李廣毅
摘 要 結(jié)合安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠1780熱連軋加熱爐裝鋼機(jī)電機(jī)實(shí)際使用工況,介紹現(xiàn)場(chǎng)裝鋼機(jī)電機(jī)功率不足出現(xiàn)的故障現(xiàn)象和解決方式。
關(guān)鍵詞 裝鋼機(jī)電機(jī);轉(zhuǎn)矩;功率;力矩
引言
安陽鋼鐵股份有限公司第二煉軋廠,擁有年煉鋼600萬噸,軋鋼550萬噸的能力,其中1780熱連軋生產(chǎn)線中加熱爐是重要的工藝設(shè)備。該生產(chǎn)線建有三座加熱爐,每座加熱爐加熱能力350噸/小時(shí),正常生產(chǎn)時(shí)要求每140秒就要裝一塊板坯到加熱爐內(nèi),裝鋼節(jié)奏非???,這就要求裝鋼機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),不能出現(xiàn)嚴(yán)重故障。
每座加熱爐配備2臺(tái)裝鋼機(jī),裝鋼時(shí),裝鋼機(jī)采用液壓升降托舉板坯,然后電機(jī)拖動(dòng)裝鋼臂前進(jìn)到設(shè)定位置,液壓缸下降,到位后電機(jī)帶動(dòng)裝鋼臂后退到初始位置,往復(fù)循環(huán),完成加熱爐裝鋼過程。
根據(jù)訂單不同,板坯重量在16-32噸左右,每座加熱爐裝鋼過程時(shí)間控制在50s之內(nèi)。裝鋼機(jī)平移采用相同兩臺(tái)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng),電機(jī)之間通過硬軸連接,電氣控制采用轉(zhuǎn)矩主從控制的方式,變頻器使用兩臺(tái)ABB ACS800系列多傳變頻器調(diào)速,額定輸出電流147A。
原電機(jī)參數(shù)如下:
型號(hào):YTSZ225M-6? ? ? ? ? 額定功率:30kW
額定電壓:380V? ? ? ? ? ? ?額定電流:55A
額定頻率:50Hz? ? ? ? ? ? ?額定轉(zhuǎn)矩:290Nm
額定轉(zhuǎn)速980rpm
裝鋼機(jī)從工程投產(chǎn)后,各種故障頻發(fā),其中困擾最大且影響生產(chǎn)順行的就是裝鋼機(jī)電機(jī)變頻器頻繁報(bào)2310過流和2340短路故障,每次報(bào)故障只能更換變頻器,幾年下來陸續(xù)更換十多臺(tái)變頻器,造成嚴(yán)重備件浪費(fèi)。為解決這個(gè)問題,我們對(duì)此問題進(jìn)行了多方面的分析論證。
1故障原因分析
1.1 傳動(dòng)控制原因
加熱爐裝鋼機(jī)變頻器采用ABB公司成熟的ACS800-104-0175-3多傳變頻器,系統(tǒng)軟件版本7.3,采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制方式。變頻器頻繁報(bào)過流和短路故障,經(jīng)過多次檢測(cè)排除現(xiàn)場(chǎng)電纜和電機(jī)短路后,懷疑變頻器設(shè)定參數(shù)有問題,于是多次調(diào)整更改變頻器參數(shù)和對(duì)電機(jī)進(jìn)行辨識(shí)[1]。
ABB ACS800系列變頻器速度控制器基于PID控制,傳遞函數(shù)如下:
變量u是速度控制器的輸出,e是速度誤差信號(hào)(實(shí)際值和給定值之差),Y是輸出,Yr是給定值,U是控制器的輸出;
通過DRIVEWINDOW軟件,監(jiān)控1.06電機(jī)電流,1.02電機(jī)速度,1.07電機(jī)轉(zhuǎn)矩,2.18電機(jī)速度給定,2.19從機(jī)速度給定,2.20從機(jī)轉(zhuǎn)矩給定等信號(hào),多次分析對(duì)比各項(xiàng)參數(shù),發(fā)現(xiàn)電機(jī)電流、速度、轉(zhuǎn)矩在啟動(dòng)時(shí)都有震蕩現(xiàn)象。于是根據(jù)波形反映的實(shí)際情況多次調(diào)整電機(jī)速度給定的24.03增益KPS、24.09積分時(shí)間TIS,觀察波形并記錄分析,最終發(fā)現(xiàn):當(dāng)速度增益KPS增大時(shí),電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩也隨著增大,震蕩更加頻繁,電流和轉(zhuǎn)矩頻繁超過限幅后報(bào)故障停機(jī);當(dāng)速度增益KPS減小時(shí),電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩減小,但速度來回震蕩甚至出現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)矩,電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)速度來回震蕩;配合增益同時(shí)多次調(diào)整積分時(shí)間,當(dāng)積分時(shí)間減小時(shí)震蕩加劇,增加積分時(shí)間過大時(shí)也沒有速度反饋,電機(jī)啟動(dòng)失敗。
通過多次調(diào)整參數(shù)嘗試,電機(jī)運(yùn)行狀況沒有改善,伴隨著裝鋼機(jī)使用年限增加機(jī)械磨損情況更加嚴(yán)重,變頻器過轉(zhuǎn)矩和過電流的情況更是頻繁出現(xiàn)。從變頻器入手已經(jīng)不能解決該問題,只能考慮電機(jī)功率不足的可能性。
1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證計(jì)算
裝鋼機(jī)動(dòng)作為裝鋼機(jī)上推頭將輥道上的板坯推正、升起、前進(jìn)、落下、退回,在推正和托起板坯前進(jìn)的過程中消耗的能量較大,并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察統(tǒng)計(jì),電機(jī)過流故障主要發(fā)生在板坯推正后裝鋼臂抬升到位后報(bào)閘打開瞬間,此時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的力矩是為了克服摩擦力與重力的軸向分力對(duì)齒輪產(chǎn)生的總力矩,圖解分析如圖1。
根據(jù)力矩平衡原理于是有
[2]
其中P計(jì)為計(jì)算出的機(jī)械功率;
n為驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速,根據(jù)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速和減速比計(jì)算為19.6rpm;
Fm為托輪和壓輪對(duì)裝鋼臂產(chǎn)生的摩擦力,查機(jī)械圖紙數(shù)值計(jì)算后約為18000N,考慮到現(xiàn)場(chǎng)磨損和潤(rùn)滑等情況,取系數(shù)1.1,總摩擦力19800N;
G1為板坯重量,最大32000kg;
G2為裝鋼臂重量,查圖紙11320kg;
α為抬升角度,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量計(jì)算,α約為2.3度;
d為驅(qū)動(dòng)齒直徑,查圖560mm;
將以上數(shù)據(jù)代入,得到P計(jì)≈29.142kW
考慮到機(jī)械傳動(dòng)效率η=0.9和電機(jī)克服啟動(dòng)慣性的增大系數(shù)K=1.5,則電機(jī)功率為
雖然設(shè)計(jì)安裝的兩臺(tái)電機(jī)功率達(dá)到60kW,總功率要比計(jì)算出的電機(jī)功率大,看似符合使用情況,但是當(dāng)抬升角如果繼續(xù)增大,那么重力水平分量就會(huì)增大,或者當(dāng)潤(rùn)滑不良等情況發(fā)生時(shí)摩擦力增大,電機(jī)功率就不夠用了[2]。
2解決方法
通過分析研究,最終確認(rèn)是電機(jī)功率不足造成的這種故障,為解決這個(gè)問題,我們主要從兩方面解決,
(1)降低裝鋼機(jī)抬升角度,從原來的250mm高度降低到180mm;
(2)更換裝鋼機(jī)電機(jī),將30kW電機(jī)更換成55kW,通過調(diào)整優(yōu)化變頻器參數(shù),電機(jī)運(yùn)行情況良好,電流、轉(zhuǎn)矩、速度響應(yīng)有了明顯改觀(如圖2),從改造完成后已經(jīng)3年沒有出現(xiàn)過流和短路故障,證明電機(jī)功率確實(shí)不夠,解決方法正確。
3結(jié)束語
裝鋼機(jī)在生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用,它運(yùn)行情況直接影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏和產(chǎn)量。正確分析裝鋼臂的受力過程,可以正確計(jì)算電機(jī)功率,并為液壓升降式板坯裝鋼機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器等部件合理選型提供依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 王正剛,章其永.液壓升降式板坯裝鋼機(jī)電機(jī)功率計(jì)算[J].現(xiàn)代冶金,2013,41(4):51-52.
[2] 楊海君.西昌2050熱軋加熱爐裝鋼機(jī)推鋼能力研究[J].中國(guó)設(shè)備工程,2018(8):90-91.