γ射線凸度儀的探頭移動(dòng)故障分析及預(yù)防措施

余榮超,周偉中

(寶山鋼鐵股份有限公司1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司,廣東 湛江 524072; 2.設(shè)備部,上海 201999)

1 概述

厚板凸度儀位于精軋機(jī)后,用于實(shí)時(shí)測(cè)量每道次板材的厚度、凸度和楔度,該凸度儀采用的是3顆獨(dú)立的天然放射源137Cs作為γ射線測(cè)量源,出廠活度為1.85×1012Bq,分別位于測(cè)量板材的傳動(dòng)側(cè)、中心側(cè)和操作側(cè)位置,其設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。C型架下臂內(nèi)部含有放射源,上臂內(nèi)部含有探頭,即檢測(cè)器,C型架中間為被測(cè)板材。射線由下臂準(zhǔn)直器出射后經(jīng)由板材,由于射線穿過(guò)板材的過(guò)程中存在射線能量的衰減,根據(jù)穿過(guò)板材后檢測(cè)出的射線能量大小可以計(jì)算出板材的厚度值,凸度儀正是基于此原理進(jìn)行厚度測(cè)量的。

圖1 凸度儀結(jié)構(gòu)圖

凸度儀采用的是天然γ射線放射源,其射線的能量高,穿透能力強(qiáng),可測(cè)量范圍寬,比較適用于中厚板板材的測(cè)量,甚至當(dāng)厚度≥30 mm時(shí)只能用γ射線凸度儀測(cè)量。生產(chǎn)軋制時(shí),兩個(gè)邊部的放射源源罐和探頭同步移動(dòng),不同寬度的板材寬度方向測(cè)量點(diǎn)不一樣,但測(cè)量點(diǎn)距邊部的距離為固定值,該定值由工藝人員確定,一般在100～150 mm之間。探頭與放射源源罐根據(jù)上位機(jī)設(shè)定值寬度與邊部測(cè)量點(diǎn)定值計(jì)算出移動(dòng)距離,中心側(cè)的厚度減去兩側(cè)測(cè)量點(diǎn)位置的厚度平均值,即得到板材斷面的凸度,因此測(cè)量點(diǎn)的位置嚴(yán)重影響著凸度控制。

2 故障情況

該厚板凸度儀是寶鋼于2007年從德國(guó)IMS公司引進(jìn)的,湛江鋼鐵自2016年起使用至今,2019年5月開始出現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中探頭無(wú)法到達(dá)指定測(cè)量位置的情況,其邊部的測(cè)量探頭所在位置時(shí)而準(zhǔn)確時(shí)而錯(cuò)誤,故障具有出現(xiàn)時(shí)機(jī)的隨機(jī)性和測(cè)量探頭所在位置的隨機(jī)性,這對(duì)厚板產(chǎn)品凸度及平面質(zhì)量控制產(chǎn)生了嚴(yán)重的沖擊。

3 原因分析

3.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

首先需要了解控制邏輯及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的情況。兩側(cè)的移動(dòng)探頭各自由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)獨(dú)立控制,但通過(guò)同一根傳動(dòng)軸的兩個(gè)齒帶傳動(dòng),對(duì)應(yīng)側(cè)的移動(dòng)探頭(上臂)和放射源(下臂)同步動(dòng)作,探頭機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,確保了在移動(dòng)過(guò)程中探頭和源罐動(dòng)作的同步性。

圖2 探頭機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工況和使用維護(hù)情況

3.2.1 工況情況

該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及移動(dòng)探頭和放射源源罐機(jī)構(gòu)等均位于設(shè)備腔體的內(nèi)部,并且有良好的密封和水套冷卻,從設(shè)計(jì)上就隔絕了粉塵和外界水汽的影響,腔體內(nèi)部有正壓壓縮空氣和冷卻水套,確保生產(chǎn)850 ℃的板材時(shí)內(nèi)部溫度依舊不超過(guò)50 ℃,使用工況環(huán)境良好。

3.2.2 使用維護(hù)情況

經(jīng)對(duì)螺栓緊固情況進(jìn)行確認(rèn),擰緊力矩和擰緊方法符合規(guī)范要求。齒帶無(wú)明顯磨損,同步輪動(dòng)作順暢,轉(zhuǎn)軸定期潤(rùn)滑到位,動(dòng)作流暢,齒帶與轉(zhuǎn)軸實(shí)際使用情況如圖3所示,排除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)維護(hù)不到位的情況。

圖3 齒帶與轉(zhuǎn)軸實(shí)際使用情況

3.3 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與編碼器情況

從動(dòng)力來(lái)源分析,電動(dòng)機(jī)有可能為故障點(diǎn),經(jīng)檢查探頭驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)無(wú)明顯異常,由于故障的發(fā)生存在隨機(jī)性,對(duì)探頭驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了更換,后續(xù)跟蹤故障仍然不時(shí)存在。同時(shí)對(duì)探頭位置編碼器的接線及供電等情況進(jìn)行緊固檢查,編碼器的異常可能會(huì)影響到探頭的位置數(shù)據(jù),因而實(shí)際位置無(wú)法準(zhǔn)確到達(dá),后續(xù)更換編碼器后故障仍然存在。因此,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與編碼器不是故障原因。

3.4 源罐與測(cè)量探頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)

源罐的移動(dòng)和測(cè)量探頭的移動(dòng)可以認(rèn)為是探頭驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu),對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作情況和使用情況檢查十分必要。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒帶帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)軸又通過(guò)兩個(gè)同步盤上的兩個(gè)齒帶分別帶動(dòng)上部移動(dòng)探頭和下部放射源源罐動(dòng)作。

對(duì)上臂移動(dòng)探頭進(jìn)行了開蓋板檢查,軌道潔凈,兩側(cè)的移動(dòng)探頭在線性軌道上動(dòng)作流暢,排除移動(dòng)探頭的原因。考慮到上臂的移動(dòng)探頭和下臂的放射源源罐是由同一根傳動(dòng)軸做同步動(dòng)作,因此若源罐的移動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題,也會(huì)導(dǎo)致探頭的移動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題,進(jìn)而表現(xiàn)為探頭無(wú)法移動(dòng)到指定位置,需要進(jìn)一步檢查下臂。

打開下臂兩層蓋板后,通過(guò)手動(dòng)控制兩側(cè)源罐的移動(dòng)可以直觀觀察到動(dòng)作情況,明顯發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的探頭移動(dòng)不流暢,在到達(dá)指定位置的過(guò)程中顯得非常困難,尤其是傳動(dòng)側(cè)。進(jìn)一步對(duì)源罐的移動(dòng)軸承做針對(duì)性解體檢查,該側(cè)兩個(gè)移動(dòng)軸承上的滾輪均存在不同程度的磨損,每組軸承上有4個(gè)固定滾輪(X軸和Y軸各兩個(gè)),其中個(gè)別滾輪已經(jīng)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng),如圖4所示。原本的滾動(dòng)摩擦變成移動(dòng)摩擦,滾輪不轉(zhuǎn)動(dòng)則移動(dòng)阻力增大,進(jìn)而導(dǎo)致放射源源罐移動(dòng)動(dòng)作卡阻和不暢,由于是同步動(dòng)作,外部表現(xiàn)出來(lái)為測(cè)量移動(dòng)探頭卡阻無(wú)法到達(dá)指定位置,動(dòng)作不順暢則是隨機(jī)性的原因,因此源罐移動(dòng)軸承卡阻為故障點(diǎn)。

圖4 移動(dòng)軸承實(shí)際使用情況

4 對(duì)策研究

4.1 新增探頭位置可視化和位置異常報(bào)警功能

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,防范于未然,增加了探頭可視化的位置跟蹤功能,將邊部?jī)蓚?cè)的測(cè)量探頭距板材邊部的實(shí)時(shí)位置計(jì)算出來(lái)并顯示在計(jì)算機(jī)主畫面,如圖5所示,可以實(shí)時(shí)查看移動(dòng)探頭的位置數(shù)據(jù),提供給操作維護(hù)人員。

圖5 實(shí)時(shí)顯示兩側(cè)探頭距邊部的距離

進(jìn)一步增加位置異常的報(bào)警功能,將該位置的實(shí)際情況與設(shè)定的閾值進(jìn)行判斷,當(dāng)實(shí)際數(shù)值與理論計(jì)算值偏差超過(guò)±5 mm時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并提示對(duì)應(yīng)側(cè)探頭位置異常的信息,快速鎖定故障點(diǎn),便于操作人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障和處理故障,強(qiáng)化了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管控手段。

4.2 調(diào)整維護(hù)周期和更換潤(rùn)滑油品種

在對(duì)阻塞的移動(dòng)軸承拆解清洗過(guò)程中發(fā)現(xiàn),個(gè)別滾動(dòng)輪存在卡死和嚴(yán)重磨損現(xiàn)象,如圖6所示。期間清理出一些大顆粒的固態(tài)黑色異物,主要是線性導(dǎo)軌和移動(dòng)軸承滾輪之間的磨損金屬物、滾輪銹蝕凝結(jié)物和潤(rùn)滑油劣化后的顆粒混合物,滾輪內(nèi)部間隙出現(xiàn)銹蝕,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)不暢。從兩個(gè)方面改進(jìn),首先將之前的維護(hù)周期從1年調(diào)整為半年,即每半年進(jìn)行一次清潔和潤(rùn)滑檢查;第二個(gè)方面,之前使用的油為黃油,黃油具有黏性,容易粘連異物和摩擦磨損物,很快使油品被污染,顆粒物的聚集久而久之可能引起滾輪卡阻不動(dòng)作,目前已更換為液態(tài)潤(rùn)滑油。

圖6 移動(dòng)軸承的解體

4.3 正確的機(jī)械安裝

移動(dòng)軸承的安裝十分重要,拆解后回裝不正確也可能導(dǎo)致移動(dòng)不暢,軌道安裝示意圖如圖7所示。需要確保三點(diǎn),即前后的兩個(gè)移動(dòng)軸承安裝后確保方向平行,高度一致,多進(jìn)行平滑移動(dòng)測(cè)試,消除相互作用負(fù)面影響力;由于移動(dòng)軸承固定板與線性軌道有高度空間限制,需確保移動(dòng)軸承與源罐等部件與線性導(dǎo)軌之間無(wú)接觸摩擦;最后移動(dòng)軸承安裝后必須確保源罐準(zhǔn)直口與上臂探頭位置對(duì)中,可通過(guò)在開快門檢查全電壓值進(jìn)行確認(rèn)或調(diào)整。

圖7 移動(dòng)軸承與軌道示意圖

4.4 及時(shí)更換部件

適當(dāng)儲(chǔ)備備件,當(dāng)出現(xiàn)明顯磨損時(shí),及時(shí)更換移動(dòng)軸承。經(jīng)查詢?cè)撦S承為德國(guó)Franke公司產(chǎn)品,型號(hào)FDA45,滾輪表面為彈簧鋼,滾芯為軸承鋼,工作溫度為-20 ℃～+80 ℃,運(yùn)行在配備陽(yáng)極氧化鋁工藝的線性導(dǎo)軌上非常安靜平穩(wěn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

凸度儀邊部探頭的位置影響著生產(chǎn)人員對(duì)板材凸度的控制,因邊部探頭的頻繁移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)械方面的問(wèn)題,這個(gè)是儀表維護(hù)人員不可忽視的一個(gè)問(wèn)題,應(yīng)從機(jī)械維護(hù)和安裝方面加以關(guān)注。該故障具有普遍性,分析探頭移動(dòng)不到指定位置的根本原因是源罐移動(dòng)軸承的阻塞問(wèn)題,對(duì)此進(jìn)一步提出了對(duì)策辦法,并在計(jì)算機(jī)主頁(yè)面實(shí)時(shí)顯示邊部位置情況數(shù)據(jù),建立自動(dòng)判斷報(bào)警機(jī)制,完善管控手段,為設(shè)備順行、產(chǎn)品高質(zhì)量生產(chǎn)提供了保障。