步進梁定位不準(zhǔn)問題的分析和改進

王承龍　曾祥泉　李衛(wèi)國

步進梁是軋鋼廠最常用的鋼卷運輸設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)備出現(xiàn)問題將直接影響鋼材的產(chǎn)量，因為單憑天車吊運是跟不上軋制節(jié)奏的，所以做好該設(shè)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(gòu)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。

工作原理黽步進梁運輸時，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(xiàn)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(zhuǎn)動，由于車輪始終與鋼軌接觸，車輪中心的標(biāo)高不會變，所以偏心輪中心的高度會因其轉(zhuǎn)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(chǎn)中接收和運輸鋼卷重要環(huán)節(jié)，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(chǎn)效率。自機組投產(chǎn)以來，在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)跑遍、無法到位等情況，已多次發(fā)生因系統(tǒng)運輸偏差過大而導(dǎo)致鋼卷脫落，致使鋼卷及機械電氣設(shè)備損壞。影響步進梁的正常投入使用；同時，故障嚴(yán)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(chǎn)順利進行。總結(jié)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(xiàn)移動缸動作結(jié)果。步進梁移動缸對鋼卷定位產(chǎn)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(dǎo)致運卷累積誤差增大；二是液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，造成累積誤差增加，移動缸出現(xiàn)內(nèi)泄漏（當(dāng)然，內(nèi)泄嚴(yán)重時系統(tǒng)將無法正常工作），當(dāng)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(chǎn)生鋼卷定位偏差；鋼卷連續(xù)運輸，使累積偏差增加。圖中安全閥1發(fā)生故障出現(xiàn)泄漏，同樣導(dǎo)致有桿腔高壓油流向無桿腔，其影響結(jié)果與移動缸內(nèi)泄相同；熱軋/-N成鋼卷運輸偏移液壓系統(tǒng)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(xiàn)鋼卷偏移，使運輸系統(tǒng)無法正常工作。

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

接近開關(guān)對鋼卷偏移影響表現(xiàn)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(chǎn)生橫向擺動；同時步進梁采取接近開關(guān)進行減速、停止等控制，感應(yīng)板與接近開關(guān)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(chǎn)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(wù)和步進梁本身都會帶來負(fù)面影響。例如速度控制太低造成運輸效率下降，影響節(jié)奏，耽誤生產(chǎn)；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(yán)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(jié)構(gòu)、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(zhǔn)確的向PLC反饋位置坐標(biāo)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)感應(yīng)器連接在一起，感應(yīng)器可以是增量編碼器，絕對（獨立）編碼器，混合或?qū)щ娝芰闲D(zhuǎn)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(dá)到設(shè)定的減速距離時，編碼器向比例閥發(fā)出減速命令，油缸進行減速運行，當(dāng)編碼器計算出的距離達(dá)到停止位置距離時，編碼器向比例閥發(fā)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(fā)生時，拉繩伸展和收縮。一個內(nèi)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(zhuǎn)感應(yīng)器旋轉(zhuǎn)，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(guān)的功能，通過采集拉線伸縮量信號即可準(zhǔn)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(dāng)調(diào)節(jié)，可分為兩個方面：步進梁正常運動的速度調(diào)節(jié)和步進梁接受到減速信號后的速度調(diào)節(jié)。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(dāng)步進梁以正常的運動速度通過減速位（slow）時，應(yīng)該立即開始減速運動，直至步進梁到達(dá)停止位而停止動作。對步進梁的速度調(diào)節(jié)，電氣人員一般可在現(xiàn)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(yīng)速度參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在速度調(diào)節(jié)時，需要對步進梁空載和滿載兩種情況綜合考慮，從而達(dá)到步進梁步距的可靠控制及信號跟蹤。完成改造、調(diào)試，經(jīng)過運行，各項性能指標(biāo)均符合設(shè)計要求，并達(dá)到了以下效果：

（1）減緩了對機械設(shè)備的慣性沖擊，系統(tǒng)故障率降低60%，作業(yè)率提高25%。

（2）步進梁步距控制和自動定位控制可靠準(zhǔn)確，鋼卷運輸實現(xiàn)全自動控制，產(chǎn)量提升60t/h。

（3）備件更換率明顯降低，月節(jié)約備件費用2萬元左右。

（4）相比接近開關(guān)更精密、準(zhǔn)確、專業(yè)，且編碼器的設(shè)備維護費用也更低。

拉線式位移傳感器應(yīng)用中的問題

環(huán)境影響。生產(chǎn)現(xiàn)場的諸多環(huán)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(dǎo)致光電檢測裝置內(nèi)部的電子元件特『生改變或損壞，誤發(fā)出信號。車輪轉(zhuǎn)軸和活動梁的振動，會損壞拉線式位移傳感器的內(nèi)部功能。造成誤發(fā)脈沖，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)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(fù)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(tǒng)。剛性系統(tǒng)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(zhuǎn)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(nèi)。

改善現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境，使其溫度、濕度到達(dá)傳感器所要求的工作條件。

電磁干擾。生產(chǎn)現(xiàn)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(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致光電檢測元件輸出波形產(chǎn)生畸變失真，使系統(tǒng)誤動或引發(fā)生產(chǎn)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(tǒng)本身的運行要求，設(shè)備運轉(zhuǎn)率高，修護成本低，具有較好的經(jīng)濟效應(yīng)。

（作者單位：新余鋼鐵集團有限公司）endprint