步進(jìn)梁定位不準(zhǔn)問題的分析和改進(jìn)

王承龍　曾祥泉　李衛(wèi)國

步進(jìn)梁是軋鋼廠最常用的鋼卷運(yùn)輸設(shè)備之一，從熱軋卷取機(jī)出來的鋼卷一般是通過步進(jìn)梁運(yùn)輸，到后面通過快速鏈、慢速鏈運(yùn)送到成品庫。步進(jìn)梁一般處于地下，步進(jìn)梁上布置有馬鞍形焊接結(jié)構(gòu)的固定鞍座，每個(gè)固定鞍座相距一定距離進(jìn)行布置，活動(dòng)梁每運(yùn)行一個(gè)周期則會(huì)把鋼卷從一個(gè)固定鞍座移動(dòng)到下一個(gè)固定鞍座上。如果該設(shè)備出現(xiàn)問題將直接影響鋼材的產(chǎn)量，因?yàn)閱螒{天車吊運(yùn)是跟不上軋制節(jié)奏的，所以做好該設(shè)備的檢修和維護(hù)以保證它的正常運(yùn)行就顯得尤為重要。

步進(jìn)梁的機(jī)構(gòu)及工作原理

步進(jìn)梁由固定梁、活動(dòng)梁、偏心輪、車輪、同步連桿、傳動(dòng)液壓缸和行程控制裝置等部分組成。固定梁和動(dòng)梁上均有若干個(gè)間隔相同步距的鞍座，動(dòng)梁有升降和橫移兩種運(yùn)動(dòng)形式。

工作原理黽步進(jìn)梁運(yùn)輸時(shí)，動(dòng)梁升起，將固定梁上的鋼卷托起，動(dòng)梁再橫移一個(gè)步距，將鋼卷運(yùn)到下一個(gè)卷位，動(dòng)梁再下降，將鋼卷放在固定梁，動(dòng)梁再回到起始位置，等待下一個(gè)運(yùn)輸周期。步進(jìn)梁的橫移動(dòng)作一般由平移缸推動(dòng)，主要用以克服摩擦力，偏心輪式步進(jìn)梁的升降主要利用偏心距實(shí)現(xiàn)的。偏心輪安裝在動(dòng)梁上，偏心輪與動(dòng)梁之間有軸承連接，動(dòng)梁的車輪安裝在偏心輪的偏心位置，車輪中心與偏心輪中心距離就是偏心距，液壓缸推動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于車輪始終與鋼軌接觸，車輪中心的標(biāo)高不會(huì)變，所以偏心輪中心的高度會(huì)因其轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，動(dòng)梁也就隨之升降。

影響鋼卷定位精度的因素及原因分析

步進(jìn)梁作為熱軋鋼卷生產(chǎn)中接收和運(yùn)輸鋼卷重要環(huán)節(jié)，操作水平和機(jī)械電氣安裝、定位精度直接影響鋼卷運(yùn)輸安全和生產(chǎn)效率。自機(jī)組投產(chǎn)以來，在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)跑遍、無法到位等情況，已多次發(fā)生因系統(tǒng)運(yùn)輸偏差過大而導(dǎo)致鋼卷脫落，致使鋼卷及機(jī)械電氣設(shè)備損壞。影響步進(jìn)梁的正常投入使用；同時(shí)，故障嚴(yán)重性，也給操作人員操作形成心理壓力，這一定程度上也影響了生產(chǎn)順利進(jìn)行?？偨Y(jié)其影響因素有以下幾個(gè)方面：

移動(dòng)缸對(duì)鋼卷定位影響，步進(jìn)梁體現(xiàn)移動(dòng)缸動(dòng)作結(jié)果。步進(jìn)梁移動(dòng)缸對(duì)鋼卷定位產(chǎn)生影響，主要有以下兩個(gè)原因：一是液壓缸行程制造時(shí)偏差過大，導(dǎo)致運(yùn)卷累積誤差增大；二是液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，造成累積誤差增加，移動(dòng)缸出現(xiàn)內(nèi)泄漏（當(dāng)然，內(nèi)泄嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)將無法正常工作），當(dāng)移動(dòng)缸返回末端定位時(shí)，有桿腔壓力高于無桿腔，有桿腔高壓油流向無桿腔致使活塞向前移動(dòng)，產(chǎn)生鋼卷定位偏差；鋼卷連續(xù)運(yùn)輸，使累積偏差增加。圖中安全閥1發(fā)生故障出現(xiàn)泄漏，同樣導(dǎo)致有桿腔高壓油流向無桿腔，其影響結(jié)果與移動(dòng)缸內(nèi)泄相同；熱軋/-N成鋼卷運(yùn)輸偏移液壓系統(tǒng)故障主要就是此安全閥損壞造成。另外，從原理分析比例閥零偏過大也會(huì)出現(xiàn)鋼卷偏移，使運(yùn)輸系統(tǒng)無法正常工作。

電氣控制信號(hào)問題。接近開關(guān)的定位安裝不準(zhǔn)、接近開關(guān)失靈以及步進(jìn)梁移動(dòng)速度的高低等可能導(dǎo)致步距偏差的原因。

接近開關(guān)對(duì)鋼卷偏移影響表現(xiàn)為步進(jìn)梁橫向擺動(dòng)時(shí)間接影響移動(dòng)缸定位。由于振動(dòng)等原因步進(jìn)梁行走時(shí)，產(chǎn)生橫向擺動(dòng)；同時(shí)步進(jìn)梁采取接近開關(guān)進(jìn)行減速、停止等控制，感應(yīng)板與接近開關(guān)距離變化，直接影響移動(dòng)缸停止位，也就是說影響到步進(jìn)梁移動(dòng)缸每次停止時(shí)定位，這必然對(duì)鋼卷定位產(chǎn)生不利影響。

在步進(jìn)梁的運(yùn)作中，移動(dòng)速度控制也是個(gè)重要問題。速度控制不好，對(duì)運(yùn)輸任務(wù)和步進(jìn)梁本身都會(huì)帶來負(fù)面影響。例如速度控制太低造成運(yùn)輸效率下降，影響節(jié)奏，耽誤生產(chǎn)；速度過大，可能造成液壓缸和梁體的物理損傷，在梁上滿載鋼卷時(shí)這種損傷將會(huì)更為嚴(yán)重，巨大的慣性對(duì)液壓缸的沖擊非常巨大，降低其使用壽命。

改進(jìn)措施及效果（結(jié)構(gòu)、原理）

為了對(duì)步進(jìn)梁的控制更精確，讓步進(jìn)梁每次的啟動(dòng)和停止的位置不變，能夠使步進(jìn)梁及時(shí)準(zhǔn)確的向PLC反饋位置坐標(biāo)，加裝一個(gè)拉線式位移傳感器。（拉線式位移傳感器工作原理：拉線式位移傳感器的功能是把機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成可以計(jì)量，記錄或傳送的電信號(hào)。位移傳感器由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個(gè)有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個(gè)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器連接在一起，感應(yīng)器可以是增量編碼器，絕對(duì)（獨(dú)立）編碼器，混合或?qū)щ娝芰闲D(zhuǎn)電位計(jì)，同步器或解析器。工作方式是編碼器通過油缸的形程計(jì)算出油缸運(yùn)行的距離，如果達(dá)到設(shè)定的減速距離時(shí)，編碼器向比例閥發(fā)出減速命令，油缸進(jìn)行減速運(yùn)行，當(dāng)編碼器計(jì)算出的距離達(dá)到停止位置距離時(shí)，編碼器向比例閥發(fā)出停止命令，步進(jìn)梁停止。）

操作上，拉線式位移傳感器可以安裝在固定于鋼軌底座上，拉繩安裝在步進(jìn)梁車輪中軸上，運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，拉繩伸展和收縮。一個(gè)內(nèi)部彈簧保證拉繩的張緊度不變。帶螺紋的輪轂帶動(dòng)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器旋轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)與拉繩移動(dòng)距離成比例的電信號(hào)。測(cè)量輸出信號(hào)可以得出運(yùn)動(dòng)物體的位移、方向或速率。拉線式位移傳感器安裝位置。

采用一個(gè)拉線式位移傳感器代替原有步進(jìn)梁中平移位置接近開關(guān)的功能，通過采集拉線伸縮量信號(hào)即可準(zhǔn)確判斷步進(jìn)梁平移取卷、運(yùn)卷位置，從而計(jì)算出平移缸的實(shí)際行程，并對(duì)速度控制進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，可分為兩個(gè)方面：步進(jìn)梁正常運(yùn)動(dòng)的速度調(diào)節(jié)和步進(jìn)梁接受到減速信號(hào)后的速度調(diào)節(jié)。步進(jìn)梁每個(gè)停止位置都有兩個(gè)PLC信號(hào)，減速位信號(hào)（slow）和停止位信號(hào)（stop），當(dāng)步進(jìn)梁以正常的運(yùn)動(dòng)速度通過減速位（slow）時(shí)，應(yīng)該立即開始減速運(yùn)動(dòng)，直至步進(jìn)梁到達(dá)停止位而停止動(dòng)作。對(duì)步進(jìn)梁的速度調(diào)節(jié)，電氣人員一般可在現(xiàn)場(chǎng)電氣柜通過對(duì)液壓控制閥信號(hào)放大模塊操作進(jìn)行，或者在PLC控制程序中對(duì)相應(yīng)速度參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在速度調(diào)節(jié)時(shí)，需要對(duì)步進(jìn)梁空載和滿載兩種情況綜合考慮，從而達(dá)到步進(jìn)梁步距的可靠控制及信號(hào)跟蹤。完成改造、調(diào)試，經(jīng)過運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，并達(dá)到了以下效果：

（1）減緩了對(duì)機(jī)械設(shè)備的慣性沖擊，系統(tǒng)故障率降低60%，作業(yè)率提高25%。

（2）步進(jìn)梁步距控制和自動(dòng)定位控制可靠準(zhǔn)確，鋼卷運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，產(chǎn)量提升60t/h。

（3）備件更換率明顯降低，月節(jié)約備件費(fèi)用2萬元左右。

（4）相比接近開關(guān)更精密、準(zhǔn)確、專業(yè)，且編碼器的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也更低。

拉線式位移傳感器應(yīng)用中的問題

環(huán)境影響。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的諸多環(huán)境因素都會(huì)影響到傳感器的使用，如安裝部位溫度高、濕度大，會(huì)導(dǎo)致光電檢測(cè)裝置內(nèi)部的電子元件特『生改變或損壞，誤發(fā)出信號(hào)。車輪轉(zhuǎn)軸和活動(dòng)梁的振動(dòng)，會(huì)損壞拉線式位移傳感器的內(nèi)部功能。造成誤發(fā)脈沖，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定或誤動(dòng)作。

所以需要改變位移傳感器的安裝方式。在步進(jìn)梁車輪軸與傳感器軸之間采用柔性連接，以減輕電動(dòng)機(jī)沖擊負(fù)載對(duì)拉線式傳感器的機(jī)械沖擊。剛性連接傳感器與步進(jìn)梁軸組成一個(gè)剛性系統(tǒng)。剛性系統(tǒng)強(qiáng)加在軸向或徑向過多的力會(huì)損壞拉線式位移傳感器，而柔性連接之間的扭轉(zhuǎn)力，將加在拉線式傳感器軸上的軸向或徑向力控制在允許范圍內(nèi)。

改善現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，使其溫度、濕度到達(dá)傳感器所要求的工作條件。

電磁干擾。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中不可避免各種電磁干擾源，例如：在使用電焊機(jī)時(shí)，電弧的電離作用，輻射出的電磁波，對(duì)光電檢測(cè)裝置產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致光電檢測(cè)元件輸出波形產(chǎn)生畸變失真，使系統(tǒng)誤動(dòng)或引發(fā)生產(chǎn)事故。采用雙絞屏蔽電纜取代普通電纜，可對(duì)其抗電磁干擾起到較強(qiáng)的防護(hù)作用。

該改進(jìn)措施已投入實(shí)施，雖然還存在著一些有待改進(jìn)的地方，但實(shí)踐證明該措施是能滿足步進(jìn)梁運(yùn)輸系統(tǒng)本身的運(yùn)行要求，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高，修護(hù)成本低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

（作者單位：新余鋼鐵集團(tuán)有限公司）endprint