作者；廖研　趙月根　許武輝
（寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼分公司厚板廠）

　　摘　要：寶鋼5mm寬厚板軋機主軸利用液壓安全聯軸器進行保護。以前由于無法檢測其是否脫開，因此一旦軋機過載，主軸安全聯軸器脫開后，上、下軋輥間形成的速度差將造成一系列嚴重后果。本文就一種軋機主軸安全聯軸器脫開的檢測裝置進行了詳細介紹，該裝置運用光反射原理，通過光電信號對安全聯軸器的脫開情況進行實時判別，具有檢測迅速、安全可靠、維護量小等優點以及強大的容錯功能和可擴展性，實現了該領域非接觸實時檢測的突破。
　　關鍵詞：軋機；聯軸器；脫開；檢測
　　0　引言
　　寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼分公司厚板廠的5m寬厚板軋機主軸利用液壓安全聯軸器進行保護。該套裝置的脫開側與非脫開側之間的間隙借助液壓脹緊，通過摩擦力實現兩側的同步運轉，如圖1所示。一旦軋機主軸承受負荷超過設定極限，脫開側與非脫開側之間便會發生相對運動，液壓管路即被切斷，兩側之間產生間隙，使得主軸傳動側與軋輥側脫開，從而實現對主軸的過載保護，避免主軸或十字叉頭設備的損毀。

　　1　存在問題及分析
　　過去，由于系統無法檢測到安全聯軸器是否脫開，也就無法在其脫開后立即切斷動力源達到停機的目的。這樣，一旦軋機過載,軋機上、下輥安全聯軸器中脫開的一方或兩方將在無動力驅動的狀態下依靠慣性運轉，直至停止。當上、下輥均脫開時，顯然其中的鋼板不會對軋機設備造成損害。而當上、下輥中只脫開一方時，脫開的一方由于失去了動力源，勢必將在上、下輥間鋼板的帶動和各種摩擦力的綜合作用下自由運轉，但其自由運轉的速度小于未脫開的一方，這種現象必然會造成以下影響。
　　（1）下軋輥間產生較大的速度差。眾所周知，在軋鋼過程中，通過人為調整使上、下軋輥間形成速度差，是抑制鋼板出現翹、扣頭的重要手段。而相反，若對于板形良好的鋼板，上、下軋輥間的速度差卻可令鋼板產生出翹、扣頭。對于厚板軋機，鋼板的翹、扣頭會對設備造成巨大的威脅，曾發生過的軋機導衛板脫落、變形的重大事故就是由于鋼板上翹的頭部撞擊導衛板造成的。而鋼板扣頭則會對軋機的機架輥造成嚴重傷害，甚至，下扣嚴重的鋼板還有可能鉆人機架輥輥道下方，導致嚴重的堆鋼事故。
　　（2）未脫開一方負載突增造成機械機構的疲勞損傷。鋼板在軋制期間，若上、下輥其中一方脫開，此時軋制力已建立，未脫開一方勢必將通過鋼板帶動已脫開的一方繼續運轉。這就相當于原本兩根軋輥的工作量現在全部累加到一根上面，直到傳動電機由于轉矩過載跳電才會停止運轉。雖然這樣的過載是在設備保護的范圍內，但是由于機械結構的制約，軋輥處突增的負載量要經過近10m長的主軸才能傳遞到傳動電機。轉矩傳遞需要一定時間，這樣當傳動電機過載跳電時，軋輥一側的轉矩有可能遠大于電機過載的轉矩設定，即超出了正常范圍。久而久之，極有可能在主軸Z為薄弱的十字叉頭上造成疲勞損傷，并且是靠近軋輥一側的叉頭上，厚板廠Z近發生的幾次叉頭損壞事故均是發生在靠近軋輥一側。
　　（3）鋼板打滑造成輥面損傷。由于系統不具有檢測安全聯軸器是否脫開并實現主動停機的功能，因此上、下輥中脫開的一方將在未脫開一方的帶動下繼續運轉。這種運轉的動力來源于軋輥的慣性和與鋼板間的摩擦力。但是當這兩種力的總和不足以完全帶動脫開的一方軋輥時，其輥面將與鋼板表面發生相對運動，即產生了打滑現象。由于此時軋機軋制力為建立狀態，這種打滑會造成軋輥輥面的異常劃傷，導致磨削量增加，直接影響企業效益。
　　鑒于以上三點對企業利益產生的重大影響，如果能夠在上、下輥任何一方的安全聯軸器脫開后迅速切斷傳動動力源，令軋機停機，則有可能完全避免以上問題的發生，減少企業效益的損失。
　　為了能夠在盡量短的時間內停機，就需要一種檢測裝置用于軋機安全聯軸器脫開的檢測。該檢測裝置需要兼顧以下三方面的要求和目的。
　　（1）檢測迅速。過去由于沒有檢測裝置，當安全聯軸器脫開后，只能依靠操作人員憑借脫開時機械設備發出的巨大聲響人為地停機，或是未脫開一方由于過負載保護功能啟動而停機。顯然后者可能已經對設備造成了損傷，而前者憑借人為反應所造成的延遲則至少在幾秒鐘以上。為了將損失降到Z小，需要一種快速的檢測裝置。
　　（2）性能穩定。檢測裝置應考慮到現場環境對于檢測質量的影響，并應設計有一定的容錯能力，避免對軋制生產造成異常中斷。
　　（3）維護簡便。為了使檢測裝置能夠長期穩定地運行，必然需要一定的維護工作。但考慮到厚板軋機一至兩個星期的定修問隔，因此需要檢測裝置至少能夠無故障穩定運行20d以上，且在Z大程度上不影響相關部位檢修工作的開展。

　　2　改進措施
　　基于以上目標，運用光反射原理，厚板廠開發出一種軋機安全聯軸器脫開快速檢測裝置并已申請了專利保護[1]。該裝置包括硬件設備和軟件處理程序兩部分。
　　2.1 設備硬件
　　設備硬件由兩套光柵及其對應的一定數量反光板構成，軋機上、下主軸各一套光柵和若干塊反光板。反光板數量需根據實際安裝位置限制和光柵反應速度而定，厚板廠為避免對聯軸器上螺絲孔的覆蓋，采用了兩套光柵及14塊反光板，在軋機上、下主軸各安裝一套光柵和7塊反光板。光柵采用紅外光柱型，確保一定的覆蓋范圍和穩定接收，硬件掃描周期在10ms以內。兩臺光柵分別對準軋機上、下主軸徑向中心線，如圖2所示。

　　正常軋制中，兩套光柵發出的紅外光柱分別被勻距安裝于安全聯軸器外圓周表面上的反光板反射，Z終回到其接收器。如果光柵發射和接收均正常的話，安全聯軸器每轉過一周，應該收到7個脈沖信號，且隨著軋機速度的提升，脈沖信號的寬度將減小，如圖3所示。在本套檢測裝置中，這些脈沖信號用于安全聯軸器兩側是否存在速度差，即是否脫開的判別。

　　2.2 設備軟件
　　本設備的運行平臺借用原軋機控制系統的Simatic PCS7軟件平臺，程序運行周期Z小為10ms。軟件設計思路是通過對安全聯軸器傳動側和軋輥側之間速度差異的比較，來進行安全聯軸器脫開的判別。系統軟件流程如圖4所示。

　　開始運行后，系統首先設立一個用于計時的累加單元，其值為T。軋機運轉期間，在檢測裝置未收到光柵產生的信號之前，T以程序的處理周期為步長遞增。由于各個系統的程序處理周期不盡相同，此處僅以10ms為例。一旦檢測裝置收到光柵信號便會立即將T置0，從而進入下一個周期的循環。圖中的為傳動電機運轉一周(3600C)所需要的時間，為其運轉2/7圓周所需要的時間。一般在這段時間內，光柵應該可以接連檢測到兩塊反光板并發出信號。反之，如果檢測到的數量只有一片或者沒有，就說明此時軋機主軸安全聯軸器已為脫開狀態。這樣系統將觸發快速停機信號，強制未脫開一側以及鋼板迅速停止運動，并在HMI上產生報警信息。
　　由于軋機在低速(不大于0.5m/s時)運行期間，一般均不在軋鋼階段，安全聯軸器不會脫開，因此將這些低速運行時段排除在報警范圍之外將大大增加該檢測裝置的穩定性和準確率。另外，之所以選擇2/7這個乘數，是考慮到系統的容錯功能，即在7塊反光板之中有1塊表面有污損或丟失的情況下，系統仍然可以正常運行，從而避免由于環境因素的影響而導致的誤停機。
　　在實際應用中，軋機上主軸或下主軸安全聯軸器脫開均可觸發快停信號，軋機主傳動隨即將以Z大加速度減速至0m/s，同時液壓壓下系統卸壓，輥縫打開，以保護工作輥輥面不被燙傷。在操作人員按下故障確認鍵之前，軋線各相關設備始終處于強制停機狀態。
　　3　實施效果
　　軋機主軸安全聯軸器脫開檢測裝置自從2006年4月開始在寶鋼分公司厚板廠5m寬厚板軋機上安裝、使用以來，運行穩定，動作準確。經測試Z快可在安全聯軸器脫開后141ms內觸發停機信號，并自動打開軋機輥縫，有效保護軋機主軸及工作輥等設備。
　　參考文獻：
　　[1]寶山鋼鐵股份有限公司．軋機主軸的安全聯軸器的脫開檢測裝置和方法：中國，200710037193．8[P]．2007一02-06．

來源：《冶金自動化》