步進梁定位不準問題的分析和改進

◎王承龍 曾祥泉 李衛國

步進梁定位不準問題的分析和改進

◎王承龍 曾祥泉 李衛國

本文介紹了步進梁的工作原理及特點，以及步進梁定位不準的問題，經過改進后故障顯著降低，設備運轉率大幅提升，極大地減輕了維修工人的勞動強度。

步進梁是軋鋼廠最常用的鋼卷運輸設備之一，從熱軋卷取機出來的鋼卷一般是通過步進梁運輸，到后面通過快速鏈﹑慢速鏈運送到成品庫。步進梁一般處于地下，步進梁上布置有馬鞍形焊接結構的固定鞍座，每個固定鞍座相距一定距離進行布置，活動梁每運行一個周期則會把鋼卷從一個固定鞍座移動到下一個固定鞍座上。如果該設備出現問題將直接影響鋼材的產量，因為單憑天車吊運是跟不上軋制節奏的，所以做好該設備的檢修和維護以保證它的正常運行就顯得尤為重要。

步進梁的機構及工作原理

步進梁由固定梁﹑活動梁﹑偏心輪﹑車輪﹑同步連桿﹑傳動液壓缸和行程控制裝置等部分組成。固定梁和動梁上均有若干個間隔相同步距的鞍座,動梁有升降和橫移兩種運動形式。

工作原理是：步進梁運輸時,動梁升起,將固定梁上的鋼卷托起,動梁再橫移一個步距,將鋼卷運到下一個卷位,動梁再下降,將鋼卷放在固定梁,動梁再回到起始位置,等待下一個運輸周期。步進梁的橫移動作一般由平移缸推動,主要用以克服摩擦力，偏心輪式步進梁的升降主要利用偏心距實現的。偏心輪安裝在動梁上，偏心輪與動梁之間有軸承連接，動梁的車輪安裝在偏心輪的偏心位置，車輪中心與偏心輪中心距離就是偏心距，液壓缸推動偏心輪轉動，由于車輪始終與鋼軌接觸，車輪中心的標高不會變，所以偏心輪中心的高度會因其轉動而變化，動梁也就隨之升降。

影響鋼卷定位精度的因素及原因分析

步進梁作為熱軋鋼卷生產中接收和運輸鋼卷重要環節，操作水平和機械電氣安裝﹑定位精度直接影響鋼卷運輸安全和生產效率。自機組投產以來，在使用過程中經常出現跑遍﹑無法到位等情況，已多次發生因系統運輸偏差過大而導致鋼卷脫落，致使鋼卷及機械電氣設備損壞，影響步進梁的正常投入使用；同時，故障嚴重性，也給操作人員操作形成心理壓力，這一定程度上也影響了生產順利進行。總結其影響因素有以下幾個方面：

移動缸對鋼卷定位影響，步進梁體現移動缸動作結果。步進梁移動缸對鋼卷定位產生影響，主要有以下兩個原因：一是液壓缸行程制造時偏差過大，導致運卷累積誤差增大；二是液壓系統出現故障，造成累積誤差增加，移動缸出現內泄漏（當然，內泄嚴重時系統將無法正常工作），當移動缸返回末端定位時，有桿腔壓力高于無桿腔，有桿腔高壓油流向無桿腔致使活塞向前移動，產生鋼卷定位偏差；鋼卷連續運輸，使累積偏差增加。圖中安全閥1發生故障出現泄漏，同樣導致有桿腔高壓油流向無桿腔，其影響結果與移動缸內泄相同；熱軋廠造成鋼卷運輸偏移液壓系統故障主要就是此安全閥損壞造成。另外，從原理分析比例閥零偏過大也會出現鋼卷偏移，使運輸系統無法正常工作。

電氣控制信號問題。接近開關的定位安裝不準﹑接近開關失靈以及步進梁移動速度的高低等可能導致步距偏差的原因。

接近開關對鋼卷偏移影響表現為步進梁橫向擺動時間接影響移動缸定位。由于振動等原因步進梁行走時，產生橫向擺動；同時步進梁采取接近開關進行減速﹑停止等控制，感應板與接近開關距離變化，直接影響移動缸停止位，也就是說影響到步進梁移動缸每次停止時定位，這必然對鋼卷定位產生不利影響。

在步進梁的運作中，移動速度控制也是個重要問題。速度控制不好，對運輸任務和步進梁本身都會帶來負面影響。例如速度控制太低造成運輸效率下降，影響節奏，耽誤生產；速度過大，可能造成液壓缸和梁體的物理損傷，在梁上滿載鋼卷時這種損傷將會更為嚴重，巨大的慣性對液壓缸的沖擊非常巨大，降低其使用壽命。

改進措施及效果（結構、原理）

為了對步進梁的控制更精確，讓步進梁每次的啟動和停止的位置不變，能夠使步進梁及時準確的向PLC反饋位置坐標，加裝一個拉線式位移傳感器。（拉線式位移傳感器工作原理：拉線式位移傳感器的功能是把機械運動轉換成可以計量，記錄或傳送的電信號。位移傳感器由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個精密旋轉感應器連接在一起，感應器可以是增量編碼器，絕對（獨立）編碼器，混合或導電塑料旋轉電位計，同步器或解析器。工作方式是編碼器通過油缸的形程計算出油缸運行的距離，如果達到設定的減速距離時，編碼器向比例閥發出減速命令，油缸進行減速運行，當編碼器計算出的距離達到停止位置距離時，編碼器向比例閥發出停止命令，步進梁停止。）

操作上，拉線式位移傳感器可以安裝在固定于鋼軌底座上，拉繩安裝在步進梁車輪中軸上，運動發生時，拉繩伸展和收縮。一個內部彈簧保證拉繩的張緊度不變。帶螺紋的輪轂帶動精密旋轉感應器旋轉，輸出一個與拉繩移動距離成比例的電信號。測量輸出信號可以得出運動物體的位移﹑方向或速率。拉線式位移傳感器安裝位置。

采用一個拉線式位移傳感器代替原有步進梁中平移位置接近開關的功能,通過采集拉線伸縮量信號即可準確判斷步進梁平移取卷﹑運卷位置，從而計算出平移缸的實際行程，并對速度控制進行適當調節，可分為兩個方面:步進梁正常運動的速度調節和步進梁接受到減速信號后的速度調節。步進梁每個停止位置都有兩個PLC信號，減速位信號（slow）和停止位信號(stop)，當步進梁以正常的運動速度通過減速位（slow）時，應該立即開始減速運動，直至步進梁到達停止位而停止動作。對步進梁的速度調節，電氣人員一般可在現場電氣柜通過對液壓控制閥信號放大模塊操作進行，或者在PLC控制程序中對相應速度參數做適當的調整。在速度調節時，需要對步進梁空載和滿載兩種情況綜合考慮，從而達到步進梁步距的可靠控制及信號跟蹤。完成改造﹑調試，經過運行，各項性能指標均符合設計要求，并達到了以下效果：

（1）減緩了對機械設備的慣性沖擊，系統故障率降低60%，作業率提高25%。

（2）步進梁步距控制和自動定位控制可靠準確，鋼卷運輸實現全自動控制，產量提升60t/h.

（3）備件更換率明顯降低，月節約備件費用2萬元左右。

(4)相比接近開關更精密﹑準確﹑專業，且編碼器的設備維護費用也更低。

拉線式位移傳感器應用中的問題

環境影響。生產現場的諸多環境因素都會影響到傳感器的使用，如安裝部位溫度高﹑濕度大，會導致光電檢測裝置內部的電子元件特性改變或損壞，誤發出信號。車輪轉軸和活動梁的振動，會損壞拉線式位移傳感器的內部功能。造成誤發脈沖，從而導致控制系統不穩定或誤動作。

所以需要改變位移傳感器的安裝方式。在步進梁車輪軸與傳感器軸之間采用柔性連接，以減輕電動機沖擊負載對拉線式傳感器的機械沖擊。剛性連接傳感器與步進梁軸組成一個剛性系統。剛性系統強加在軸向或徑向過多的力會損壞拉線式位移傳感器，而柔性連接之間的扭轉力，將加在拉線式傳感器軸上的軸向或徑向力控制在允許范圍內。

改善現場的作業環境，使其溫度﹑濕度到達傳感器所要求的工作條件。

電磁干擾。生產現場中不可避免各種電磁干擾源，例如：在使用電焊機時，電弧的電離作用，輻射出的電磁波，對光電檢測裝置產生的干擾，導致光電檢測元件輸出波形產生畸變失真，使系統誤動或引發生產事故。采用雙絞屏蔽電纜取代普通電纜，可對其抗電磁干擾起到較強的防護作用。

該改進措施已投入實施，雖然還存在著一些有待改進的地方，但實踐證明該措施是能滿足步進梁運輸系統本身的運行要求，設備運轉率高，修護成本低，具有較好的經濟效應。

（作者單位：新余鋼鐵集團有限公司）