1300 t 冷剪動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

匡語唐

（新余鋼鐵集團公司線棒材廠，江西新余 338001）

0 引言

新鋼線棒材廠1300 t 國產(chǎn)冷剪自2013 年9 月15 日投產(chǎn)以來因?qū)Ω黝愡\動副的狀態(tài)缺乏在線有效監(jiān)測，運動副失效出現(xiàn)過多次重大事故，對生產(chǎn)造成巨大損失，這幾類典型的事故發(fā)生前均需要經(jīng)歷一段狀態(tài)劣化期，如能及時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)并加以處理是完全能避免重大事故的發(fā)生，所以研發(fā)冷剪動態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)并投入應(yīng)用顯得十分必要而且緊迫。

1 典型事故

幾次典型的運動副失效產(chǎn)生的事故分別為：①飛輪軸承損壞事故。分別在2014 年7 月5 日、2014 年9 月21 日及2014 年10 月5 日，每次事故造成的停產(chǎn)時間均超過24 h，尤其是2014年10 月5 日的事故，由于軸承失效造成冷剪不能使用，后停產(chǎn)7 d 進行改造維修；②偏心軸銅套磨損失效事故，分別在2014年2 月、2015 年4 月，銅套因長時間缺油引起溫升高、發(fā)熱導(dǎo)致偏心軸抱死造成3 d 停產(chǎn)檢修；③上刀架銅側(cè)滑板磨損失效事故，分別在2013 年12 月、2014 年7 月，滑動摩擦副缺油引起溫升高、發(fā)熱，導(dǎo)銅滑板連接螺栓被剪短而掉落。

2 冷剪典型事故現(xiàn)象及原因分析

2.1 飛輪軸承損壞事故

現(xiàn)象及原因分析：冷剪投產(chǎn)不到1 年飛輪就因軸承損壞出現(xiàn)事故，特別是第三次事故僅靠更換飛輪軸承已不能恢復(fù)生產(chǎn)，飛輪端部漏油嚴重，飛輪皮帶容易磨損，電機剪切電流偏大，冷剪故障時間平均350 min/月以上。

（1）飛輪軸承選型分析。飛輪選擇的兩個支撐軸承型號均為SKF23044CC/W33，該軸承為普通徑向游隙鋼保持架調(diào)心軸承，該型號軸承徑向游隙較小；兩個支撐軸承為同型號的調(diào)心軸承，軸承沒有軸向定位功能，不能承受飛輪的偏心載荷，因此軸承易發(fā)熱損壞甚至燒死。

（2）軸承潤滑不足因素分析。軸承內(nèi)外圈隔套由兩個分體圓環(huán)構(gòu)成，其空腔很大，要加入大量滑脂才能進入軸承滾道，因此易出現(xiàn)因加油量不足而欠潤滑現(xiàn)象；端壓蓋上的唇油封易與軸套產(chǎn)生摩擦造成軸高溫使軸承潤滑失效而損壞；骨架油封與軸摩擦產(chǎn)生熱量使?jié)櫥А?/p>

（3）狀態(tài)劣化過程的監(jiān)測失效導(dǎo)致事故的發(fā)生。由于軸承選型的不合理及運行過程中軸承潤滑條件不充分造成剪切電流不斷增大，而對這一現(xiàn)象缺乏有效的實時監(jiān)測，故障得不到及時處置最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.2 偏心軸銅套磨損失效事故

冷剪偏心主軸銅套在運行過程中長時間得不到有效潤滑，頻繁的產(chǎn)生干摩擦使得銅套溫度升高，剪切電流不斷增大，事故臨界狀態(tài)未得到有效的實時監(jiān)測，故障得不到及時處置最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

2.3 上刀架銅側(cè)滑板磨損失效事故

冷剪在剪切的上下動作過程中與銅側(cè)滑板之間的運動副頻繁出現(xiàn)缺油或斷油現(xiàn)象，銅側(cè)滑板得不到充分潤滑產(chǎn)生嚴重磨損，最后導(dǎo)致事故發(fā)生。

3 在線動態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究開發(fā)

冷剪的幾個典型事故已對生產(chǎn)經(jīng)營產(chǎn)生嚴重的影響，針對此廠里成立了專門的攻關(guān)組，就曲軸銅軸承、滑板滑動軸承運行的動態(tài)溫度及冷剪負載電流在線實時監(jiān)測技術(shù)進行研究開發(fā)。

3.1 溫度在線檢測技術(shù)的研究開發(fā)

冷剪各個運動副的潤滑情況需由人工進行點檢檢測，一旦點檢維護不到位就會造成設(shè)備劣化趨勢失控，最后構(gòu)成事故，曲軸銅軸承及滑板滑動軸承由于缺油造成燒死直到冒青煙才發(fā)現(xiàn)，此時已構(gòu)成設(shè)備事故，為此，攻關(guān)組參照高線精軋機溫度在線動態(tài)檢測診斷系統(tǒng)，自行設(shè)計開發(fā)1 套1300 t 冷剪在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，工作原理如圖1 所示，即在冷剪主要運動副的潤滑點安裝溫度傳感器對溫升進行在線動態(tài)監(jiān)測，并將系統(tǒng)所監(jiān)測的參數(shù)與冷剪運行實行聯(lián)機保護，設(shè)置報警點和保護跳閘點，將檢測參數(shù)與冷剪運行的其他參數(shù)一同顯示在畫面上，出現(xiàn)異常既可以遠程操作控制也可實現(xiàn)自動保護，確保冷剪的安全穩(wěn)定運行。

圖1 溫度在線監(jiān)測原理

3.2 負荷在線檢測技術(shù)的開發(fā)

冷剪運行負載電流的顯示原設(shè)計要求是在配電柜顯示屏上以模擬量輸出形式顯示，不方便實時監(jiān)視冷剪的負載變化，針對此公關(guān)組對信號傳輸系統(tǒng)進行了改進，將原模擬輸出轉(zhuǎn)化成數(shù)字輸出，然后進行編程將載荷檢測信息以數(shù)字形式顯示在操作室的計算機畫面上，進而可即時掌握監(jiān)控冷剪運行的載荷變化情況，為了接收處理冷剪電流信號在冷床PLC 增加西門子模擬量模塊6ES7-331-7NF00-0AB0（本圖代號A07），電流變送器4、5 端子接收原冷剪電機啟停軟啟動柜內(nèi)電流互感器輸入信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換通過電流變送器23、24 端子輸出4～20 mA 電流信號，新增模塊A07 的23、24 端子用于PLC 程序讀取冷剪電流，輸入地址PIW336，編程讀取PIW336 地址信號處理后得出冷剪實際電流，經(jīng)檢測比較誤差在2%左右，編程得出冷剪實際信號后在人機界面HMI 上作電流顯示便于觀察。負載電流在線監(jiān)測原理如圖2 所示，通過了解掌握其變化量即時調(diào)整各運行單元，改善剪切效果，保證冷剪長期處于最佳運行狀態(tài)。

將冷剪原負載電流的輸出輸入模塊及線路進行改造，改造后可將載荷電流值直接下載在操作室計算機界面，并設(shè)定聲光報警系統(tǒng)，操作人員可方便的進行監(jiān)控；自主設(shè)計的溫度在線檢測系統(tǒng)安裝在1300 t 冷剪上，可實時檢測冷剪曲軸運動副各滑動軸承的溫度變化情況，并將輸出參數(shù)接入到聯(lián)機保護，可確保設(shè)備運行安全高效。

圖2 負載電流在線監(jiān)測原理

4 在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效果

4.1 冷剪運行的動態(tài)參數(shù)實現(xiàn)在線實時監(jiān)控

攻關(guān)組將冷剪各運動副的運行溫度和載荷電流實時運行參數(shù)顯示操作畫面上（圖3），便于操作人員進行實時監(jiān)測，各參數(shù)設(shè)置了紅色報警值，在嚴重狀態(tài)下可以實現(xiàn)聯(lián)機保護。

4.2 取得的直接效果

圖3 動態(tài)監(jiān)測參數(shù)在人機畫面上的顯示效果

表1 2015 年與2016 年各項指標對照表

冷剪運行動態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)于2015 年完成，同年年底投入應(yīng)用，表1 為2015 年與2016 年在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用前后的幾項技術(shù)經(jīng)濟指標的對比。

從表1 可以看出，冷剪的動態(tài)運行參數(shù)在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，使得冷剪的各項運維指標得到明顯的改善，事故故障時間同比全年減少2652 min，備件材料消耗同比全年減少16.889 1 萬元，產(chǎn)品質(zhì)量異議損失同比全年減少300 t 約25 萬元。

5 產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益

5.1 經(jīng)濟效益

5.1.1 減少事故故障時間增加產(chǎn)量增效

事故故障時間平均每月可減少221 min，按機時產(chǎn)量210 t/h計算，每月可增產(chǎn)：221 min÷60 min/h×210 t/h×83%=642 t，年創(chuàng)效：642 t×400 元/噸×12=308.1 萬元。

5.1.2 降低備件材料消耗增效

備件材料消耗由項目實施前的平均每月3.26 減少至1.85，平均每月可減少約1.407 萬元（主要減少了摩擦盤及飛輪軸承消耗），則年創(chuàng)效：1.407×12=16.88 萬元。

5.1.3 減少質(zhì)量異議損失增效

改進前由冷剪帶來的質(zhì)量損失月均為35 t，改進后降低為10 t，減少產(chǎn)品質(zhì)量損失增效約為：300 t/a×400 元/噸×12=144.00 萬元，合計增效：308.1+16.88+144.00=453.78 萬元。

5.2 社會效益

通過項目的實施可以對設(shè)備的劣化趨勢進行有效掌控，提高對設(shè)備事故故障預(yù)知預(yù)判，實現(xiàn)預(yù)防性檢修，大幅降低了1300 t 冷剪事故故障率，提高了生產(chǎn)有效作業(yè)時間，增強了企業(yè)的競爭力；通過項目的實施可以大幅度減少檢修時間，減輕勞動強度，集中精力強化對設(shè)備的日常維護，確保設(shè)備穩(wěn)定運行；通過項目的實施可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高品牌知名度，維護公司在市場上的良好形象。

6 結(jié)束語

自主開發(fā)的1300 t 冷剪溫度及負載電流在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在國內(nèi)自主設(shè)計制造及引進消化的1200 t 以上冷剪上的應(yīng)用尚屬首次，具有廣泛的推廣和應(yīng)用價值，對公司的科技進步具有較強的推進作用。