裝鋼機電機功率不足的故障分析及解決方法探討

李廣毅

摘 要 結合安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠1780熱連軋加熱爐裝鋼機電機實際使用工況，介紹現場裝鋼機電機功率不足出現的故障現象和解決方式。

關鍵詞 裝鋼機電機;轉矩;功率;力矩

引言

安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠，擁有年煉鋼600萬噸，軋鋼550萬噸的能力，其中1780熱連軋生產線中加熱爐是重要的工藝設備。該生產線建有三座加熱爐，每座加熱爐加熱能力350噸/小時，正常生產時要求每140秒就要裝一塊板坯到加熱爐內，裝鋼節奏非常快，這就要求裝鋼機運行平穩，不能出現嚴重故障。

每座加熱爐配備2臺裝鋼機，裝鋼時，裝鋼機采用液壓升降托舉板坯，然后電機拖動裝鋼臂前進到設定位置，液壓缸下降，到位后電機帶動裝鋼臂后退到初始位置，往復循環，完成加熱爐裝鋼過程。

根據訂單不同，板坯重量在16-32噸左右，每座加熱爐裝鋼過程時間控制在50s之內。裝鋼機平移采用相同兩臺電機共同驅動，電機之間通過硬軸連接，電氣控制采用轉矩主從控制的方式，變頻器使用兩臺ABB ACS800系列多傳變頻器調速，額定輸出電流147A。

原電機參數如下：

型號：YTSZ225M-6? ? ? ? ? 額定功率：30kW

額定電壓：380V? ? ? ? ? ? ?額定電流：55A

額定頻率：50Hz? ? ? ? ? ? ?額定轉矩：290Nm

額定轉速980rpm

裝鋼機從工程投產后，各種故障頻發，其中困擾最大且影響生產順行的就是裝鋼機電機變頻器頻繁報2310過流和2340短路故障，每次報故障只能更換變頻器，幾年下來陸續更換十多臺變頻器，造成嚴重備件浪費。為解決這個問題，我們對此問題進行了多方面的分析論證。

1故障原因分析

1.1 傳動控制原因

加熱爐裝鋼機變頻器采用ABB公司成熟的ACS800-104-0175-3多傳變頻器，系統軟件版本7.3，采用DTC直接轉矩控制方式。變頻器頻繁報過流和短路故障，經過多次檢測排除現場電纜和電機短路后，懷疑變頻器設定參數有問題，于是多次調整更改變頻器參數和對電機進行辨識[1]。

ABB ACS800系列變頻器速度控制器基于PID控制，傳遞函數如下：

變量u是速度控制器的輸出，e是速度誤差信號（實際值和給定值之差），Y是輸出，Yr是給定值，U是控制器的輸出;

通過DRIVEWINDOW軟件，監控1.06電機電流，1.02電機速度，1.07電機轉矩，2.18電機速度給定，2.19從機速度給定，2.20從機轉矩給定等信號，多次分析對比各項參數，發現電機電流、速度、轉矩在啟動時都有震蕩現象。于是根據波形反映的實際情況多次調整電機速度給定的24.03增益KPS、24.09積分時間TIS，觀察波形并記錄分析，最終發現：當速度增益KPS增大時，電機電流和轉矩也隨著增大，震蕩更加頻繁，電流和轉矩頻繁超過限幅后報故障停機;當速度增益KPS減小時，電機電流和轉矩減小，但速度來回震蕩甚至出現負轉矩，電機在啟動時速度來回震蕩;配合增益同時多次調整積分時間，當積分時間減小時震蕩加劇，增加積分時間過大時也沒有速度反饋，電機啟動失敗。

通過多次調整參數嘗試，電機運行狀況沒有改善，伴隨著裝鋼機使用年限增加機械磨損情況更加嚴重，變頻器過轉矩和過電流的情況更是頻繁出現。從變頻器入手已經不能解決該問題，只能考慮電機功率不足的可能性。

1.2 電機轉矩驗證計算

裝鋼機動作為裝鋼機上推頭將輥道上的板坯推正、升起、前進、落下、退回，在推正和托起板坯前進的過程中消耗的能量較大，并且根據現場實際觀察統計，電機過流故障主要發生在板坯推正后裝鋼臂抬升到位后報閘打開瞬間，此時電機驅動齒輪的力矩是為了克服摩擦力與重力的軸向分力對齒輪產生的總力矩，圖解分析如圖1。

根據力矩平衡原理于是有

[2]

其中P計為計算出的機械功率;

n為驅動齒輪轉速，根據電機最大轉速和減速比計算為19.6rpm;

Fm為托輪和壓輪對裝鋼臂產生的摩擦力，查機械圖紙數值計算后約為18000N，考慮到現場磨損和潤滑等情況，取系數1.1，總摩擦力19800N;

G1為板坯重量，最大32000kg;

G2為裝鋼臂重量，查圖紙11320kg;

α為抬升角度，根據現場測量計算，α約為2.3度;

d為驅動齒直徑，查圖560mm;

將以上數據代入，得到P計≈29.142kW

考慮到機械傳動效率η=0.9和電機克服啟動慣性的增大系數K=1.5，則電機功率為

雖然設計安裝的兩臺電機功率達到60kW，總功率要比計算出的電機功率大，看似符合使用情況，但是當抬升角如果繼續增大，那么重力水平分量就會增大，或者當潤滑不良等情況發生時摩擦力增大，電機功率就不夠用了[2]。

2解決方法

通過分析研究，最終確認是電機功率不足造成的這種故障，為解決這個問題，我們主要從兩方面解決，

（1）降低裝鋼機抬升角度，從原來的250mm高度降低到180mm;

（2）更換裝鋼機電機，將30kW電機更換成55kW，通過調整優化變頻器參數，電機運行情況良好，電流、轉矩、速度響應有了明顯改觀（如圖2），從改造完成后已經3年沒有出現過流和短路故障，證明電機功率確實不夠，解決方法正確。

3結束語

裝鋼機在生產過程中起著至關重要的作用，它運行情況直接影響整條生產線的生產節奏和產量。正確分析裝鋼臂的受力過程，可以正確計算電機功率，并為液壓升降式板坯裝鋼機的驅動電機、減速機、聯軸器等部件合理選型提供依據。

參考文獻

[1] 王正剛，章其永.液壓升降式板坯裝鋼機電機功率計算[J].現代冶金，2013，41（4）：51-52.

[2] 楊海君.西昌2050熱軋加熱爐裝鋼機推鋼能力研究[J].中國設備工程，2018（8）：90-91.