

〔編輯王永洲〕

TG315.5

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.03