許華① 閆瑾 唐志惠 杜劍清
（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司，北京100029）
摘 要：針對立輥軋機(jī)主傳動(dòng)軸頻繁斷裂問題，經(jīng)過扭矩測試與仿真，分析指出設(shè)備過載的原因，據(jù)此調(diào)整控制系統(tǒng)與工藝參數(shù)，解決了主傳動(dòng)軸頻繁斷裂問題，效果顯著。
關(guān)鍵詞：立輥軋機(jī)；扭矩；測試；仿真；故障診斷
1 前言
某熱軋廠E1立輥軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)十字接軸叉頭開裂和斷裂事故，影響正常生產(chǎn)。為分析事故原因，了解傳動(dòng)軸受力狀態(tài)，對E1與R1主傳動(dòng)軸扭矩進(jìn)行了測試，結(jié)合生產(chǎn)線記錄的電參數(shù)與工藝參數(shù)進(jìn)行綜合分析與仿真，明確指出在目前工藝條件下接軸斷裂的原因。
2 測試方法
扭矩測點(diǎn)選在各萬向接軸處，采用應(yīng)變式扭矩傳感器測量。扭矩測試系統(tǒng)如圖1所示。采用無線動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀，實(shí)現(xiàn)長時(shí)間實(shí)時(shí)、無間斷記錄多通道信號(hào)，采集儀采用鋰電池模塊供電。采用外置無線同步模塊同步，無線同步模塊通過無線同步通訊控制器控制，無線AP與無線同步通訊控制器通過交換機(jī)與計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)同步。
3 測試結(jié)果分析與仿真
圖2是軋制過程中典型的扭矩波形，上圖是E1操作側(cè)立輥1、3道次扭矩，下圖是R1下輥1、2、3道次扭矩。
立輥扭矩特征如下:
第1道次咬入峰值不高，扭矩平穩(wěn)，但當(dāng)平輥咬入后，立輥扭矩突加較大的扭矩沖擊，之后逐漸回落接近零點(diǎn)，再爬升至一個(gè)較低的扭矩平臺(tái)，直至拋鋼。
第3道次扭矩規(guī)律與第1道次類似，但在咬入瞬間發(fā)生了較大的反向扭矩沖擊，平輥咬入引起的立輥扭矩沖擊也較大。
以上現(xiàn)象表明:立輥傳動(dòng)軸在定寬時(shí)扭矩是正常的，其過大負(fù)荷是由于平輥咬鋼所產(chǎn)生的扭矩沖擊，說明在平輥咬鋼瞬間，系統(tǒng)設(shè)定的速度差不足以補(bǔ)償平輥咬鋼時(shí)所產(chǎn)生的速降，使得在咬鋼瞬間及咬鋼后一段時(shí)間內(nèi)，立輥將軋材推入平輥，使立輥承受了非正常負(fù)荷。帶來的結(jié)果是平輥幾乎無咬鋼沖擊。對比圖中平輥的3個(gè)道次扭矩，只有第2道次有咬鋼沖擊峰，證明了這一結(jié)論。
R1咬鋼后，立輥扭矩逐步回落而平輥扭矩逐漸加大，一降一升是同步的，說明在隨后軋制過程中，平輥逐漸克服了Z初的咬入速降，開始拉動(dòng)軋材軋制。這個(gè)過程直至平輥扭矩達(dá)到Z大，而立輥扭矩接近零，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)R1軋機(jī)加速結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。通過系統(tǒng)記錄的電信號(hào)對電流與轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析證明了以上結(jié)論。
參照測試工況的工藝數(shù)據(jù)，得出立輥傳動(dòng)軸的實(shí)測Z大軋制力、Z大扭矩、Z大電流均發(fā)生在第1道次，其中Z大扭矩與Z大電流發(fā)生在R1咬入瞬間。因此接軸破壞的原因如下:
在R1咬鋼瞬間，系統(tǒng)設(shè)定的速度差不足以補(bǔ)償平輥咬鋼時(shí)所產(chǎn)生的速降，使得在咬鋼瞬間及咬鋼后一段時(shí)間內(nèi)，立輥將軋材推入平輥，使立輥承受了非正常負(fù)荷。這是接軸破壞的主要原因。接軸破壞還與其它工藝條件有關(guān):數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)生大負(fù)荷時(shí)普遍鋼溫較低。第3道次較大側(cè)壓量的制動(dòng)作用引起咬入時(shí)較大的反向扭矩，使軋機(jī)瞬間承受由反向到正向的扭矩沖擊。
以上3點(diǎn)都需要調(diào)整控制系統(tǒng)與工藝參數(shù)予以解決。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行的仿真表明［4］，Z大應(yīng)力發(fā)生在截面過渡的應(yīng)力集中區(qū)域，與實(shí)際破壞區(qū)域吻合，且處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)，取強(qiáng)度理論的等效應(yīng)力作為判斷依據(jù)，結(jié)果表明，在測試工況下，法蘭叉頭與十字軸Z大拉應(yīng)力均已超過許用應(yīng)力，尚未達(dá)到斷裂的強(qiáng)度極限。
4 結(jié)論
通過測試分析與仿真，提出了解決方案:提高R1咬鋼時(shí)對E1的速度差;提高出鋼溫度，給出了Z小入口鋼溫;適當(dāng)降低第3道次側(cè)壓量;給出了傳動(dòng)軸扭矩與主傳動(dòng)電機(jī)電流警戒值。該廠在收到分析報(bào)告后，調(diào)整了控制系統(tǒng)與部分工藝參數(shù)，Z終解決了E1主傳動(dòng)軸頻繁斷裂問題。
參考文獻(xiàn)
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（來源：冶金信息裝備網(wǎng)）
