冷軋4輥軋機傾斜異常的研究與應用

唐會龍

(湖南婁底華菱漣鋼冷軋板廠，湖南 婁底 417009)

冷軋4輥軋機在生產過程中，時常出現板型不受控的現象，其中最主要最常發(fā)生的就是傾斜異常的問題。傾斜異常是指操作側與傳動側的壓力差值很大或者不穩(wěn)定突變，此值如果較大，對于操作人員來說無疑增加了操作難度；如果傾斜值發(fā)生突變，產生的后果更加惡劣，輕則傷輥、廢鋼，重則斷帶等，存在很大的安全隱患。本文以奧鋼聯4輥平整機壓下軋機為例，分析傾斜產生的機理，找出解決傾斜異常的方法。

1 軋制力計算原理和傾斜原因分析

搞清軋制力差值的原因，需從軋機內部的受力分析出發(fā)。圖1是作用在帶鋼上的受力示意圖。

F-軋制力；DS-傳動側；OS-操作側；TOP_BUR-上支承輥；TOP_WR-上工作輥；G_SP-主軸和主軸頭的重力；G-重力；H-液壓測量值；R-軋制力測量；BAL-平衡缸壓力；BEN-彎輥力；Apist-活塞面積；Arod-活塞桿面積圖1 軋機軋制力測量圖Fig.1 Rolling force measurement diagram of rolling mill

油缸液壓壓下力的計算公式：傳動側壓下油缸壓力，FH.DS=Ppist.DS×Apist-Prod×Arod；操作側壓下油缸壓力，FH.OS=Ppist.OS×Apist-Prod×Arod。通過軋機內部安裝的壓力傳感器測量的壓力值來計算軋制力，傳動側軋制力，FR.DS=FH.DS+0.5×FGTOP.BUR+0.5×FGTOP.WR+FG,SPTOP_WR-FBAL.DSTOP_BUR-0.5×FBENWR；操作側軋制力，FR.OS=FH.OS+0.5×FGTOP.BUR+0.5×FGTOP.WR-FBAL.OSTOP_BUR-0.5×FBENWR；那么軋制力差值DIFF_ROLL_FORCE= FR.DS-FR.OS。從上面的公式可以看出傳動側和操作側的壓力值只有一個區(qū)別，就是傳動側需要加上工作輥支承軸的重力。從以上幾個公式來分析，影響軋制力差值的因素主要有以下幾個方面：

(1)壓下油缸泄露引起傾斜異常

壓下油缸泄漏會明顯影響壓下的速率和響應速度，導致明顯的傾斜差值。壓下油缸泄露的情況分為內泄和外泄。通常外泄很容易發(fā)現，出現明顯的漏油或者滲油現象，這種情況下必須把油缸解體更換密封或者修復磨損缸體才能解決；內泄就比較隱蔽，也不能通過點檢發(fā)現。通常解決內泄的方法就是根據廠家提供的油缸說明書，到了年限必須進行解體檢查。筆者碰到過壓下油缸有直接嚴重漏油的現象，表現的現象就是軋機傾斜值很大，不受控，板型很難調節(jié)；更換油缸之后，傾斜異?，F象立即消失。

(2)彎輥系統異常引起傾斜異常

從傳動側軋制力公式和操作側軋制力公式得知，彎輥系統的問題也會造成傾斜值異常。彎輥系統由2個伺服閥控制4個彎輥油缸來完成，油缸動作通過彎輥滑塊來調節(jié)，滑塊是容易出問題的一個部件，軋機內部經常清洗，加上乳化液等各類混合物會堆積在滑塊與牌坊的間隙里，造成滑塊動作卡阻。

(3)伺服控制系統異常引起的傾斜異常

軋機內部的壓下系統、彎輥系統等全是靠伺服閥來控制執(zhí)行的，一旦伺服控制閥死區(qū)偏大或者液壓系統油質油品不好也會造成傾斜異常。

(4)軋機內部傳感器異常造成的傾斜異常

軋機內部在傳動側和操作側分別安裝了壓下油缸壓力傳感器和位置傳感器，彎輥油缸也安裝了壓力傳感器。位置傳感器精度很高，其分別率可達5μm。位置傳感器通常在穿帶、校輥、輥縫開閉合的過程起到控制反饋作用，在軋鋼過程中主要起到監(jiān)視作用。圖2(a)是1個位置傳感器異常時的曲線圖，從圖中可知在穿帶過程中，位置控制POS_ON起作用，但是傾斜值dRf_ACT成震蕩狀態(tài)，導致伺服閥的輸出也出現震蕩情況。圖2(b)是正常情況下的曲線圖，兩個曲線的參數設置一樣，從兩個圖形的對比可以明顯看出圖2(a)情況下位置控制已經嚴重失效。更換位置傳感器之后故障現象立即消失。

(a) 異常情況 (b)正常情況 圖2 位置傳感器曲線圖Fig.2 Position sensor curve

(5)軋輥軸承間隙偏大造成傾斜異常

影響板材控制精度的因素不僅有來料板厚、板寬的偏差，還有如軸承間隙、油膜厚度、軋輥偏心等軋機方面的干擾因素。當一邊軸承間隙慢慢變大時，軋機兩側軋制力差也變大，且是一種加速度變大的趨勢，所以當兩邊軸承間隙不同時，對兩邊軋制力的影響也越來越嚴重。圖3表明了軋輥軸承間隙與軋制力差的一種關系圖，間隙越大，軋制力差值成加速度趨勢增大。通常情況下要求軋輥軸承間隙值保證在0.03mm以內。

(6)輥縫異常打開造成的傾斜異常

高速軋鋼的過程中，如果出現輥縫打開的現象，將直接會切換到位置控制模式，同時延伸率閉環(huán)控制轉為開環(huán)。傾斜控制會出現一個階躍響應，這個階躍響應會造成傾斜值在短短幾秒內從正偏差直接跳到負偏差，極易傷輥。圖4為高速軋制過程中出現的異常情況。

圖3 軋輥軸承間隙與軋制力差關系圖Fig.3 Relationship between roller bearing clearance and rolling force difference

2解決方案

(1)壓下油缸泄漏的問題，對于外泄現象發(fā)現比較容易，主要解決方案是加強日常點檢。內泄則需要經過分析，筆者的經驗是通過一定的過程分析軟件(比如IBA在線監(jiān)測分析軟件)，分析兩邊油缸的動作情況是否同步等綜合來判斷。

(2)彎輥系統輸出的彎輥力是總軋制力的一部分，如果彎輥系統出現問題也會造成傾斜偏大，彎輥的作用主要用來調整板型以及在位置控制過程中用來調整輥縫。彎輥出問題有幾個方面，最多的是銅滑塊起毛或者潤滑不好造成卡阻，這樣在開閉輥縫的過程中勢必造成操作側和傳動側壓下不一致，解決方法就是每個換輥周期對滑塊進行打油潤滑，每隔半年更換滑塊一次；另外彎輥伺服系統也會造成傾斜偏大，主要解決方案就是對伺服閥系統進行清洗，濾芯及時更換必要時更滑伺服閥。

(3)液壓伺服控制系統也會造成傾斜變大，主要是對壓下油、油缸的伺服控制系統進行及時點檢定修。主要包括壓下油缸伺服閥按年限更換，密封要保持良好，濾芯要及時更換。

(4)軋機內部壓力傳感器和位置傳感器異常造成傾斜異常的情況。壓力傳感器用來測量壓下油缸的輸出力，一旦異常，整個軋制力控制閉環(huán)將會失效，影響傾斜變化是肯定的。壓力傳感器安裝的油缸上，通常無外力作用下不容易損壞，所以日常需要加強點檢，但壓力傳感器損壞有個明顯的特點就是一旦損壞將沒法進行軋鋼生產。另外位置傳感器的損壞也會造成傾斜異常，但和壓力傳感器損壞表現的故障現象是完全不同的，位置傳感器的作用主要用于位置控制，而位置控制主要起作用是在換輥過程和軋機開閉輥縫過程中，軋鋼的時候位置控制是沒有起作用的，所以位置傳感器失效的時候主要就是在穿帶過程或校輥過程中傾斜異常。筆者所處理的位置傳感器問題是由于位置傳感器采用的PROFIBUS通訊協議來傳輸數據，所以網絡通訊電纜、屏蔽、終端電阻、接口板等都有可能發(fā)生異常，從而導致傾斜異常。

(5)軋輥軸承間隙偏大也是造成傾斜變大的原因，這是個系統工作，解決的方案就是日常軋輥管理精度要可控，數據能夠追溯，超過范圍的淘汰，軋機的精度管理務必到位落實。

(6)軋鋼過程中傾斜異常突變，這種情況最為復雜，主要是發(fā)生時間、持續(xù)時間很短，操作人員無法做有效處理，只能任其傷輥甚至斷帶。此問題主要原因是軋制過程中突然從軋制力控制切換到位置控制，延伸率控制瞬間失效，位置傾斜會有一個短時間的大波動。軋制力控制突然切換到位置控制的根源在于軋制力突然變得很小(小于50t)，或者是個誤信號導致開輥縫，持續(xù)時間很短(約0.1s)，在0.1s之后系統又恢復到軋制力控制。在這個過程中，傾斜控制的策略是從“ramp”控制變成了“balance”控制，從而在這幾秒內發(fā)生了幾次控制切換，造成傾斜值從正幾十kN到負幾十kN(圖4)。

主要解決方案就是完善控制程序，盡可能的解決現場對壓力油缸、彎輥油缸等信號的干擾，主要包括更換線路和傳感器，伺服閥檢查更換，EMC檢查等。若完成上述方法仍出現傾斜突變現象，只能從完善工藝控制程序上來規(guī)避。對延伸率控制、軋制力控制、位置控制的信號做低通濾波，排除干擾因素。對傾斜控制來說，發(fā)生此種現象不能直接從“ramp”控制直接切到“balance”控制，因為這兩種控制的初始值不一樣，一旦直接切換，勢必會產生突變。筆者的做法是廢掉“balance”控制，從“ramp”到“ramp”，這樣就會有個緩沖，程序完善后的效果如圖5，和圖4明顯不同。

3 結語

近幾年我廠反反復復出現傾斜異常的問題，每次都會給生產造成很大的困擾。特別是高速軋鋼過程中，傾斜異常突變給我們造成了非常大的困擾，經過此番研究，目前已經解決了傾斜異常突變的問題。