CSP軋機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)測試分析

張?zhí)谜?陳燕才

(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080)

某CSP廠連鑄連軋機(jī)組于2009年3月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量248萬噸，主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、容器鋼和硅鋼等高性能產(chǎn)品。CSP產(chǎn)線投產(chǎn)以來，生產(chǎn)順利，生產(chǎn)的產(chǎn)品基本覆蓋到了設(shè)計(jì)的各類品種規(guī)格，達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

2011年底以來鋼鐵行業(yè)形勢日趨嚴(yán)峻，由于產(chǎn)線新、折舊高、成本大等因素，CSP產(chǎn)線的產(chǎn)品競爭力逐漸降低。為了充分提升產(chǎn)線競爭力，必須突破原有設(shè)計(jì)范圍，開展有競爭力的難軋品種的生產(chǎn)。由于類似高強(qiáng)極薄帶等高附加值鋼種的強(qiáng)度等級(jí)高、厚度薄，對(duì)產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備的能力是一個(gè)極大的考驗(yàn)。因此亟需開展在線檢測與承載能力研究，對(duì)設(shè)備的參數(shù)能力做出正確的評(píng)估，為高強(qiáng)鋼品種的軋制提供有力依據(jù)；對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，保障設(shè)備的安全平穩(wěn)工作。

1 CSP精軋機(jī)組測試系統(tǒng)

機(jī)械振動(dòng)是冶金設(shè)備中的常見現(xiàn)象，大多數(shù)情況下，機(jī)械振動(dòng)是有害的。振動(dòng)的動(dòng)載荷使機(jī)器加快失效，降低機(jī)器設(shè)備的使用壽命甚至導(dǎo)致?lián)p壞造成事故。CSP產(chǎn)線大力推進(jìn)薄帶生產(chǎn)，產(chǎn)品經(jīng)薄板坯連鑄機(jī)通過輥底式均熱爐傳輸?shù)骄垯C(jī)組。在熱連軋機(jī)組中，機(jī)械振動(dòng)主要來源于主傳動(dòng)軸上的扭矩振動(dòng)，所以應(yīng)對(duì)CSP精軋機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力特性和承載能力進(jìn)行評(píng)估，對(duì)載荷范圍進(jìn)行量化分析，以發(fā)揮設(shè)備潛能，優(yōu)化生產(chǎn)配置。

主傳動(dòng)扭矩測量一般采用電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)的。電阻應(yīng)變計(jì)安裝在被測構(gòu)件表面上，當(dāng)構(gòu)件受力而產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變計(jì)的敏感柵隨之產(chǎn)生相同應(yīng)變，其電阻值發(fā)生變化，用儀器測量此電阻變化即可測量出構(gòu)件表面沿敏感柵軸線方向的應(yīng)變。

進(jìn)行動(dòng)力特性和承載能力分析研究，需對(duì)不同鋼種軋制時(shí)的下述力能參數(shù)進(jìn)行實(shí)測：精軋機(jī)組上下工作輥軋制力矩M上i、M下i；主電機(jī)電流I上i、I下i；軋制力Pi；轉(zhuǎn)速ni(i=1，2，3，…7)。扭矩測點(diǎn)選在上、下工作輥萬向接軸上，如圖1所示。

圖1 軋機(jī)主傳動(dòng)示意圖

其中，F(xiàn)1～F5軋機(jī)測量上、下工作輥扭矩，F(xiàn)6、F7軋機(jī)由于轉(zhuǎn)速較高并沒有設(shè)置主減速機(jī)，因此只測量主傳動(dòng)軸扭矩。

電阻應(yīng)變計(jì)工作時(shí)，其電阻變化很微小，引起的不平衡電壓極小，不能用它來直接推動(dòng)指示儀表，須加以放大。

傳感元件把各種被測非電量轉(zhuǎn)換為電阻R、電感L、電容C的變化后，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電流或電壓的變化，進(jìn)行處理、記錄和顯示。電橋測量電路進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換的最常用的方法是采用直流電橋放大。

圖2 扭矩應(yīng)變片測量布局圖

圖3 全橋測試電路

扭矩的測試方法為：在測試軸上沿與軸線成45o方向按圖2所示粘貼成組橋式電阻應(yīng)變片，并按圖3所示組成全橋測試電路，自行組態(tài)測控單元。電橋信號(hào)經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀調(diào)理放大，經(jīng)無線遙測裝置、Wave Book/516E應(yīng)力振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和A/D變換接入計(jì)算機(jī)。再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定、記錄、分析與處理，顯示編程組態(tài)；而軋制力、主電機(jī)電流和轉(zhuǎn)速測試方法為直接從PDA系統(tǒng)中輸出，進(jìn)而得到設(shè)備完整的系統(tǒng)力能參數(shù)以利分析評(píng)估。

2 測試數(shù)據(jù)分析

CSP精軋機(jī)組由F1～F7七架軋機(jī)組成，其中F1～F5由主電機(jī)連接主減速機(jī)，再經(jīng)齒輪座帶動(dòng)萬向接軸連接上、下工作軋輥；而F6、F7軋機(jī)由于轉(zhuǎn)速較高并沒有設(shè)置主減速機(jī)，因此需要根據(jù)其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制訂不同的檢測方案。

利用現(xiàn)場設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間，對(duì)測量點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)變片貼片布置。通過對(duì)停機(jī)開軋后的20組鋼坯軋制的數(shù)據(jù)記錄，并同步引入軋制時(shí)電機(jī)電流、主軸轉(zhuǎn)速、關(guān)鍵部位軸承溫度等參數(shù)，完成實(shí)測數(shù)據(jù)的記錄工作。

實(shí)測涵蓋了材質(zhì)為Q235B的極薄帶和超寬帶等典型規(guī)格。另外，還記錄了其他典型鋼種的測試參數(shù)。

以下為實(shí)測記錄的曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)分析：

(1)F1、F2軋機(jī)

表1 F1和F2軋機(jī)測試分析(單位：kN·m)

該數(shù)據(jù)為精軋機(jī)組經(jīng)燙輥材開軋后的第一塊鋼坯的軋制曲線及扭矩記錄，具有很強(qiáng)的代表性。

從表1看，F(xiàn)1和F2在軋制過程中由于軋制速度低，扭矩比較平穩(wěn)，無明顯的沖擊動(dòng)載荷。F1和F2按相同能力設(shè)計(jì)，減速機(jī)名義輸出扭矩為3475kN·m。實(shí)際測試表明，F(xiàn)1實(shí)際輸出扭矩已經(jīng)超出設(shè)計(jì)的名義輸出扭矩，而F2仍有較大富裕。

(2)F3、F4、F5軋機(jī)

表2 F3、F4和F5軋機(jī)測試分析

F3、F4、F5在咬入階段出現(xiàn)劇烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，產(chǎn)生巨大的沖擊動(dòng)載荷。F3減速機(jī)名義輸出扭矩為1944kN·m，F(xiàn)4減速機(jī)名義輸出扭矩為1240kN·m，F(xiàn)5減速機(jī)名義輸出扭矩為639kN·m，實(shí)際測試表明，雖然出現(xiàn)較大的沖擊峰值扭矩，但穩(wěn)態(tài)軋制力矩不大，即使是沖擊值也沒有超過設(shè)計(jì)的名義輸出扭矩。數(shù)據(jù)中由于F5下傳動(dòng)軸傳感器故障數(shù)據(jù)丟失，故沒有記錄。

(3)F6、F7軋機(jī)

表3 F6和F7軋機(jī)測試分析(單位：kN·m)

圖4

由圖4可知，F(xiàn)6、F7在咬入階段出現(xiàn)劇烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，產(chǎn)生巨大的沖擊動(dòng)載荷，尤其是F7，扭矩放大系數(shù)超過了3。F6和F7的名義輸出扭矩均為434kN·m，實(shí)際測試表明，雖然出現(xiàn)較大的沖擊峰值扭矩，但穩(wěn)態(tài)軋制力矩不大，即使是沖擊值也沒有超過設(shè)計(jì)的名義輸出扭矩。

3 結(jié)論

結(jié)合在線測試結(jié)果，目前對(duì)CSP分廠精軋機(jī)組的設(shè)備承載能力有了初步的評(píng)價(jià)，并得出相關(guān)結(jié)論：

(1)測試結(jié)果存在一些不常見的波動(dòng)，主要是由于貼片受潮或者測試環(huán)境惡劣導(dǎo)致。

(2)現(xiàn)有測試主要集中在薄帶上，對(duì)精軋機(jī)組的載荷能力起到了很好的評(píng)估，精軋機(jī)組F2軋機(jī)載荷比F1低30%；F1載荷過大，應(yīng)調(diào)整為額定載荷的80%為佳；F3至F7在軋制薄帶咬入時(shí)存在比較大的沖擊力矩，尤以F7突出。

(3)同時(shí)，可根據(jù)分析結(jié)果確認(rèn)軋制高強(qiáng)鋼的極限規(guī)格，并提出負(fù)荷分配建議方案。從而掌握機(jī)組承載能力，為生產(chǎn)高強(qiáng)鋼提供理論依據(jù)和安全保障。

[1] 黃長藝，嚴(yán)普強(qiáng).機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2] 侯國章，肖增文.測試與傳感技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.