横切线堆垛对中装置报警问题分析及改造

摘 要：本文介绍了首钢京唐公司40万吨横切机组堆垛机对中装置存在的电机超扭矩频繁报警问题，通过对对中装置机械结构研究分析，探索引起报警的各个因素，经过理论计算和自动化Iba软件对各个数据的采集，找出引起报警故障的原因，并针对存在的机械问题进行优化和改造，最终成功解决了存在的问题。

关键词：对中装置 超扭矩 减速箱 调整 改造

1.对中装置概述

40万吨横切线12套对中装置布置于堆垛机下方减速辊道之间，其功能是将定尺钢板成品在宽度方向上进行纠偏，以保证钢板在宽度方向上的堆垛质量。对中效果的好坏将直接影响到成品的包装质量（精度要求单张板之间偏差不大于2mm，板垛之间偏差不大于3mm），故对中装置的重要性举足轻重。实际使用时，对中装置在自动夹持钢板时经常出现超扭矩报警（程序设定电机输出扭矩报警值为9Nm），导致无法进行下一步的自动堆垛，影响生产节奏。对中装置虽机械结构简单，但是由于采用高灵敏度的伺服电机控制，所以控制精度要求较高，对机械设备各部件的制造、装配等精度要求也较为严格。

对中装置结构图

对中装置主要驱动单元为电机减速机，执行单元是装有车轮可沿着机架上轨道运行的对中小车，传动侧与操作侧各分别布置一个，对中小车上带有立辊用来实现钢板的夹持纠偏。其工作原理为：通过伺服电机驱动涡轮减速箱来带动装有齿条的对中小车装置来实现对钢板的夹持对中。两侧的对中小车通过与减速箱输出轴的齿轮啮合来实现开口度打开与关闭的同步性。对中装置工作时序为：在成品钢板进入辊道进行对中纠偏前，对中装置一方面根据成品钢板的长度数值通过程序自动计算具体那几组对中装置需投入使用，另一方面根据成品钢板的宽度自动打开到等待位置，当钢板进入辊道上减速为零时，对中装置开始对钢板宽度方向进行夹持纠偏，直至到达伺服电机编码器设定位置为止（设定偏差为0，即对中装置两侧立辊间距与钢板宽度一致），堆垛机对钢板进行堆垛。随后对中小车自动打开到等待位，进行下一次的循环动作。

2.电机超扭矩报警原因分析

经分析，造成电机超扭矩报警的因素有三个：（1）电机能力不足，（2）涡轮减速箱选型，（3）对中小车运动时的机械卡阻。以下从上述三个因素入手，利用排除法对引起报警的原因进行查找：

2.1.电机能力选型问题：

以成品为8000mm*2000mm*18mm极限规格钢板为例，钢板在减速辊道上15根辊子上方，需投入使用1-6#对中装置，在此工况下进行计算，根据相关设备部件参数：电机：Nn=3Nm， n=3000r/min，减速机：i=47：1，η=0.68，齿轮r=0.132m/2=0.066m可得出：

F1（最大纠偏力）= 6*（3*47*0.68）/0.066m =871.2KN

在对钢板纠偏时，对中装置只需克服钢板与挂胶辊之间的摩擦力来对钢板进行位置校正，此规格钢板在纠偏过程中需要的纠偏力F2

F2=Nμ*15=mgμ*15= 8*2*0.018*7800*10*2*15=672KN

因F2>F1，故电机能力在选型上能力完全能够满足使用，电机能力因素排除。

2.2.对中小车问题

现场对电机-减速机、电机-减速机-对中小车两种工况下的电机实际输出扭矩值进行测量，结果如下：

对中电机扭矩值（单位Nm）

通过上述数据分析，对中小车空载动作时需要的扭矩不大于1Nm，且12套对中小车所需扭矩数值基本偏差不大，故对中小车运行过程中的机械因素可排除。

2.3.涡轮减速箱问题。

原设计中采用的减速机型号为GUDEL FH120/S3-47：1，现场使用的减速机为国内厂家进行设计转化制造，按原设计电机单独驱动减速机进行运转时实际输出扭矩约不大于4Nm，故对涡轮减速箱进行测试，结果见表1：

表1对中电机扭矩值（单位Nm）

从表1可看出电机单独驱动减速箱实际输出扭矩值约为原设计减速箱的三倍，可说明减速箱在设计转化、制造、装配过程中存在较大缺陷，电机做功大部分消耗在单独驱动减速箱上。可判定减速箱是引起电机报警的决定因素。

3.减速箱装配优化及改造

涡轮蜗杆减速箱装配图

通过对减速箱内部结构分析并结合现场实际情况，减速箱问题可归纳为二个方面：（1）电机底座与减速箱装配间隙过小引起蜗杆轴承轴向间隙挤死，，导致涡轮蜗杆传动时阻力较大。（2）可考虑将减速机蜗杆的轴承（SKF30309）更换为摩擦力矩相对圆锥辊子轴承更小的角接触球轴承（SKF7309），以尽量减小减速箱内部运动阻力。

首先将轴承更换为角接触球轴承，用深度尺测量蜗杆轴承外圈距离减速机与电机底座连接的法兰面的深度，再根据电机底座上轴承止口的实际加工高度数值在法兰端面加垫调整。调整完毕后测量电机实际输出扭矩值，下图为对应的PDA曲线：

对应的数值见下表2，

表2对中电机扭矩值（单位Nm）

从表2可看出减速机的调整及改造效果较为明显，且经过场实际试验，对中装置在对钢板夹持纠偏工作时无任何报警现象情况出现。

4.结语

通过对对中装置机械结构的分析，并对造成对中装置频繁出现电机超扭矩报警的因素进行研究，经过理论计算并利用自动化IBa软件对对各个影响因素进行数据采集、分析、研究、对比，并利用排除法对影响因素进行逐个排除，最终找到造成报警的关键因素，并通过现场对相关机械零部件的更换、装配的调整，最终成功解决了对中装置对钢板夹持纠偏时电机频繁报警的难题，避免了由于报警问题引起的影响生产节奏问题，提高了板垛的包装质量，且节省了设备部件二次采购费用，收到了可观的经济效益。

参考文献：

[1]龚桂义. 机械设计课程设计指导书，2003：80-87.

[2]杨继亮，籍粉茹，赵亚丽.2030横切机组的设备及工艺分析[J].河北冶金，2011.（09）：46-48.

[3] 张运刚；宋小春；郭武强.2007西门子S7-300/400PLC技术与应用

作者简介：

赵志波（1984.10- ）：男，汉族，河北省唐山市人，大学本科学历，首钢京唐钢铁联合有限责任公司助理工程师，主要从事设备维护工作。