1300 t 冷剪動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

匡語唐

（新余鋼鐵集團(tuán)公司線棒材廠，江西新余 338001）

0 引言

新鋼線棒材廠1300 t 國產(chǎn)冷剪自2013 年9 月15 日投產(chǎn)以來因?qū)Ω黝愡\(yùn)動(dòng)副的狀態(tài)缺乏在線有效監(jiān)測，運(yùn)動(dòng)副失效出現(xiàn)過多次重大事故，對生產(chǎn)造成巨大損失，這幾類典型的事故發(fā)生前均需要經(jīng)歷一段狀態(tài)劣化期，如能及時(shí)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)并加以處理是完全能避免重大事故的發(fā)生，所以研發(fā)冷剪動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)并投入應(yīng)用顯得十分必要而且緊迫。

1 典型事故

幾次典型的運(yùn)動(dòng)副失效產(chǎn)生的事故分別為：①飛輪軸承損壞事故。分別在2014 年7 月5 日、2014 年9 月21 日及2014 年10 月5 日，每次事故造成的停產(chǎn)時(shí)間均超過24 h，尤其是2014年10 月5 日的事故，由于軸承失效造成冷剪不能使用，后停產(chǎn)7 d 進(jìn)行改造維修；②偏心軸銅套磨損失效事故，分別在2014年2 月、2015 年4 月，銅套因長時(shí)間缺油引起溫升高、發(fā)熱導(dǎo)致偏心軸抱死造成3 d 停產(chǎn)檢修；③上刀架銅側(cè)滑板磨損失效事故，分別在2013 年12 月、2014 年7 月，滑動(dòng)摩擦副缺油引起溫升高、發(fā)熱，導(dǎo)銅滑板連接螺栓被剪短而掉落。

2 冷剪典型事故現(xiàn)象及原因分析

2.1 飛輪軸承損壞事故

現(xiàn)象及原因分析：冷剪投產(chǎn)不到1 年飛輪就因軸承損壞出現(xiàn)事故，特別是第三次事故僅靠更換飛輪軸承已不能恢復(fù)生產(chǎn)，飛輪端部漏油嚴(yán)重，飛輪皮帶容易磨損，電機(jī)剪切電流偏大，冷剪故障時(shí)間平均350 min/月以上。

（1）飛輪軸承選型分析。飛輪選擇的兩個(gè)支撐軸承型號均為SKF23044CC/W33，該軸承為普通徑向游隙鋼保持架調(diào)心軸承，該型號軸承徑向游隙較小；兩個(gè)支撐軸承為同型號的調(diào)心軸承，軸承沒有軸向定位功能，不能承受飛輪的偏心載荷，因此軸承易發(fā)熱損壞甚至燒死。

（2）軸承潤滑不足因素分析。軸承內(nèi)外圈隔套由兩個(gè)分體圓環(huán)構(gòu)成，其空腔很大，要加入大量滑脂才能進(jìn)入軸承滾道，因此易出現(xiàn)因加油量不足而欠潤滑現(xiàn)象；端壓蓋上的唇油封易與軸套產(chǎn)生摩擦造成軸高溫使軸承潤滑失效而損壞；骨架油封與軸摩擦產(chǎn)生熱量使?jié)櫥А?/p>

（3）狀態(tài)劣化過程的監(jiān)測失效導(dǎo)致事故的發(fā)生。由于軸承選型的不合理及運(yùn)行過程中軸承潤滑條件不充分造成剪切電流不斷增大，而對這一現(xiàn)象缺乏有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測，故障得不到及時(shí)處置最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.2 偏心軸銅套磨損失效事故

冷剪偏心主軸銅套在運(yùn)行過程中長時(shí)間得不到有效潤滑，頻繁的產(chǎn)生干摩擦使得銅套溫度升高，剪切電流不斷增大，事故臨界狀態(tài)未得到有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測，故障得不到及時(shí)處置最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.3 上刀架銅側(cè)滑板磨損失效事故

冷剪在剪切的上下動(dòng)作過程中與銅側(cè)滑板之間的運(yùn)動(dòng)副頻繁出現(xiàn)缺油或斷油現(xiàn)象，銅側(cè)滑板得不到充分潤滑產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，最后導(dǎo)致事故發(fā)生。

3 在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究開發(fā)

冷剪的幾個(gè)典型事故已對生產(chǎn)經(jīng)營產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，針對此廠里成立了專門的攻關(guān)組，就曲軸銅軸承、滑板滑動(dòng)軸承運(yùn)行的動(dòng)態(tài)溫度及冷剪負(fù)載電流在線實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)。

3.1 溫度在線檢測技術(shù)的研究開發(fā)

冷剪各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的潤滑情況需由人工進(jìn)行點(diǎn)檢檢測，一旦點(diǎn)檢維護(hù)不到位就會造成設(shè)備劣化趨勢失控，最后構(gòu)成事故，曲軸銅軸承及滑板滑動(dòng)軸承由于缺油造成燒死直到冒青煙才發(fā)現(xiàn)，此時(shí)已構(gòu)成設(shè)備事故，為此，攻關(guān)組參照高線精軋機(jī)溫度在線動(dòng)態(tài)檢測診斷系統(tǒng)，自行設(shè)計(jì)開發(fā)1 套1300 t 冷剪在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，工作原理如圖1 所示，即在冷剪主要運(yùn)動(dòng)副的潤滑點(diǎn)安裝溫度傳感器對溫升進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測，并將系統(tǒng)所監(jiān)測的參數(shù)與冷剪運(yùn)行實(shí)行聯(lián)機(jī)保護(hù)，設(shè)置報(bào)警點(diǎn)和保護(hù)跳閘點(diǎn)，將檢測參數(shù)與冷剪運(yùn)行的其他參數(shù)一同顯示在畫面上，出現(xiàn)異常既可以遠(yuǎn)程操作控制也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)，確保冷剪的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 溫度在線監(jiān)測原理

3.2 負(fù)荷在線檢測技術(shù)的開發(fā)

冷剪運(yùn)行負(fù)載電流的顯示原設(shè)計(jì)要求是在配電柜顯示屏上以模擬量輸出形式顯示，不方便實(shí)時(shí)監(jiān)視冷剪的負(fù)載變化，針對此公關(guān)組對信號傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，將原模擬輸出轉(zhuǎn)化成數(shù)字輸出，然后進(jìn)行編程將載荷檢測信息以數(shù)字形式顯示在操作室的計(jì)算機(jī)畫面上，進(jìn)而可即時(shí)掌握監(jiān)控冷剪運(yùn)行的載荷變化情況，為了接收處理冷剪電流信號在冷床PLC 增加西門子模擬量模塊6ES7-331-7NF00-0AB0（本圖代號A07），電流變送器4、5 端子接收原冷剪電機(jī)啟停軟啟動(dòng)柜內(nèi)電流互感器輸入信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換通過電流變送器23、24 端子輸出4～20 mA 電流信號，新增模塊A07 的23、24 端子用于PLC 程序讀取冷剪電流，輸入地址PIW336，編程讀取PIW336 地址信號處理后得出冷剪實(shí)際電流，經(jīng)檢測比較誤差在2%左右，編程得出冷剪實(shí)際信號后在人機(jī)界面HMI 上作電流顯示便于觀察。負(fù)載電流在線監(jiān)測原理如圖2 所示，通過了解掌握其變化量即時(shí)調(diào)整各運(yùn)行單元，改善剪切效果，保證冷剪長期處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

將冷剪原負(fù)載電流的輸出輸入模塊及線路進(jìn)行改造，改造后可將載荷電流值直接下載在操作室計(jì)算機(jī)界面，并設(shè)定聲光報(bào)警系統(tǒng)，操作人員可方便的進(jìn)行監(jiān)控；自主設(shè)計(jì)的溫度在線檢測系統(tǒng)安裝在1300 t 冷剪上，可實(shí)時(shí)檢測冷剪曲軸運(yùn)動(dòng)副各滑動(dòng)軸承的溫度變化情況，并將輸出參數(shù)接入到聯(lián)機(jī)保護(hù)，可確保設(shè)備運(yùn)行安全高效。

圖2 負(fù)載電流在線監(jiān)測原理

4 在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效果

4.1 冷剪運(yùn)行的動(dòng)態(tài)參數(shù)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控

攻關(guān)組將冷剪各運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)行溫度和載荷電流實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)顯示操作畫面上（圖3），便于操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，各參數(shù)設(shè)置了紅色報(bào)警值，在嚴(yán)重狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)保護(hù)。

4.2 取得的直接效果

圖3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測參數(shù)在人機(jī)畫面上的顯示效果

表1 2015 年與2016 年各項(xiàng)指標(biāo)對照表

冷剪運(yùn)行動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)于2015 年完成，同年年底投入應(yīng)用，表1 為2015 年與2016 年在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用前后的幾項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比。

從表1 可以看出，冷剪的動(dòng)態(tài)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，使得冷剪的各項(xiàng)運(yùn)維指標(biāo)得到明顯的改善，事故故障時(shí)間同比全年減少2652 min，備件材料消耗同比全年減少16.889 1 萬元，產(chǎn)品質(zhì)量異議損失同比全年減少300 t 約25 萬元。

5 產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

5.1.1 減少事故故障時(shí)間增加產(chǎn)量增效

事故故障時(shí)間平均每月可減少221 min，按機(jī)時(shí)產(chǎn)量210 t/h計(jì)算，每月可增產(chǎn)：221 min÷60 min/h×210 t/h×83%=642 t，年創(chuàng)效：642 t×400 元/噸×12=308.1 萬元。

5.1.2 降低備件材料消耗增效

備件材料消耗由項(xiàng)目實(shí)施前的平均每月3.26 減少至1.85，平均每月可減少約1.407 萬元（主要減少了摩擦盤及飛輪軸承消耗），則年創(chuàng)效：1.407×12=16.88 萬元。

5.1.3 減少質(zhì)量異議損失增效

改進(jìn)前由冷剪帶來的質(zhì)量損失月均為35 t，改進(jìn)后降低為10 t，減少產(chǎn)品質(zhì)量損失增效約為：300 t/a×400 元/噸×12=144.00 萬元，合計(jì)增效：308.1+16.88+144.00=453.78 萬元。

5.2 社會效益

通過項(xiàng)目的實(shí)施可以對設(shè)備的劣化趨勢進(jìn)行有效掌控，提高對設(shè)備事故故障預(yù)知預(yù)判，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性檢修，大幅降低了1300 t 冷剪事故故障率，提高了生產(chǎn)有效作業(yè)時(shí)間，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力；通過項(xiàng)目的實(shí)施可以大幅度減少檢修時(shí)間，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，集中精力強(qiáng)化對設(shè)備的日常維護(hù)，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行；通過項(xiàng)目的實(shí)施可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高品牌知名度，維護(hù)公司在市場上的良好形象。

6 結(jié)束語

自主開發(fā)的1300 t 冷剪溫度及負(fù)載電流在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)自主設(shè)計(jì)制造及引進(jìn)消化的1200 t 以上冷剪上的應(yīng)用尚屬首次，具有廣泛的推廣和應(yīng)用價(jià)值，對公司的科技進(jìn)步具有較強(qiáng)的推進(jìn)作用。