冷軋4輥軋機(jī)傾斜異常的研究與應(yīng)用

唐會(huì)龍

(湖南婁底華菱漣鋼冷軋板廠，湖南 婁底 417009)

冷軋4輥軋機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)板型不受控的現(xiàn)象，其中最主要最常發(fā)生的就是傾斜異常的問(wèn)題。傾斜異常是指操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)的壓力差值很大或者不穩(wěn)定突變，此值如果較大，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑增加了操作難度；如果傾斜值發(fā)生突變，產(chǎn)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?shī)W鋼聯(lián)4輥平整機(jī)壓下軋機(jī)為例，分析傾斜產(chǎn)生的機(jī)理，找出解決傾斜異常的方法。

1 軋制力計(jì)算原理和傾斜原因分析

搞清軋制力差值的原因，需從軋機(jī)內(nèi)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(dòng)側(cè)；OS-操作側(cè)；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(cè)量值；R-軋制力測(cè)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(jī)軋制力測(cè)量圖Fig.1 Rolling force measurement diagram of rolling mill

油缸液壓壓下力的計(jì)算公式：傳動(dòng)側(cè)壓下油缸壓力，F(xiàn)H.DS=Ppist.DS×Apist-Prod×Arod；操作側(cè)壓下油缸壓力，F(xiàn)H.OS=Ppist.OS×Apist-Prod×Arod。通過(guò)軋機(jī)內(nèi)部安裝的壓力傳感器測(cè)量的壓力值來(lái)計(jì)算軋制力，傳動(dòng)側(cè)軋制力，F(xiàn)R.DS=FH.DS+0.5×FGTOP.BUR+0.5×FGTOP.WR+FG,SPTOP_WR-FBAL.DSTOP_BUR-0.5×FBENWR；操作側(cè)軋制力，F(xiàn)R.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(dòng)側(cè)和操作側(cè)的壓力值只有一個(gè)區(qū)別，就是傳動(dòng)側(cè)需要加上工作輥支承軸的重力。從以上幾個(gè)公式來(lái)分析，影響軋制力差值的因素主要有以下幾個(gè)方面：

(1)壓下油缸泄露引起傾斜異常

壓下油缸泄漏會(huì)明顯影響壓下的速率和響應(yīng)速度，導(dǎo)致明顯的傾斜差值。壓下油缸泄露的情況分為內(nèi)泄和外泄。通常外泄很容易發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)明顯的漏油或者滲油現(xiàn)象，這種情況下必須把油缸解體更換密封或者修復(fù)磨損缸體才能解決；內(nèi)泄就比較隱蔽，也不能通過(guò)點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)。通常解決內(nèi)泄的方法就是根據(jù)廠家提供的油缸說(shuō)明書(shū)，到了年限必須進(jìn)行解體檢查。筆者碰到過(guò)壓下油缸有直接嚴(yán)重漏油的現(xiàn)象，表現(xiàn)的現(xiàn)象就是軋機(jī)傾斜值很大，不受控，板型很難調(diào)節(jié)；更換油缸之后，傾斜異常現(xiàn)象立即消失。

(2)彎輥系統(tǒng)異常引起傾斜異常

從傳動(dòng)側(cè)軋制力公式和操作側(cè)軋制力公式得知，彎輥系統(tǒng)的問(wèn)題也會(huì)造成傾斜值異常。彎輥系統(tǒng)由2個(gè)伺服閥控制4個(gè)彎輥油缸來(lái)完成，油缸動(dòng)作通過(guò)彎輥滑塊來(lái)調(diào)節(jié)，滑塊是容易出問(wèn)題的一個(gè)部件，軋機(jī)內(nèi)部經(jīng)常清洗，加上乳化液等各類混合物會(huì)堆積在滑塊與牌坊的間隙里，造成滑塊動(dòng)作卡阻。

(3)伺服控制系統(tǒng)異常引起的傾斜異常

軋機(jī)內(nèi)部的壓下系統(tǒng)、彎輥系統(tǒng)等全是靠伺服閥來(lái)控制執(zhí)行的，一旦伺服控制閥死區(qū)偏大或者液壓系統(tǒng)油質(zhì)油品不好也會(huì)造成傾斜異常。

(4)軋機(jī)內(nèi)部傳感器異常造成的傾斜異常

軋機(jī)內(nèi)部在傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)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(dá)5μm。位置傳感器通常在穿帶、校輥、輥縫開(kāi)閉合的過(guò)程起到控制反饋?zhàn)饔茫谲堜撨^(guò)程中主要起到監(jiān)視作用。圖2(a)是1個(gè)位置傳感器異常時(shí)的曲線圖，從圖中可知在穿帶過(guò)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(dǎo)致伺服閥的輸出也出現(xiàn)震蕩情況。圖2(b)是正常情況下的曲線圖，兩個(gè)曲線的參數(shù)設(shè)置一樣，從兩個(gè)圖形的對(duì)比可以明顯看出圖2(a)情況下位置控制已經(jīng)嚴(yán)重失效。更換位置傳感器之后故障現(xiàn)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(lái)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(jī)方面的干擾因素。當(dāng)一邊軸承間隙慢慢變大時(shí)，軋機(jī)兩側(cè)軋制力差也變大，且是一種加速度變大的趨勢(shì)，所以當(dāng)兩邊軸承間隙不同時(shí)，對(duì)兩邊軋制力的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。圖3表明了軋輥軸承間隙與軋制力差的一種關(guān)系圖，間隙越大，軋制力差值成加速度趨勢(shì)增大。通常情況下要求軋輥軸承間隙值保證在0.03mm以內(nèi)。

(6)輥縫異常打開(kāi)造成的傾斜異常

高速軋鋼的過(guò)程中，如果出現(xiàn)輥縫打開(kāi)的現(xiàn)象，將直接會(huì)切換到位置控制模式，同時(shí)延伸率閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為開(kāi)環(huán)。傾斜控制會(huì)出現(xiàn)一個(gè)階躍響應(yīng)，這個(gè)階躍響應(yīng)會(huì)造成傾斜值在短短幾秒內(nèi)從正偏差直接跳到負(fù)偏差，極易傷輥。圖4為高速軋制過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況。

圖3 軋輥軸承間隙與軋制力差關(guān)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(wèn)題，對(duì)于外泄現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)比較容易，主要解決方案是加強(qiáng)日常點(diǎn)檢。內(nèi)泄則需要經(jīng)過(guò)分析，筆者的經(jīng)驗(yàn)是通過(guò)一定的過(guò)程分析軟件(比如IBA在線監(jiān)測(cè)分析軟件)，分析兩邊油缸的動(dòng)作情況是否同步等綜合來(lái)判斷。

(2)彎輥系統(tǒng)輸出的彎輥力是總軋制力的一部分，如果彎輥系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題也會(huì)造成傾斜偏大，彎輥的作用主要用來(lái)調(diào)整板型以及在位置控制過(guò)程中用來(lái)調(diào)整輥縫。彎輥出問(wèn)題有幾個(gè)方面，最多的是銅滑塊起毛或者潤(rùn)滑不好造成卡阻，這樣在開(kāi)閉輥縫的過(guò)程中勢(shì)必造成操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)壓下不一致，解決方法就是每個(gè)換輥周期對(duì)滑塊進(jìn)行打油潤(rùn)滑，每隔半年更換滑塊一次；另外彎輥伺服系統(tǒng)也會(huì)造成傾斜偏大，主要解決方案就是對(duì)伺服閥系統(tǒng)進(jìn)行清洗，濾芯及時(shí)更換必要時(shí)更滑伺服閥。

(3)液壓伺服控制系統(tǒng)也會(huì)造成傾斜變大，主要是對(duì)壓下油、油缸的伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)點(diǎn)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(shí)更換。

(4)軋機(jī)內(nèi)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(lái)測(cè)量壓下油缸的輸出力，一旦異常，整個(gè)軋制力控制閉環(huán)將會(huì)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(wú)外力作用下不容易損壞，所以日常需要加強(qiáng)點(diǎn)檢，但壓力傳感器損壞有個(gè)明顯的特點(diǎn)就是一旦損壞將沒(méi)法進(jìn)行軋鋼生產(chǎn)。另外位置傳感器的損壞也會(huì)造成傾斜異常，但和壓力傳感器損壞表現(xiàn)的故障現(xiàn)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(guò)程和軋機(jī)開(kāi)閉輥縫過(guò)程中，軋鋼的時(shí)候位置控制是沒(méi)有起作用的，所以位置傳感器失效的時(shí)候主要就是在穿帶過(guò)程或校輥過(guò)程中傾斜異常。筆者所處理的位置傳感器問(wèn)題是由于位置傳感器采用的PROFIBUS通訊協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(gè)系統(tǒng)工作，解決的方案就是日常軋輥管理精度要可控，數(shù)據(jù)能夠追溯，超過(guò)范圍的淘汰，軋機(jī)的精度管理務(wù)必到位落實(shí)。

(6)軋鋼過(guò)程中傾斜異常突變，這種情況最為復(fù)雜，主要是發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間很短，操作人員無(wú)法做有效處理，只能任其傷輥甚至斷帶。此問(wèn)題主要原因是軋制過(guò)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(huì)有一個(gè)短時(shí)間的大波動(dòng)。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(gè)誤信號(hào)導(dǎo)致開(kāi)輥縫，持續(xù)時(shí)間很短(約0.1s)，在0.1s之后系統(tǒng)又恢復(fù)到軋制力控制。在這個(gè)過(guò)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(nèi)發(fā)生了幾次控制切換，造成傾斜值從正幾十kN到負(fù)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(xiàn)場(chǎng)對(duì)壓力油缸、彎輥油缸等信號(hào)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(xiàn)傾斜突變現(xiàn)象，只能從完善工藝控制程序上來(lái)規(guī)避。對(duì)延伸率控制、軋制力控制、位置控制的信號(hào)做低通濾波，排除干擾因素。對(duì)傾斜控制來(lái)說(shuō)，發(fā)生此種現(xiàn)象不能直接從“ramp”控制直接切到“balance”控制，因?yàn)檫@兩種控制的初始值不一樣，一旦直接切換，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生突變。筆者的做法是廢掉“balance”控制，從“ramp”到“ramp”，這樣就會(huì)有個(gè)緩沖，程序完善后的效果如圖5，和圖4明顯不同。

3 結(jié)語(yǔ)

近幾年我廠反反復(fù)復(fù)出現(xiàn)傾斜異常的問(wèn)題，每次都會(huì)給生產(chǎn)造成很大的困擾。特別是高速軋鋼過(guò)程中，傾斜異常突變給我們?cè)斐闪朔浅４蟮睦_，經(jīng)過(guò)此番研究，目前已經(jīng)解決了傾斜異常突變的問(wèn)題。