韶钢热轧宽板厂液压式转钢推床的改进实践.pdf

经验交流 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 5 3 韶钢热轧宽板厂液压式转钢推床的改进实践 姜海军 广东省韶关钢铁集团有限公司，广东韶关 5 1 2 1 2 3 摘要 简单介绍了韶钢热轧宽板厂液压式转钢推床的结构特点，并对其存在的问题进行分析和改进， 达到了设备运行稳定和高 精度控制的目的， 值得同行借鉴和推广应用。 关键词 转钢推床 ；改进 ；稳定 ；高精度 中图分类号 T G 3 3 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 2 0 70 1 6 8 0 3 Th e I m pr o v e me n t Pr a c t i c e o f Hyd r a ul i c Tur ni ng Be d o n W i d e Pl a t e M i l l i n S h a o g u a n I r o n a n d S t e e l Co mp a n y J I A N G Ha i - j a n S h a o g u a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o ． ，L t d ． ，S h a o g u a n 5 1 2 1 2 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r s i mp l y t e l l s t h e f r a me a n d wo r k p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c t ur n i n g b e d．a n d t h e e x i s t i n g p r o b l e ms a r e a n a l y z e d a n d i mp r o v e me n t t o a c h i e v e t h e e q u i p me nt o p e r a t i o n s t a b i l i t y a n d h i g h p r e c i s i o n c o n t r o l p u r p o s e ．I t ’ S w o r t h t o a c a de mi c r e f e r e n c e a n d a p p l i c a t i o n ． Ke y wo r d s t u r n i n g b e d； i mp r o v e me n t ；s t a b i l i t y ； hi g h p r e c i s i o n 1 概述 韶钢热轧宽板厂 3 4 5 0 mm宽 中厚板生产线是 韶 钢重要 的生产单 位 ，2 0 0 5年 2 月 2 8日竣工 投 产 ，年生产能力 1 0 0 万吨。随着 中国钢铁市场逐 步到了产能过盛 的境地 ，市场竞争异常激烈 ，对 产 品规 格 的变化和产 品质量都 提 出了更高 的要 求 。因此 ，宽板厂 为满足 市场需要 和提高竞 争 力 ，结合宽板厂现有设备特点和存在 的问题 ，进 行了横轧工艺完善性改造 ，主要有在轧机前后增 加装钢辊道和液压推床、辊道加密和高压水除鳞 系统改造等。改造后 ，除鳞系统和转钢辊道设备 运 行稳定 ，但新增 的液压 式推 床却频 繁出现故 障，对生产造成了较大影响。 2 液压式转钢推床的结构特点及存在问题 2 ． 1 结构特点 新增的液压式推床主要由液压缸、推杆 、传 动齿条 、压轮 、推头 、同步轴等组成 。传动侧和 操作 侧 的侧 导板各 自通 过 2个 液压缸 驱动 完成 推 一拉动作 ，液压缸带有内部位置变送器 ，传动 侧和操作侧通过 电气同步 ，推杆配有合金钢锻制 的倒置 的齿条 ，两个推头通过同步轴连接 。转钢 辊道 即锥辊 布置在推床正下方 ，满足横轧转 钢要求 的对中装置 详见图 1 。这样 ，在坯料旋 转一定角度后 ，利用新增对 中装置进行对正 ，就 可 以精准定位 ，准确高效完成转钢操作。 2 。 2 存在问题 2 0 1 0 年 5月份横轧改造项 目完成 ，并顺 利投 入使用 ，基本上达到了设计要求 。在使用过程中 除鳞系统和转钢辊道设备运行稳定，但新增的液 压式推床却频繁出现故障，对生产造成了较大影 响。推床故障主要集中表现在以下几个方面 1 液压缸活塞杆侧法兰螺栓全断 ，法兰脱 出，导致大量漏油 ，无法继续使用 ； 2 液压缸活塞 密封失效 ，缸筒拉伤严重 ， 从而导致油缸内泄严重，推床无法动作； 3 液压缸位移传感器经常因检测杆变形扭 曲、断裂或接线插头松脱等导致传感器损坏或显 示数据不准确 ，无法投入使用 ； 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 0 5 『 _ ■ ■ ■ ● ● ■ 广 T ● _ _ _ ● 了 T ] I 藏鬟 警 I 1 6 8 I 萋 鬻 l ll l【 L0 t 0 J 立盆0出 - _ J 图1 液压式转钢推床布置图 4 液压缸关节耳环与推杆连接 的销轴经常 脱出、推杆的连接耳座固定螺栓松动严重，影响 推床的正常使用 ； 5 推床开 口度 的设定精度为 2 m l n，实际 上只能控制在_ 3 0 ram以内，仅能满足基本的对 中 和转钢功能 ，无法达到精准定位的 目的。 3 原 因分析 通过对以上故障现象进行分析 ，推床主要存 在控制精度差 、油缸选型设计不合理和安装方式 不合理三个方面的问题，从而导致以上故障反复 出现。具体分析如下。 3 ． 1 控制精度差 推床选用液压式控制，由型号为4 WR Z E型不 带反馈 的比例阀控制 ，电气控制上只能对 比例 阀 分启动停止和运行两种情况给定开口度信号 ，因 为每个 比例阀的特性曲线都不是完全一致的，再 加上推床本身、钢坯等外部因素的影响，无法进 行实时调整 。此外 ，比例阀的最佳使用区问为额 定流量的 6 0 ％左右 ，而旧比例 阀实际上的控制 区 间在 1 5 ％ 3 0 ％之 间 ，不 能 很好 地 比例 阀 的作 用 ，因此在控制上很不稳定 ，经常需要调试 。因 此要实现油缸的精确位置控制难度较大，只能控 制在 3 0 ra m以内。推床传动侧和操作侧的同步性 就更加难 以确保精度 了。此外 ，在启 动和停止时 冲击较大 ，在快要 到达 目标位置时需要频繁来 回 调整 ，大大缩短油缸 的使用寿命 。 3 ． 2油缸选型设计不合理 油缸设计 时仅考虑该 油缸所用的液压系统压 力为 1 6 M P a ，就将油缸的工作压力定为 2 0 M P a ， 未充分考虑油缸在轧钢系统中的其它复杂工况， 比如该油缸的动作速度 、频率和高温重载等因素。 从结构上讲，一是活塞环设计存在一定的问 题 ，只有一道导向环且太窄 ，导致油缸的导向性能 较差 ；二是油缸头部的关节耳环螺牙太松，同时没 有防松 的紧定螺钉 ，导致在生产过程非常容易松 脱。此外 ，一般轧钢系统所选用 的油缸 的压力等 级 ，往往要 比普通工况的油缸选用的压力级别至少 要高一级 ，也就是油缸 的工作压力至少为 2 5 MP a ， 从而导致油缸活塞环损坏、缸筒严重拉伤。 3 ． 3 油缸的安装结构形式不合理 原设计的油缸安装方式只让油缸在上下方 向上有 很小 幅度 的偏差 。但 对这种 两个 油缸共 同作用的液压式推床来讲 ，一方面从控制上不 可能做 到完 全 同步 ，另一 方面 ，生产 时的工况 不可能 完全按 照理想 的设计 要求来 实 现 ，对 中 或转钢 时钢坯 的位 置 的变化 ，会导 致推 头 的轻 微倾斜 ，从而到导致两个油缸的受力不一致 ， 使油缸 左右方 向摆 动 。而油 缸此 时又没有 一点 调整的余地 ，只能将力传递到油缸本身 ，从而 加剧 了油缸 的损坏 。 4改进措施 通过对以上导致推床故障反复出现的原因进 行了详细分析可知，比例阀的控制特性差和相应 的 电气 自动化 控制方 式不合 理 ，导 致控 制精度 差 ，从而 出现冲击大 、振动大问题 ，是导致 以上 故 障的主要原 因。针对以上三个方 面的问题逐一 制定 了改进措施 ，并实施 ，起到 了良好 的效果 。 具体措施如下。 厂 | j l／ 1 6 9厂 _ 交流 下 O一如 田 l O一7S f f I O一5O f | 1 O一2S { ． 8 O O 2 O 4 0 6 o 8 o l i m inms一 硼R 慨 图2 4 WR T E型和4 WR Z E型比例方向阀过渡性能曲线 1 比例 阀重新选型 ，并 采用 P I D控制 ，实 现高精度控制 推床原液压控制阀台使用的比例阀型号为 4 WR Z E 3 2 W8 5 2 0 后略 。要实现推床动作响应 快 ，位置精 确 ，首先 必须重新 对 比例 阀进行 选 型，根据力士乐的比例方向阀产品样本，输入信 号为 阶跃信号 时的过渡性能 曲线 详见图 2 和 在特定压差下不同开口度的流量特性曲线 详见 图 3 可以看 出 4 WR Z E型 比例阀在给定开 口度 从零到 5 0 ％的响应时间约 2 4 0 ms ，而4 WR T E型 比 例 阀在 给 定 开 口度 从 零 到 5 0 ％的 响 应 时 间 约 5 0 ms ，此外 ，4 WR Z E型 比例 阀在给大于 2 5 ％的开 口度信号时比较稳定，而4 WR T E 型比例阀则在给 大于 1 5 ％的开口度信号时比较稳定，控制死区比 较小。若选用 “ V ”型中位机能的比例阀可以实 现从零开始的稳定控制 。 此外 ，比例阀的最佳使用 区间为额定流量的 1 0 o 8 o 6 0 -量 童 4 0 2 O 1 0 ／ ／ ／ 、／ ／ ／ ／ ／ ， ． ．， △P 1 0 b a r l 一4W RZE 2 一WRT E 0 2 5 S O 7 S 1 0 0 Co mr a a n dv a l u e i n％ 图3 特定压差下不同开口度的流量特性曲线 6 0 ％左右 ，而旧比例 阀实际上的控制 区间在 1 5 ％～ 3 0 ％之间 ，比例阀的作用不能很好地发挥 ，因此 在流量选择上将比例阀的额定流量由5 2 0 L ／ m i n 调 整为 4 0 0 L ／ m i n 。经与力士乐相关专家交流进一步 确定型号改为4 WR T E 3 2 W8 4 0 0 L 后略 。 在 电气控制 上 ，原 采用 推床 的动 作 的速度 是 直 接 给定 的 ，按 照 一 定 的 开 口度 打 开 与关 闭 ，达 到 目标 值 范 围 内 3 0 mm就会 停 止 。 而采用 新选型 的 比例 阀后 ，在 电气控 制上采 用 P I 比例 与积分 调节 的闭环控 制法 ，对 油缸 的速度和 同步性 实时进行调 整 。从 O D G中导 出 比例阀和控制方式改变前后的控制和执行 曲线 详见图4 可 以看出采用新的比例阀和P I D 控制，在给出位置信号到执行到位的时间由3 ． 6 a 改变前 b 改变后 图4 比例阀和控制方式改变前后的控制和位置反馈曲线 秒降为 1 ．5 秒 ，实际位置偏差 1 8 m m降为 2 m m， 并且推床在启 动和停止 阶段 ，曲线过渡 比较 好 ，反复进 行位置调 整 的振 荡也消 失 了。即启 停平 稳 ，冲击小 ，可以有效 提高设备 的稳 定性 和位置精度。 下转第 2 4 2 页 [ 二 二 ∞ { 2 ∞ 交流 些新技术都 十分需要积极去推广 、去应用 。让更 多的无损检测专业人员去掌握 、使用 、维护这些 先进的设备。广东N D T 学会义不容辞应承担这一 社会重任，要通过不定期的方式经常组织学术交 流 、新技术讲座 、新产品推介等活动形式 ，才能 不断推动无损检测技术发展与进步。同时在各类 专业技术培训班 ，对参加学习的专业人员介绍世 界无损检测技术新动 向，使我 国的无损检测技术 始终与世界同行业先进技术接轨。使广东更多企 业 的检测水平走向国际先进行列。 3 结束语 进入2 1 世纪，新一代信息技术 、节能环保、 新能源 、生物 、高端装备制造 、新材料 、新能源 汽车等产业是国家发展的基础性、战略性支柱产 业 。这些产品质量控制对无损检测技术和检测设 备提出了更高、更精、更准的需求。无损检测人 员 的知识水平和技术水平也有待提高 ，这就要求 从事无损检测人员培训的工作者适应新形势 ，与 时俱进地做好无损检测技术培训 工作 ，为促进 国 民经济发展贡献一分力量。 第一作者简介李达桂 ，男，1 9 4 9 年生，广东罗定人，大 学本科，讲师。研究领域无损检测人员培训考核管理。 编辑 王智圣 上接第 1 7 0页 图5 推床油缸改进后结构简图 2 对油缸重新选型和设计 首 先 将 油 缸 的压 力 等级 提 高 一 级 ，设 为 2 5 MP a ，相应 的法 兰尺寸 、连接螺栓和密封等都 相应提高了等级 。然后对活塞进行重新设计 ，在 l H l 一 L a 改进前 b 改进后 图 6 油缸安装底座改进前后结构示意图 密封 的两侧各增加 了一道导 向环 ，同时增加 了导 向环的宽度 。此外 ，油缸的关节耳环增加了防松 的紧定螺钉。详见图5 。 3 对油缸 的安装方式重新设计 ，实现上下 左右允许偏差 缸在上下 左右 四个方 向上 都 允许 存 在 一 定 的偏 差 ， 亦 即可 以在 四个 方 向上 偏 转 。将油缸 安装在可 以旋 转 的底座 上 ，实现 了油 缸 上下左右 方 向上 的 自由转 动 。这样 就可 以避免 两侧 油缸不 同步时对 油缸 的伤 害，有效提高了油缸的使用寿命。详见油缸安装 的结构示意图 图6 和效果图 图7 。 a 改进前 b 改进后 图 7 油缸安装底座改进前后现场效果对 比图 5结论 通过对液压式转钢推床进行 以上改进 ，效果 较好 ，实现 了高精度控制 ，且运行稳定。改造后 近半年来 ，未 出现过一起设备故障 ，创造了 比较 明显 的经 济效益 。其控制方 式 的改变 和油缸结 构 、 安装方式的改进值得同行借鉴和推广应用。 作者简介 姜海军，男 ，1 9 8 0 年生，湖北枣阳人，硕士， 工程师。研究领域钢铁行业中厚板轧线的机械液压专业 技术和设备管理。已发表论文5 篇。 为满足现场复杂工艺的变化，必须要确保油 编辑 王 智圣 [