嚴(yán)宏安

(洛陽龍鼎鋁業(yè)有限公司，河南 洛陽 471300)

我公司現(xiàn)有1600mm、1850mm、2000mm等不同規(guī)格的4輥不可逆冷軋機(jī)共18臺(tái)套，工藝控制系統(tǒng)采用西門子控制系統(tǒng)，可生產(chǎn)5mm～0.006mm各種不同規(guī)格的鋁板帶箔產(chǎn)品，軋機(jī)順控系統(tǒng)采用西門子S7315系列可編程控制系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)采用ABB公司DCS800系列直流調(diào)速系統(tǒng)，每臺(tái)軋機(jī)均配備有AGC(自動(dòng)厚度控制)和AFC(自動(dòng)板型控制)系統(tǒng)，軋機(jī)出口測(cè)厚儀采用塞默飛公司生產(chǎn)的RM410系列，板形儀采用原西門子奧鋼聯(lián)生產(chǎn)的空氣軸承式板形儀，分為輕載型和重載型兩個(gè)系列?，F(xiàn)根據(jù)公司運(yùn)行管理收集的故障經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行簡要總結(jié)，供大家學(xué)習(xí)參考。

1 軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)故障及解決方法分析

(1)張力波動(dòng)大比較常見。簡單故障可以從編碼器工作不正常和卷徑測(cè)量不準(zhǔn)兩個(gè)方面來查找。檢查電機(jī)編碼器是否有松動(dòng)，如原10#軋機(jī)曾經(jīng)出現(xiàn)張力波動(dòng)大，更換編碼器連接軸后正常；在直流電機(jī)編碼器端蓋處加干油不能過量，9#、10#軋機(jī)在白天檢修加完潤滑油后，夜班生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)故障，經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)打黃油過量造成編碼器故障，隨后把多余的干油清理干凈編碼器工作正常。卷徑測(cè)量容易產(chǎn)生故障，卷徑測(cè)量不準(zhǔn)或者連續(xù)跳動(dòng)，遇到這種情況先檢查卷徑測(cè)量儀鏡面是否有油污，測(cè)量點(diǎn)是否對(duì)準(zhǔn)套筒的中心，檢查卷徑測(cè)量儀插頭是否有松動(dòng)，如上述都無法解決，需要對(duì)卷徑測(cè)量重新標(biāo)定，更換卷徑測(cè)量儀也需要重新標(biāo)定。

(2)加減速時(shí)張力波動(dòng)大。在軋機(jī)調(diào)試時(shí)，通過不斷摸索，發(fā)現(xiàn)加減速張力不穩(wěn)主要是由于卷取機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償不合適造成的，因此遇到該問題需重新做轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償。在做轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償時(shí)，機(jī)械的潤滑條件和摩擦系數(shù)要盡量接近工作狀態(tài)，建議在做轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償時(shí)，機(jī)列提前預(yù)熱軋制一道。

2 西門子TCS控制系統(tǒng)(軋機(jī)工藝控制系統(tǒng))故障及解決方法分析

機(jī)架標(biāo)定無法順利通過是遇到的最頻繁問題，每一臺(tái)軋機(jī)都出現(xiàn)過該問題，前期該類故障占月度總故障的89%以上，通過多年運(yùn)行總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將機(jī)架輥縫標(biāo)準(zhǔn)化的每一步動(dòng)作進(jìn)行簡單的講解分析。初始化(原始標(biāo)定數(shù)據(jù)歸零)；輥縫全打開(卸荷狀態(tài)，壓上缸落到最下)；計(jì)數(shù)器清零(磁尺計(jì)數(shù)器清零)；閉輥縫5mm(閉輥縫5mm，標(biāo)定步驟中斷，檢查液壓系統(tǒng)和伺服閥控制)；標(biāo)定傾斜(達(dá)到系統(tǒng)給定一個(gè)傾斜力值2mm)；標(biāo)定彎輥(達(dá)到系統(tǒng)給定的一個(gè)彎輥力值40%)；最小軋制力合輥縫(軋制力環(huán)控制和傾斜位置環(huán)，此處需要檢查液壓狀態(tài)及軋制線狀態(tài)，該步只要求操作側(cè)或傳動(dòng)側(cè)軋制力達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的最小軋制力并穩(wěn)定即可通過，設(shè)定值60t～80t)；接觸軋制力合輥縫(傾斜位置環(huán)控制，要求傳動(dòng)側(cè)或操作側(cè)輥縫都閉合，3#軋機(jī)因操作側(cè)壓上缸沒有卸荷到底，導(dǎo)致在接觸軋制力階段出現(xiàn)傾斜位置超限造成機(jī)架標(biāo)定無法通過)；開輥縫5mm(位置控制)；軋輥稱重(位置控制)；合輥縫到接觸軋制力(軋制力環(huán)控制，接觸軋機(jī)80t～120t)；開始噴淋(壓上系統(tǒng)壓力環(huán)，噴淋梁起動(dòng)噴油)；主機(jī)運(yùn)行(壓上系統(tǒng)壓力環(huán)，給定主機(jī)速度120m/min運(yùn)轉(zhuǎn)主機(jī))；開始串輥(6輥軋機(jī)有此功能，4輥軋機(jī)無此動(dòng)作)；傳動(dòng)檢查(壓上壓力環(huán)，速度達(dá)到主機(jī)標(biāo)定給定速度)；開始軋制力控制(單側(cè)軋制力控制環(huán)，軋制力到標(biāo)定軋制力，找到輥縫的實(shí)際零位)；單側(cè)軋制力模式(單側(cè)軋制力控制環(huán)，傾斜軋制力不能超限)；延時(shí)20s(循環(huán)控制)；標(biāo)定位置(位置環(huán)控制，位置清零)；開始位置控制(位置環(huán)控制)；偏心補(bǔ)償測(cè)試(位置環(huán)控制)；開輥縫到接觸軋制力(壓力環(huán)控制)；主傳動(dòng)停止運(yùn)行(壓力環(huán)控制)；冷卻系統(tǒng)停止(壓力環(huán)控制)；開輥縫到10mm(壓力環(huán)，伺服閥輸出-100%電流)；標(biāo)定結(jié)束(記錄標(biāo)定軋制線位置，軋制線偏差與實(shí)際偏差過大標(biāo)定無效，4#機(jī)出現(xiàn)過)。

(1)2#2000mm冷中軋機(jī)支承輥換輥缸連接銷導(dǎo)致機(jī)架標(biāo)定無法通過。2011年某日晚17點(diǎn)，2#2000mm冷中軋機(jī)無法標(biāo)定，經(jīng)過多次反復(fù)標(biāo)定發(fā)現(xiàn)每次都在第17步軋制力模式中斷，從PDA記錄上顯示的數(shù)據(jù)分析，造成中斷的原因是由于軋輥傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)傾斜值過大，軋制力差超限系統(tǒng)卸荷保護(hù)，如圖1所示。

從圖1可以看出，在18點(diǎn)19分7秒有一次壓力值的變化，這說明壓上缸已經(jīng)靠上下支承輥軸承座；在18點(diǎn)19分12秒時(shí)刻傳動(dòng)側(cè)壓力突然變大，而操作側(cè)壓力值沒有變化，此時(shí)偏差軋制力開始變大；在18秒19分18秒左右操作側(cè)側(cè)壓力增大，說明此時(shí)上工作輥和下工作輥已經(jīng)開始接觸，此時(shí)偏差軋制力才趨于正常。通過現(xiàn)場檢查機(jī)械發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在機(jī)架輥縫標(biāo)定時(shí)，傳動(dòng)側(cè)會(huì)壓力先上去，是因?yàn)橹С休亾Q輥油缸的插銷還連在支承輥上突然造成兩邊的壓力偏差，因傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)壓力差過大，系統(tǒng)保護(hù)卸荷，中斷了軋機(jī)的機(jī)架標(biāo)定。

(2)7#1550mm冷軋機(jī)支承輥定位裝置沒到位造成傾斜位置超限引起機(jī)架標(biāo)定中斷。輥系傳動(dòng)側(cè)往操作側(cè)傾斜，通過查找機(jī)械問題，發(fā)現(xiàn)下支承輥的鎖緊裝置未鎖緊，在軋制過程中受到橫向力導(dǎo)致下支承輥從機(jī)架內(nèi)竄出，造成傾斜位置差引起機(jī)架標(biāo)定中斷，無法標(biāo)定通過。

(3)3#軋機(jī)發(fā)生兩次標(biāo)定無法通過的設(shè)備故障。3#2000mm粗中軋機(jī)故障原因是因?yàn)閮A斜超限保護(hù)造成的，在排除了電氣故障后，檢查機(jī)械問題時(shí)，發(fā)現(xiàn)操作側(cè)壓上缸沒有完全卸荷到底，造成傾斜差故障。

(4)4#軋機(jī)壓上系統(tǒng)在輥縫打開5mm時(shí)，軋機(jī)機(jī)架輥縫標(biāo)定時(shí)中斷。4#1900mm冷軋機(jī)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)各2組伺服閥，可以選擇4種工作模式，但是無論選擇什么模式都在機(jī)架標(biāo)定開輥縫5mm階段無法通過，起初懷疑是液壓問題，用干電池手動(dòng)給正負(fù)電流缸體都能動(dòng)作，檢查卸荷閥發(fā)現(xiàn)均正常，且標(biāo)定軋制力也能達(dá)到接觸軋制力，最后查到操作側(cè)伺服閥放大板沒有負(fù)電流輸出，更換放大板后工作正常。

(5)9#、10#1600mm粗中軋機(jī)最早多次遇到最小軋制力無法運(yùn)行，最常見的是伺服閥卡，更換伺服閥后工作正常；其次壓上系統(tǒng)液壓卸荷回路工作不正常，其原因多數(shù)是由于壓上背壓壓力有人私自調(diào)節(jié)，背壓加裝壓力傳感器后該問題很少發(fā)生。

總之輥縫標(biāo)定中斷故障是行業(yè)內(nèi)比較常見的故障類型之一，80%以上的故障均是因?yàn)閴荷嫌推非鍧嵍鹊?。壓上液壓油采用的?2#高清液壓油，清潔度等級(jí)為NAS5級(jí)，油品長期使用，機(jī)械雜質(zhì)超標(biāo)，以及平時(shí)更換濾芯和加油補(bǔ)油操作不規(guī)范，油品清潔度下降，造成液壓閥卡澀輥、輥縫標(biāo)定故障頻發(fā)。為了解決該問題，規(guī)范油箱加油補(bǔ)油的操作規(guī)程，其次定期通過高精度濾油機(jī)體外對(duì)油品進(jìn)行過濾，保證油品的清潔度，以及對(duì)壓上濾芯3個(gè)月為周期定期進(jìn)行更換。通過加強(qiáng)對(duì)油品的管理后，軋機(jī)輥縫標(biāo)定故障基本得到了遏制。

3 板型與厚控的典型案例

(1)10#軋機(jī)初期板形扣邊嚴(yán)重。通過減少總的噴淋量和加大壓平輥的凸度解決了該問題。

(2)2#軋機(jī)生產(chǎn)帶材板形傳動(dòng)側(cè)二肋浪，入口輥張緊輥液壓缸傳動(dòng)側(cè)脫焊造成入口輥系不平行導(dǎo)致的。

(3)4#軋機(jī)調(diào)試期間厚差周期性變化，軋制力也周期性波動(dòng)。用百分表測(cè)量上工作輥圓周度為0.05mm的跳動(dòng)，后經(jīng)查是由于磨削1900mm軋輥時(shí)磨床托磨點(diǎn)不正確造成軋輥橢圓導(dǎo)致的。

(4)5#軋機(jī)在試車時(shí)發(fā)現(xiàn)周期性橫輥印。反復(fù)查找后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樯瞎ぷ鬏伜拖鹿ぷ鬏伒呐鋵?duì)率相差太大造成橫輥印，上下工作輥輥徑相差0.27mm，上下工作輥直徑不一樣，工作輥線速度不一致導(dǎo)致上下輥存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

(5)W型浪和M型浪板形。2#軋機(jī)和5#軋機(jī)發(fā)生過W型板形，2#軋機(jī)是因?yàn)楣に囉筒环瞎に囈?，軋制時(shí)軋制力比正常軋制時(shí)要大很多才能達(dá)到目標(biāo)厚度，軋制力和正彎力過大，使工作輥發(fā)生高次撓曲造成W型板形；5#軋機(jī)在加大工作輥凸度后解決了該問題。反之輥系凸度和負(fù)彎力過大會(huì)造成M型板形。

(6)2012年某日15點(diǎn)03分，2#、3#、4#、5#軋機(jī)板形輥全部報(bào)警，板形輥壓差傳感器檢測(cè)壓力和系統(tǒng)檢查供氣壓力異常，軋機(jī)全部故障停機(jī)。對(duì)氣源空氣管路檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，因該4臺(tái)設(shè)備用氣點(diǎn)是在壓縮空氣總管末端，氣源主管路末端含有大量的油水混合物，油水混合物把板形輥氣動(dòng)系統(tǒng)所有的濾芯全部堵死，造成供氣系統(tǒng)壓力低，板形輥到壓力傳感器的內(nèi)部毛細(xì)氣管被油水混合物堵塞造成了板形輥故障，該次故障造成4臺(tái)設(shè)備大面積長時(shí)間故障停機(jī)。

空氣軸承式板形儀對(duì)氣源質(zhì)量要求較高，公司前期空壓機(jī)以及壓縮空氣干燥機(jī)采用的設(shè)備，氣源質(zhì)量差，氣體中含油含水嚴(yán)重超標(biāo)，壓縮機(jī)油隨著壓縮空氣同時(shí)輸入至供氣主管道內(nèi)；氣體干燥機(jī)采用冷凍式，降溫效果差，壓縮空氣通過長距離輸送，熱氣體遇冷積聚形成大量的水。后期公司將所有空壓設(shè)備全部更換為進(jìn)口空壓機(jī)，氣體干燥機(jī)也升級(jí)更換采用吸附式干燥機(jī)，其次對(duì)定期更換供氣管路上的濾芯，確保板形儀壓縮空氣潔凈干燥。通過這些技改后，板形儀未出現(xiàn)類似故障，運(yùn)行較為穩(wěn)定。

(7)7#1500mm軋機(jī)板形的周期性擺動(dòng)。7#1550mm冷軋機(jī)為開坯軋機(jī)，鑄軋生產(chǎn)7.0mm厚板均需通過冷軋開坯，提供給下游箔軋，在7mm軋機(jī)出現(xiàn)板形周期性擺動(dòng)。通過數(shù)據(jù)分析收集，以板形擺動(dòng)周期體積相等原則，對(duì)該問題進(jìn)行了分析處理，最終統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，周期擺動(dòng)與鑄軋輥周長相關(guān)，鑄軋輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，對(duì)應(yīng)冷軋的7#軋機(jī)開坯板形擺動(dòng)一次。

來料板寬、擺動(dòng)周期、軋機(jī)速度、軋機(jī)厚度均為已知量，通過這些已知量計(jì)算出來料帶材板形擺動(dòng)周期的長度，根據(jù)大量的軋制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，帶材周期性擺動(dòng)的長度均能匹配上游鑄軋機(jī)軋輥周長，因此推算出板形周期性擺動(dòng)來源于上游鑄軋機(jī)軋輥偏心。

(8)張力波動(dòng)對(duì)板形影響的理論分析。10#軋機(jī)軋制箔料升減速時(shí)板形不好，經(jīng)常斷帶，經(jīng)iBA數(shù)據(jù)分析是由于出口的實(shí)際張力和反饋張力不一致造成的，板形控制系統(tǒng)的反饋張力可以從板形輥上檢測(cè)出來，現(xiàn)對(duì)板形輥檢測(cè)原理與張力關(guān)系做如下理論分析：

測(cè)張力分布式檢測(cè)方法的工作前提是帶材在前張力作用下完全被拉伸平直(否則測(cè)到的只是帶材平坦度缺陷的部分)，即帶材在張力作用下無翹曲浪形，w(x，y)=0。并假設(shè)：①帶材沿橫向處處與測(cè)量輥表面以包角2接觸繞過；②忽略帶材繞過測(cè)量輥時(shí)的張力損耗，認(rèn)為測(cè)量輥前后帶材張力大小分布完全相同；③帶材橫截面為矩形，厚度均為h；④前張應(yīng)力A(i)在與其測(cè)量區(qū)域相對(duì)應(yīng)的帶材橫截面內(nèi)均勻分布。如果帶材寬度B內(nèi)剛好有m個(gè)測(cè)量區(qū)段，就可測(cè)得m個(gè)徑向壓力值q(i)，每個(gè)輥環(huán)對(duì)應(yīng)的帶材寬度為B1(i)，如圖2所示。

那么對(duì)于i區(qū)域帶材B1(i)有，q(i)=2σb(i)·sinθ·h·B1(i)。對(duì)于帶材整體有，第i區(qū)域帶材作用在板型輥上的力，q(i)=2σ(i)sinθ×h×B(i)；式中，σ(i)為實(shí)際出口帶材形變單位張應(yīng)力；θ為抱角角度；h為出口帶材厚度；B(i)為第i區(qū)域帶材的寬度。帶材作用在板型輥i區(qū)域的彈性變形的單位張應(yīng)力：

σΔ(i)=q(i)/[2sinθ×h×B(i)]-Ts/(h×B)

=q(i)/[2sinθ×h×B(i)]-[Σq(m)/h×B2sinθ](板形檢測(cè)與軋機(jī)出口帶材實(shí)際張力無關(guān))

=[q(i)×Σq(m)]/[2sinθ×h×B(i)×Σq(m)]-Ts/(h×B)

=[q(i)×Ts)]/[h×B(i)×Σq(m)]-Ts/(h×B)

=Ts{q(i)/[(h×B(i)×Σq(m))]-1/(H×B)}

(板形檢測(cè)與帶材和板形輥形成的包角無關(guān))

=[Ts/(h×B)]×{[B(i)×q(i)]-[Σq(m)×B(i)]/[Σq(m)×B(i)]}

注：Ts為軋制時(shí)實(shí)際帶材總張力。

解析上式的物理含義為，帶材的彈性變化張應(yīng)力值與實(shí)際張力以及包角角度無關(guān)。通過帶材幾何圖形也可以解釋上述論證，σΔ(i)=E{[L-L(i)]/L}；式中，E為軋件的楊氏模量。縱向纖維條分割模型如圖3所示。

由此可知，出口實(shí)際張力大小和包角與實(shí)際板形的測(cè)量及板形變化無關(guān)，帶材張力的波動(dòng)變化和實(shí)際張力存在誤差會(huì)造成板形控制不精準(zhǔn)，但在一定的范圍內(nèi)也可以接受，對(duì)板形的控制造成的誤差非常小，板形變化如圖4所示。

4 測(cè)厚儀典型故障案例

(1)軋機(jī)測(cè)厚儀快門限位開關(guān)經(jīng)常性損壞，限位開關(guān)分別加裝銅保護(hù)罩后正常，X射線長期直射限位開關(guān)會(huì)造成限位開關(guān)損壞。限位開關(guān)為塑料外殼封裝，長時(shí)間照射使電氣元件老化，甚至在電路板上產(chǎn)生靜電，造成反向擊穿PN節(jié)。

(2)5#軋機(jī)射線源生產(chǎn)雙零箔厚度漂移嚴(yán)重。射線源溫度的變化造成射線管電流產(chǎn)生了衰減或能量變大，造成厚度零漂，射源升溫范圍過大，測(cè)厚系統(tǒng)溫度補(bǔ)償不準(zhǔn)確。通過對(duì)射源增加冷卻改造，使射線源溫度控制在40℃左右。

(3)9#軋機(jī)測(cè)厚儀靜態(tài)測(cè)量樣片厚度值跳動(dòng)范圍過大，即測(cè)厚噪聲大。通過分析由于發(fā)射源的零點(diǎn)電壓U0和電流I0出現(xiàn)波動(dòng)造成測(cè)量厚度的跳動(dòng)，檢查后發(fā)現(xiàn)是由于C型架的穿線管破裂造成射線源里面進(jìn)油造成了零點(diǎn)電壓電流波動(dòng)，把射線源里的油污擦凈后正常。

在日常維護(hù)過程中，用于射線源內(nèi)部正壓的壓縮空氣很重要，且壓縮空氣一定要干凈，最好使用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)，測(cè)厚儀正壓壓力不易過大，15mbar即可；其次，測(cè)厚儀窗口吹掃空氣過低同樣也會(huì)造成壓力測(cè)厚儀噪聲大，理論上來說測(cè)厚儀的燥聲與測(cè)厚儀電氣元件的工作性能有很大關(guān)系，與吹掃壓力并無關(guān)，窗口吹掃壓力低造成測(cè)厚儀噪聲大，完全來自于筆者工作經(jīng)驗(yàn)。