三十輥與二十輥軋機電氣故障檢修方法研究

張 恒

（成都星云智聯(lián)科技有限公司，成都 610000）

三十輥軋機與二十輥軋機就是由多個軋輥支撐工作輥，形成一個完整的輥系，其主要構(gòu)造分為驅(qū)動裝置、壓下裝置、機架牌坊、輥箱與輥系，其中輥箱內(nèi)有裝有1個背襯主軸承鞍座，與各個支撐輥之間通過液壓油箱、齒輪片、齒條及凸輪裝置連接。而這樣的工作單元，又由位移傳感器、壓力傳感器及測厚儀、伺服閥和中央控制面板等電子元件組成電氣控制系統(tǒng)進行運行參數(shù)的適應(yīng)調(diào)節(jié)。由于各個軋輥之間配合情況良好，且下輥箱可以靈活調(diào)節(jié)，因此這2種軋系的加工精度分別可以達到0.001 0 mm與0.001 5 mm水平。

1 多輥系軋機的參數(shù)概況

此類軋機大多采用“電氣傳動+液壓傳動”的動力模式，其具體技術(shù)性能參數(shù)為如下：主要用途為精密合金材料軋制；主工作輥長度為60～65 mm，輥身直徑為2～3.5 mm；支撐輥直徑為26～30 mm；軋制壓力最高可達到4.5 tf，卷張力最高可達0.5～50 kgf；軋制速度在0～10 m/s之間可自由調(diào)節(jié)；入料口坯料厚度為0.03 mm，軋制帶鋼材料最小加工厚度可達至0.001 mm，帶寬為15～45 mm。該軋機輥系為三十軸，采用輥箱結(jié)構(gòu)來分配軋輥位置，支撐輥由內(nèi)向外按照錐形排列，軋制力分布均勻合理。

2 多輥系軋機的常見故障現(xiàn)象

2.1 液壓壓上裝置卸載或運行不良

液壓壓上裝置主要是指由圓柱形齒輪減速箱傳動的裝置單元，主要功能是根據(jù)軋機的加工生產(chǎn)需求，調(diào)節(jié)軋輥軸向或徑向的角度與位置。在正常軋制期間，液壓壓上裝置僅需要1臺主泵作為動力來源，而當(dāng)需要進行換輥操作時，則需要2臺以上主泵來滿足換輥伺服閥的液壓流量需求。當(dāng)軋輥軋制帶鋼或箔材時，伺服閥的壓上缸就會受到壓力油的推動作用，從而完成精準(zhǔn)的響應(yīng)動作。液壓壓上裝置主要運行原理是在伺服閥上一級加入1個電磁換向閥，由該裝置來控制液壓單向通路的流通，實現(xiàn)上下調(diào)整或固定液壓缸伸縮位置的功能[1]。在自動軋制加工狀態(tài)時，為對應(yīng)的伺服閥進行工作供油；而當(dāng)切換至手動軋制擋位時，則與伺服閥及附屬元件相對分離。而實現(xiàn)自動軋制功能的蓄能器、過濾器及伺服閥等裝置，則都被集中安裝于液壓缸的缸體外部。正常狀態(tài)下液壓壓上裝置會采用2套性能參數(shù)完全一致，且運行相對獨立的液壓伺服系統(tǒng)，2個伺服系統(tǒng)運行期間，主要是通過采集工作時間軸信號的變化對液壓系統(tǒng)進行平穩(wěn)濾波，2個液壓伺服系統(tǒng)的傳感器位置安裝也需要保持一致，這樣才能確保任何一個液壓伺服系統(tǒng)投用都不會出現(xiàn)控制誤差的問題。

在實際運行過程中液壓伺服系統(tǒng)可能會出現(xiàn)如下幾個方面的故障現(xiàn)象。一是前端控制面板顯示，側(cè)軋制力的壓力水平明顯低于液壓系統(tǒng)的正常預(yù)設(shè)值。說明軋輥位置的預(yù)設(shè)值與實際運行值不符，這種情況極有可能是油缸位置傳感器的安裝偏差過大，使二者水平位置差超過了2.3 mm，此時至少有1套液壓伺服系統(tǒng)是存在配合故障，需要結(jié)合軋機控制面板的驅(qū)動電流異常來分析故障點位。二是在伺服閥部位中進行入口壓力檢測，發(fā)現(xiàn)壓力水平僅達到16.4 MPa，遠低于設(shè)備的正常壓力水平，即206 MPa。此時液壓壓上系統(tǒng)突然中途停止運行或軋制力遠遠達不到正常水平，這種故障原因比較復(fù)雜，首先要檢查是否是兩側(cè)壓力傳感器測量值存在超差現(xiàn)象，導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)的輸出信號存在偏差，因而驅(qū)動400 MN軋制力時被系統(tǒng)誤判為過載，觸動壓上裝置封鎖將液壓伺服系統(tǒng)卸載。三是當(dāng)同時啟動2臺主泵時，軋機液壓壓上裝置系統(tǒng)的壓力水平才能達到201 MPa，且在驅(qū)動側(cè)發(fā)現(xiàn)了與操作側(cè)軋制系統(tǒng)相同的問題，盡管可以繼續(xù)維持生產(chǎn)，卻會使軋機的加工精度無法達到正常水平，且存在極大的動力能源浪費問題。

2.2 軋制帶鋼跑偏、瑕疵

帶鋼是軋鋼企業(yè)生產(chǎn)的一種用于工業(yè)制造用途的熱軋板狀鋼材，帶鋼加工時要求其必須保證軋制厚度均勻，板間疏密勻稱。而加工帶鋼的主要工作單元為三十輥與二十輥軋機的軋輥，這種軋輥裝置由3部分構(gòu)成，其中軋身是指實際參加軋制工序的中段作業(yè)面，部分軋輥為了滿足特殊加工需求，除了光滑的圓柱作業(yè)面還可能帶有軋槽；軸頭，與傳動端的齒輪座與鏈條連接的部件，通過軸承座與壓上裝置的機械作用，將液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的軋制動力傳導(dǎo)至機架。軋頸，是扎身向外端面直徑縮小的圓柱體部分，其主要作用是用于固定和支撐軋輥的安全位置。

當(dāng)軋制的帶鋼材料出現(xiàn)薄厚不一、翹曲及凹凸等加工質(zhì)量問題時，說明軋機可能存在如下幾個方面的故障問題。一是WS/DS側(cè)的軋輥輥縫存在偏差，導(dǎo)致帶鋼在兩側(cè)軋輥之間出現(xiàn)受力不均的問題。二是糾偏檢測傳感器失靈故障，在三十輥系這種高精度等級的軋機中，為了避免帶鋼、金屬箔材料軋制加工出現(xiàn)誤差，往往會使用一種KRD糾偏傳感器。這種傳感器主要依靠檢邊、檢線的電子元件來提供糾偏信號，當(dāng)軋制帶鋼材料的邊緣色塊或線條的相對位置與檢測值的偏差超過預(yù)設(shè)水平時，就會在控制器的程序中按照一定比例關(guān)系自動計算出糾偏的控制信號，驅(qū)動軋機液壓動力系統(tǒng)對軋輥位置、軋制力進行平衡調(diào)節(jié)。當(dāng)這個糾偏檢測傳感器因被遮擋、污染、老化或其他不良工況影響時，就會導(dǎo)致輸出糾偏信號指令出現(xiàn)失真，從而使軋輥的液壓系統(tǒng)生成錯誤的工作參數(shù)[2]。三是板型調(diào)節(jié)的動作響應(yīng)過慢，導(dǎo)致軋制帶鋼材料出現(xiàn)加工質(zhì)量問題，部分帶鋼材料在軋制加工的過程中，需要改變軋制力度或者換輥來切換軋制板型，而此時的傳動信號若是響應(yīng)回饋過慢，就會導(dǎo)致軋制壓力的調(diào)節(jié)或換輥不及時，出現(xiàn)軋制厚度不一的問題。

2.3 軋機控制面板無法正常顯示壓力示數(shù)

使用軋機進行精軋操作時，需要不斷根據(jù)控制面板的示數(shù)來對軋機的運行工況進行控制調(diào)節(jié)，例如切換操作模式、調(diào)節(jié)溫度水平、物料跟蹤甩尾、軋機標(biāo)定及限位調(diào)節(jié)等功能。

但在實際運行過程中，控制面板可能會出現(xiàn)壓力無顯示的故障問題，給軋機的生產(chǎn)參數(shù)調(diào)節(jié)帶來極大困難，這種故障的原因可能有如下幾個方面。一是壓力傳感器故障損壞，或接線觸頭不良而被從本地電氣回路中卸載。這種問題可以利用好帶鋼厚度自動控制系統(tǒng)（AGC）的自診斷功能，檢查顯示電子元件的告警信息情況，用各個模塊之間的二極管器件的光信號來判明識別。二是輸入端信號失效，導(dǎo)致控制面板的負荷元件無法正常運作，例如當(dāng)軋機控制面板開機后，顯示“ROM TEST：END/RAM TEST未通過測試”，就說明此時軋機的自動運行程序存在參數(shù)丟失，或者支持電源失效的問題[3]。三是系統(tǒng)主板或電刷、大功率模塊和功放器等易損元件存在老化燒毀的問題。這種問題的排查周期比較長，且過程較為繁瑣，需要檢修維護人員將軋機的控制模塊拆下后，根據(jù)印刷電路板、模塊及集成芯片等元件的外觀、氣味等來判斷大致故障區(qū)域，而后再通過部件交換法來逐一排查故障區(qū)域。

3 多輥系軋機的故障檢修策略

3.1 液壓壓上裝置故障的檢修策略

此類軋機的液壓壓上系統(tǒng)中安裝有3個主泵裝置，其中1個為主用泵，其余2個為備用泵，正常啟動狀態(tài)下軋機液壓系統(tǒng)上壓動力為20.6 MPa。在自動軋制加工模式下，僅有1個軋機主泵負責(zé)向上壓泵伺服閥提供壓力油，操作上壓泵完成軋輥送入的響應(yīng)動作。

首先是排除與故障無關(guān)的點位，本次故障的主要現(xiàn)象在于側(cè)軋制力低于正常水平，但從“驅(qū)動2臺主泵可維持正常生產(chǎn)的壓力水平”這一現(xiàn)象來分析，軋輥軸承座、伺服閥等傳動部位器件應(yīng)當(dāng)未產(chǎn)生消耗磨損，同壓上缸缸體內(nèi)部也不會存在壓力油內(nèi)泄問題。與此同時，需要判斷軋制力損失的原因，而當(dāng)開啟2臺主泵后可以大幅提升液壓系統(tǒng)的軋制力，說明此時伺服器入口的壓力應(yīng)當(dāng)為正常水平。經(jīng)過檢修人員排查液壓油箱狀態(tài)后，發(fā)現(xiàn)并無明顯液面下降的問題，說明軋制力損失并不是因壓力油不足造成的傳動損失[4]。此時可以基本斷定，該故障應(yīng)當(dāng)為除上壓缸以外的液壓系統(tǒng)元件存在內(nèi)泄問題，例如壓力油管路或閥門接頭部位的密閉裝置破損，或者液壓元件錯位，使故障部位因壓力油漏出而導(dǎo)致液壓泄力。

其次是分析液壓系統(tǒng)內(nèi)泄問題的大致故障區(qū)段，從三十輥軋機的軋制運作原理分析，在自動軋制加工模式下，壓上缸需要根據(jù)糾偏傳感器的控制信號來調(diào)節(jié)軋輥輥縫，以滿足精密合金帶鋼材料的加工需求。然而故障發(fā)生后，發(fā)現(xiàn)加工精度降低的原因在于輥縫的調(diào)節(jié)變化速率非常小，因此可以判斷液壓系統(tǒng)的內(nèi)泄故障點位，一定發(fā)生在壓力油進入液壓壓上裝置的伺服閥之前。三十輥軋機故障發(fā)生后，驅(qū)動側(cè)的軋制力示數(shù)遠小于操作側(cè)軋制力，由于控制面板的其余工作示數(shù)處于正常水平，因此可以推斷壓力傳感器、糾偏傳感器不存在故障問題，而驅(qū)動側(cè)對應(yīng)的內(nèi)泄部位為驅(qū)動側(cè)液壓缸伺服系統(tǒng)。

最后是檢查驅(qū)動側(cè)的液壓壓上裝置在運行狀態(tài)下的溫度示數(shù)，若該系統(tǒng)內(nèi)存在壓力油溢流的問題，一定會表現(xiàn)出液壓元件的異常高溫狀態(tài)。通過運行控制面板的自檢功能發(fā)現(xiàn)，在軋機以檢修模式運行15 min的過程中，伺服系統(tǒng)的蓄能器部位的溫升速率遠高于其他部位，停機時溫度達到65℃，遠高于正常運行水平的45℃。同時經(jīng)過檢修維護發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動側(cè)的液壓蓄能器元件在試運行期間始終有通過壓力油流的跡象，說明在蓄能器上部的3個液壓閥門元件中，至少有1處存在密封破損故障。將液壓壓上裝置從軋機拆除后發(fā)現(xiàn)，位于液控單向閥門上部的常閉截門部件的運動機構(gòu)存在異常錯位，將常閉截門完全解體發(fā)現(xiàn)其閥芯部位磨損嚴(yán)重。由此驗證了上述的故障推論：當(dāng)壓力油經(jīng)過壓力油管時，由于常閉截門難以閉合到位，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)泄問題，使壓力油流入驅(qū)動側(cè)液壓壓上缸的蓄能器元件中，出現(xiàn)軋制力損失的問題。該軋制廠在更換驅(qū)動側(cè)壓上缸常閉閥門元件后，又重新將壓力油管管路沖洗后裝回液壓系統(tǒng)，經(jīng)過試車運行發(fā)現(xiàn)驅(qū)動側(cè)及操作側(cè)均恢復(fù)正常軋制動力水平。

3.2 帶鋼跑偏故障的檢修策略

從帶鋼跑偏故障的機理分析，主要是有2種故障表現(xiàn)現(xiàn)象。其一是卷曲失張，鋼材易在卷曲部位出現(xiàn)脆性斷裂，這種故障現(xiàn)象通常發(fā)生在8 m/s的高速軋制作業(yè)中，由于電子脈沖元件受到信號干擾，導(dǎo)致輸出信號產(chǎn)生噪聲，影響驅(qū)動側(cè)軋輥液壓系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)控，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致軋制帶鋼材料在軋制最后一道次時出現(xiàn)斷帶問題，造成嚴(yán)重的材料浪費。這種故障可以通過AGC的自診斷功能來檢查，例如當(dāng)發(fā)現(xiàn)KCZ6組件的A相同步信號存在脈沖異常時，卷曲失張問題的原因可能為如下。一是電氣回路中30 V交流電微調(diào)電位器存在斷路或開路現(xiàn)象，導(dǎo)致工作電路的380 V三相交流電出現(xiàn)缺相問題。而處理此類故障，則需要經(jīng)常檢查電位器的過流熔斷器、跌落器等易損電子元件是否存在短路故障，同時還要檢查三相變壓器的B相初級線圈是否存在相間短路，拆除更換故障線圈，或者調(diào)整錯誤接線。二是使用替換法，用1個帶有示波器的電極分別連接失張相線的輸入端與輸出端，檢查其是否受到旁路脈沖信號的電容干擾，若發(fā)現(xiàn)電極連接后出現(xiàn)同樣的干擾問題，則應(yīng)當(dāng)在該相線中加裝1個濾波器元件以消除脈沖干擾。

二是壓上電機啟動失常，壓上電機是指由液壓裝置驅(qū)動的工作電機，其是多輥系軋機工作輥軸承座連接的主要動力來源，若壓上電機自身的啟動性能不佳，將會直接影響到軋制力的傳動效率，進而引發(fā)軋制厚度不一、軋制板材翹曲等質(zhì)量問題。導(dǎo)致壓下電機無法按照預(yù)設(shè)參數(shù)正常啟動的主要原因，是脈沖輸出模塊或功放器元件被擊穿燒毀、或觸點短路。這種故障問題需要檢修人員將檢測用的測量端子接入線路中，而后通過比較故障電路板與正常電路板之間的電壓波形變化，來判斷擊穿元件的位置[5]。例如，在某次故障中檢修人員發(fā)現(xiàn)雖然故障區(qū)塊脈沖信號正常，但直流電存在波形異動，而改用測量端子接入后發(fā)現(xiàn)380 V交流電壓的A相晶閘管存在異常阻抗值，其陰極與陽極之間的阻斷電阻值只有15 kΩ，說明壓下電機無法按照預(yù)設(shè)軋制力參數(shù)啟動，是由于晶閘管元件存在漏電流導(dǎo)致的。

3.3 控制面板示數(shù)異常的檢修策略

首先是壓力示數(shù)異常的故障排查，需要排查軋機液壓系統(tǒng)的壓力傳感器在接線及供電方面是否存在異常，若調(diào)整接觸點位后仍然無法正常顯示驅(qū)動側(cè)的軋制壓力示數(shù)，可以嘗試將壓力傳感器拆除后接入測試電路，觀察是否為傳感器自身故障。確認傳感器無故障損壞后，將操作側(cè)與驅(qū)動側(cè)的控制面板模塊從軋機機架的供電回路中分離，用測試電路入端1.5 V電壓，檢查其是否可以正常顯示示數(shù)。若此時仍然無法解決故障，且發(fā)現(xiàn)此時PLC點信號燈告警，則說明顯示失常的原因在于PLC控制程序的信號輸出問題。若PLC控制程序信號燈未告警，則說明軋機Profibus-DP通信系統(tǒng)存在故障，例如DP線短路、通信板卡損壞或DP頭接觸不良。

其次是軋制過程中的示數(shù)誤報問題，例如正常軋制狀態(tài)下控制面板發(fā)出斷帶告警。故障原因主要有如下幾點。一是軋輥卷曲機的編碼器存在異常工況，此時應(yīng)當(dāng)在軋制完成后，停機檢查卷曲編碼器的航空頭接線是否存在松動、虛接問題。二是卷徑測量無示數(shù)，應(yīng)當(dāng)檢查測速輥編碼器、計數(shù)器是否存在損壞。更換編碼器后，還需將本地控制程序重新加載，使卷徑測量程序恢復(fù)正常運行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

三十輥與二十輥軋機2種經(jīng)常被用于帶鋼、箔材等高精密加工用途的生產(chǎn)設(shè)備，為了實現(xiàn)高精確度的傳動控制功能，這2類軋機的電氣系統(tǒng)設(shè)計極其復(fù)雜，因此在使用過程中很難避免出現(xiàn)電子元件或線路老化損壞的問題，從而影響軋機的加工使用質(zhì)量。因此，需要軋機技術(shù)維修人員熟練掌握軋機電氣系統(tǒng)連接與調(diào)試技巧，認真了解軋機的內(nèi)部運行結(jié)構(gòu)，合理分析可能的故障原因，在此基礎(chǔ)上合理制訂電氣故障的診斷維修計劃，確保軋機設(shè)備可靠穩(wěn)定運行。