板材矯直機(jī)矯直能力提升設(shè)計(jì)與改進(jìn)

閻淑麗

（太原重工股份有限公司矯直機(jī)研究所，山西 太原030024）

如圖1所示，某中板廠3 000 mm矯直機(jī)位于鋼板快速冷卻裝置之后，冷床之前；其主要功能是將經(jīng)過(guò)主軋機(jī)軋出的熱軋成品鋼板在熱態(tài)下矯直，消除鋼板在熱軋和冷卻過(guò)程中出現(xiàn)的單面和雙面浪形彎曲，進(jìn)而得到平直的鋼板，使矯直后的鋼板能順利通過(guò)后續(xù)的精整工序。

圖1 原矯直機(jī)現(xiàn)場(chǎng)照片

原矯直機(jī)結(jié)構(gòu)為機(jī)械壓下式結(jié)構(gòu)，且最大矯直力為23 000 kN，自動(dòng)控制簡(jiǎn)單，無(wú)矯直模型和參考矯直的相關(guān)準(zhǔn)確參數(shù)，目前已難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的提高，且本體矯直力不足限制了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

1 新矯直機(jī)結(jié)構(gòu)

新矯直機(jī)主要結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，本體部分由機(jī)架裝置、輥系、壓下裝置、活動(dòng)梁裝置、邊輥調(diào)整裝置、機(jī)架輥裝置、接軸托架裝置、維修平臺(tái)、機(jī)上配管等組成。熱矯直機(jī)的主要設(shè)計(jì)改進(jìn)如下：

圖2 新矯直機(jī)三維模型

1）壓下方式。全液壓壓下，四臺(tái)帶位移傳感器的AGC液壓缸，伺服閉環(huán)控制，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)矯直輥的開(kāi)口度大小以及傾動(dòng)量，通過(guò)壓力傳感器對(duì)設(shè)備載荷進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)設(shè)備過(guò)載時(shí)AGC液壓缸使上輥系快速抬起，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的過(guò)載保護(hù)。

2）上輥系具備前后傾動(dòng)，左右傾動(dòng)功能。

3）壓下平衡機(jī)構(gòu)采用液壓平衡方式。平衡裝置由四套液壓缸及其附件組成，用于平衡活動(dòng)梁及上輥系的質(zhì)量。

4）上輥盒與上受力架采用液壓缸手動(dòng)旋轉(zhuǎn)鎖緊型式。

5）入口和出口矯直輥可單獨(dú)上下調(diào)整。

6）上、下矯直輥系(包括支承輥)整體快速換輥，采用液壓缸推拉輥系。

7）矯直輥采用內(nèi)部通濁環(huán)水(或凈環(huán)水)冷卻，外部噴水冷卻（濁環(huán)水），上受力架通濁環(huán)水冷卻。

8）輥系軸承采用油氣潤(rùn)滑，減速箱、分配箱采用強(qiáng)制稀油循環(huán)潤(rùn)滑。

9）機(jī)旁操作箱實(shí)現(xiàn)了可視化步序換輥功能，在操作箱上可看到接軸托架升降過(guò)程中入口側(cè)及出口側(cè)的高度數(shù)值。在換輥過(guò)程中需拆卸的介質(zhì)管路接頭全部采用快速接頭，與現(xiàn)場(chǎng)舊輥系可互換。

10）保留現(xiàn)場(chǎng)快速抽出下輥系，修磨上、下矯直輥的功能，單次修磨時(shí)間可控制在30 min內(nèi)。

11）單側(cè)的抬升裝置兩端各安裝一個(gè)編碼器進(jìn)行檢測(cè)，并參與控制聯(lián)鎖，可實(shí)現(xiàn)邊輥抬升裝置在生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定可靠，同時(shí)可方便更換邊輥抬升裝置。

2 設(shè)計(jì)改進(jìn)的主要內(nèi)容

矯直機(jī)本體全套設(shè)備全部全新設(shè)計(jì)、制作、安裝，矯直機(jī)本體全套設(shè)備進(jìn)行組裝檢驗(yàn)并調(diào)試達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)安裝精度，使得現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)本體全套設(shè)備無(wú)需再做任何調(diào)整即可與機(jī)架預(yù)埋地腳螺栓、主傳動(dòng)及換輥裝置等接口的快速連接，嚴(yán)格保證整體設(shè)備設(shè)計(jì)改進(jìn)安裝、調(diào)試復(fù)產(chǎn)時(shí)間≤15 d，不影響軋線生產(chǎn)計(jì)劃。設(shè)計(jì)改進(jìn)的主要內(nèi)容如下：

2.1 設(shè)計(jì)、制作、安裝矯直機(jī)全套設(shè)備

全部全新設(shè)計(jì)、制作、安裝矯直機(jī)全套設(shè)備，矯直力≥30 000 kN，設(shè)計(jì)改進(jìn)后熱矯直機(jī)能力曲線圖如圖3所示，采用全液壓壓下技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)智能軋鋼奠定基礎(chǔ)。全新設(shè)計(jì)的一套矯直機(jī)整體輥系，保證與舊輥系可以互換。

圖3 設(shè)計(jì)改進(jìn)后3 000 mm熱矯直機(jī)能力曲線圖

2.2 矯直機(jī)的配套設(shè)計(jì)、安裝

矯直機(jī)配套設(shè)計(jì)、安裝高壓伺服液壓站，高壓泵站及伺服閥組，獨(dú)立伺服控制站，實(shí)時(shí)對(duì)輥縫進(jìn)行伺服控制，簡(jiǎn)化輥縫壓下控制程序，自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備彈性變形，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頭尾單獨(dú)矯直規(guī)程。另外通過(guò)采用自動(dòng)控制和液壓AGC動(dòng)態(tài)輥縫調(diào)整先進(jìn)技術(shù)，提高了板材的矯直質(zhì)量，并具有過(guò)載保護(hù)和AGC彈跳補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

在系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)中考慮備用及安全回路，在主工作泵裝置中有一臺(tái)備用泵。采用冷卻效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的板式熱交換器。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)有獨(dú)立循環(huán)、加熱、過(guò)濾冷卻裝置，以及高壓油出口過(guò)濾、回油過(guò)濾多重措施。對(duì)于裝有伺服閥或高精度比例閥的閥臺(tái)在伺服閥或比例閥的進(jìn)油管路上安裝高壓過(guò)濾器。獨(dú)立循環(huán)過(guò)濾冷卻裝置的循環(huán)泵采用低噪音、抗污染強(qiáng)、效率高的螺桿泵組。在系統(tǒng)中設(shè)置必要的檢測(cè)元件，如壓力及溫度檢測(cè)元件，保證較高的自動(dòng)化控制水平及滿足可靠工作要求。配備必要的自動(dòng)報(bào)警、遠(yuǎn)程操作和監(jiān)視裝置。

2.3 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（一級(jí)系統(tǒng)）升級(jí)

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（一級(jí)系統(tǒng)）升級(jí)，替換原有控制系統(tǒng)。每臺(tái)PLC同種類型的I/O點(diǎn)備用量為20%以上，CPU負(fù)荷率≤45%。距離主控單元較遠(yuǎn)的子控制站點(diǎn)采用遠(yuǎn)程I/O的方式通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的方式進(jìn)行連接?？刂葡到y(tǒng)與其他PLC之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，與新增ET200之間的通訊采用Profinet網(wǎng)絡(luò)。流體控制系統(tǒng)采用ET200M遠(yuǎn)程IO站來(lái)完成液壓站的啟?？刂啤⑦B鎖保護(hù)及流體系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控。系統(tǒng)中包含壓下自動(dòng)定位，自動(dòng)正矯、反矯，負(fù)荷分配，步序換輥等主要功能。

2.4 過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)

過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)，采用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的二級(jí)系統(tǒng)，二級(jí)控制系統(tǒng)涉及基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程模型設(shè)定和人機(jī)界面，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信管理如圖4所示。根據(jù)來(lái)料數(shù)據(jù)，自動(dòng)精確計(jì)算矯直規(guī)程并下發(fā)一級(jí)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行矯直和反矯，優(yōu)化、簡(jiǎn)化操作，實(shí)現(xiàn)矯直過(guò)程的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，避免人工經(jīng)驗(yàn)帶來(lái)的矯直效果不均，整體性規(guī)范矯直工藝、提高矯直效果。

圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通訊管理

3 結(jié)論

對(duì)該矯直機(jī)矯直力升級(jí)設(shè)計(jì)改進(jìn)后，通過(guò)液壓壓下伺服系統(tǒng)及自動(dòng)化二級(jí)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)輥縫伺服控制，自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備彈性變形等功能，以達(dá)到減少鋼板矯直道次，提高產(chǎn)能；其次設(shè)計(jì)改進(jìn)后矯直機(jī)最大矯直力將提高至30 000 kN，增加設(shè)備的可靠性，對(duì)應(yīng)的機(jī)架剛度也滿足要求，為將來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)要求，擴(kuò)大產(chǎn)品范圍，矯直不斷升級(jí)的產(chǎn)品規(guī)格做好技術(shù)準(zhǔn)備。