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棒線活套控制原理分析與應(yīng)用

摘要：對活套控制原理和系統(tǒng)控制功能進(jìn)行了描述。鑒于活套的運行狀況直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率，就寶鋼特鋼韶關(guān)公司特棒廠活套在調(diào)試和應(yīng)用過程頻繁發(fā)生的故障，從機電兩方面對其進(jìn)行分析，采取優(yōu)化措施，取得了較好效果。

活套是連軋生產(chǎn)線上重要的輔助設(shè)備，在機架之間速度不協(xié)調(diào)的時候可作為緩沖環(huán)節(jié)，也是控制軋件在軋制過程中因機架之間動態(tài)速度變化而影響的軋件尺寸精度的波動，實現(xiàn)無扭、無張力的一種手段。活套控制系統(tǒng)由機械和電氣兩個領(lǐng)域組成，生產(chǎn)調(diào)試和日常維護(hù)好活套控制系統(tǒng)是提高棒線生產(chǎn)作業(yè)率的關(guān)鍵，但 由 于 它 跨 越 機 械 和 電 氣 兩 個 領(lǐng)域，在日常維護(hù)和故障處理環(huán)節(jié)存在一定困難。

寶鋼特鋼韶關(guān)公司特棒連軋線設(shè)計有６個活套，其中精軋機組分布４個活套，減定徑機組分布２個活套。由于軋件通過該區(qū)域截面積較小，則采用活套控制來保證軋件的橫向尺寸精度，實現(xiàn)精軋機和減定徑機組的無張力控制軋制。但在實際運行中，往往因各種因素導(dǎo)致活套不能滿足工藝要求，活套故障造成的堆鋼也給生產(chǎn)帶來了一定的影響。如何提高活套的控制精度、優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，是技術(shù)關(guān)鍵所在。

活套基本結(jié)構(gòu)主要由活套臺、起套輥、氣動系統(tǒng)、活套掃描器、活套調(diào)節(jié)系統(tǒng)等組成。起套輥起著對軋件的導(dǎo)向和支承作用，起套輥由氣缸驅(qū)動，起套輥氣缸由雙電磁閥控制，見圖１所示。

 

每個活套控制系統(tǒng)主要由起套輥、氣 動 控 制 系統(tǒng)、活套掃描器、活套的起 落 邏 輯 和 順 序 控 制、套量控制環(huán)節(jié)系統(tǒng)組成，單個活套控制系統(tǒng)只能配合與之相連軋機的調(diào)速系統(tǒng)來使用。當(dāng)所有活套控制系統(tǒng)通過級聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)耦合在一起構(gòu)成閉環(huán)控制使用時，活套控制系統(tǒng)就能自動調(diào)整各連軋機的速度以保證秒流量相等，提高軋件的質(zhì)量和軋制效率。活套自動控制是在對相連機架所形成的弧型曲線軋件進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上來完成的。機架間弧型曲線軋件由起套輥裝置通過邏輯控制系統(tǒng)引導(dǎo)，使軋件在活套臺上形成活套，采用活套掃描器測量活套的套量來間接測量活套的長度。活套的調(diào)節(jié)范圍及套量的存儲量是有限的，當(dāng)相鄰機架速度匹配不合理或其它原因而使起套量偏差太大，活套 自動控制系統(tǒng)來不及或無法調(diào)節(jié)，就會引起堆鋼或拉斷軋件的現(xiàn)象。所以套量的形成是通過改變與活套有關(guān)的機架速度來實現(xiàn)的，軋件的弧型曲線高度是由活套掃描器測量套量來間接測量，掃描器根據(jù)其輸出與套量成線性關(guān)系的原理，把測量出的套量實際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)其偏差，通過級聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)引導(dǎo)并自動逆向調(diào)節(jié)上游所有軋機速度。也就是說，在整個活套控制階段，活套的套量是通過級聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)修正上游軋機的速度來調(diào)節(jié)的。軋件的弧型曲線高度等于活套入口處軋件速度與出口處軋件速度之差的積分，當(dāng)入口速度大于出口速度時，套量就逐漸增加見圖２中ａ；反之套量就逐漸減少見圖２中ｃ；相等時套量維持不變見圖２中ｂ。活套控制系統(tǒng)組成示意圖見圖２所示。

 

起套輥的起、落過程由氣缸來執(zhí)行，而這個執(zhí)行過程由活套氣動系統(tǒng)調(diào)節(jié)器自動控制，活套氣動系統(tǒng)采用三個閉環(huán)控制回路ｖ1、ｖ2、ｖ3，見圖３所示

當(dāng)軋件頭部咬入活套的下游機架時，活套氣動系統(tǒng)接到起套指令后，需要一段延遲時間，以建立所需的氣壓才形成初始套量，如果起套輥過早或過晚動作都容易導(dǎo)致軋件堆鋼，這就要求精確控制起套輥動作的延遲時間。在活套氣動系統(tǒng)接到起套指令時，管路ｖ1、ｖ2上的氣閥６、7、8得 電，氣 源經(jīng)過ｖ2路過氣閥７、９、10進(jìn)入氣缸無桿腔11，氣缸有桿腔的氣體從管路ｖ1上的氣閥6排出，活塞桿伸出，起套輥起套。在起套初期，氣源采用管路高壓供氣，對活套順利起套是有利的。在活套完成初始套 量，起套輥達(dá)到套量極限位置1ｓ后，管路ｖ2上的氣閥7失電，由管ｖ3路的氣閥８單獨供氣支撐起套輥，支撐起套輥的氣源由管路ｖ3的調(diào)壓閥５和蓄能器12的恒壓氣體提供。當(dāng)活套掃描器檢測活套高度超過或低于設(shè)定值時，活套調(diào)節(jié)器根據(jù)測量套高的偏差，通過級聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)按比例修正機架的速度以維持活套套量。在調(diào)節(jié)過程中，氣源壓力不受管 路ｖ1氣壓的影 響，確保了套量設(shè)定值不變，實現(xiàn)機架間秒流量平衡，起套輥也不會因為支撐力不夠而抖動，從而大大降低了因氣壓問題而造成軋件堆鋼的可能性。當(dāng)軋件尾端接近活套的前一機架時，活套高度給定信號將逐漸減少套量，隨著控制系統(tǒng)接到落套指令，管路ｖ2和ｖ3上的氣閥７、8同時失電，氣體經(jīng)過管路ｖ1上的氣閥６進(jìn)入氣缸有桿腔，無桿腔的氣體由管路ｖ2上安裝的單向節(jié)流閥10經(jīng)過氣閥７和8排放，將起套輥壓下，而單向節(jié)流閥１０在設(shè)置時作了適當(dāng)調(diào)整，讓它提供一定的阻力，防止落套太快。這樣，就完成了一個起、落套過程。因為活套控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制回路，所以蓄能器僅維持同種規(guī)格軋件在無張力下儲存一定量的活套量，不同規(guī)格的軋件的套量也可以通過調(diào)節(jié)減壓閥５的壓力，來保持軋件達(dá)到無張力狀態(tài)。 

特棒廠在調(diào)試使用初期，生產(chǎn)實踐中影響活套控制不穩(wěn)定性因素較多，對其中主要有活套掃描器參數(shù)、檢測信號的準(zhǔn)確性以及起套輥不動作等原因作了具體分析和改進(jìn)。活套掃描器受周圍水汽較多、粉塵大和軋件溫度等環(huán)境因素的影響，容易使活套掃描器的透視鏡模糊，影響掃描器檢測的靈敏性，對活套高度掃描器的維護(hù)顯得異常重要，因此要定期對活套高度掃描器進(jìn)行測試調(diào)校，提高掃描器的精度和靈敏度，加強日常點檢維護(hù)。主要檢測項目有活套實際高度與活套掃描器高度值是否一致，以及校驗其信號的靈敏度，必要時應(yīng)及時更換。同時也考慮到活套的穩(wěn)定性與相關(guān)機架的速度控制系統(tǒng)動態(tài)特性及粗、中軋的堆拉關(guān)系，活套區(qū)工藝調(diào)整的關(guān)系，所以對活套掃描器的范圍設(shè)定作了調(diào)整，允許活套對同一軋件由頭部到尾部活套有±20ｍｍ的套量變化。這 樣 當(dāng)活套掃描器檢測實際 高 度處于原設(shè)定數(shù)值的±20ｍｍ 以外時，活套控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)才起作用，使之穩(wěn)定在范圍以內(nèi)。當(dāng)然在實際的應(yīng)用過程中，由于設(shè)備或軋制規(guī)格的原因，有些活套不能投入，但為了使級聯(lián)調(diào)速控制更好，在程序中做了特殊處理，活套能夠自由選擇和組合，這樣可以達(dá)到最佳控制。起套輥不起套故障原因是氣缸沒有動作，導(dǎo) 致這一現(xiàn)象有兩個因素：電氣原因和氣動原 因。是電氣原因還是氣動原因很難立即判別，只有通過對電氣和氣動元件逐一檢查，才能確認(rèn)。

（１）電氣控制系統(tǒng)故障。由于現(xiàn)場振動、接線不牢造成的接線松動或灰塵太多導(dǎo)致接觸不良，起、落套信號沒有及時發(fā)出或沒有發(fā)送到相應(yīng) 的電磁閥上，使現(xiàn)場的信號時有時無，致使換向閥動作混亂，產(chǎn)生調(diào)節(jié)振蕩現(xiàn)象；再是設(shè)備受潮或進(jìn)水等原因使電源線接線處短路，從而使電磁閥接到的信號比電磁閥的信號低，造成電磁閥不能全開或全關(guān)，影響電磁換向閥不動作。針對上述原因分析，為了便于在線判斷活套故障原因，首先在氣閥閥板上方專門增設(shè)了電控信號指示屏，判斷是否是電氣原因，便于縮小故障判別范圍；同時對氣閥的應(yīng)用安裝選擇指示燈，這樣能比較直觀地反映各控制信號的指示狀況，如果在發(fā)生故障時，氣閥的指示燈都亮，表明控制系統(tǒng)已發(fā)出指令，電控元件故障的可能性較小，氣動元件故障可能性較大。如果某一線路或氣閥上的指示燈不亮，則表明相應(yīng)回路上的電控元件存在故障，為查找和排除故障指明了方向。

（２）氣動元件故障。氣動回路中某一氣閥不動作會引起起套氣缸的失效。在起套氣缸不動作或氣閥出現(xiàn)卡阻癥狀時，曾多次對換向閥拆解閥體檢查，發(fā)現(xiàn)換向閥在全關(guān)閉時閥芯與閥座之間有空隙，造成閥在全關(guān)閉時氣源泄漏，被控參數(shù)難以穩(wěn)定；由于原先設(shè)計選用國內(nèi)制造的二位三通閥，主閥采用活塞式錐形端面和截止式軟密封，活塞上又帶Ｏ形圈，對推動閥芯移動，需要較大氣源的推力；再次是閥芯受氣源管路中遺留的焊渣、鐵銹、或水汽（渣子）等劃傷、腐蝕的影響產(chǎn)生傷痕，閥座與閥體間的密封被破壞，摩擦力大時造成閥單向動作甚至不動，所以容易產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象，屬于閥自身缺陷導(dǎo)致穩(wěn)定性不高，不能適應(yīng)響應(yīng)快、頻率高的活套氣動系統(tǒng)。所以氣閥改型選用了國外進(jìn)口的二位三通電控?fù)Q向閥替代國產(chǎn)的換向閥，該閥采用滑閥式結(jié)構(gòu)和平衡式設(shè)計，不受氣壓變化的影響；電 磁力大；閥芯上無其他油封，摩擦力小，無須潤滑，可靠性和靈敏度均滿足現(xiàn)場要求。 

活套控制是決定軋件質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，通過對棒線活套的安裝、調(diào)試 及生產(chǎn)實踐，在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，因地制宜對設(shè)備進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，不斷完善活套控制系統(tǒng)的性能，滿足了軋制生產(chǎn)節(jié)奏的需要。即使發(fā)生了活套故 障，也能比較方便地找到原因，大大減少排除故障的時間，保證了棒線生產(chǎn)線產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。