裝鋼機(jī)電機(jī)功率不足的故障分析及解決方法探討

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.