熱軋帶鋼運輸區步進梁系統改造

劉建生

（天津天鐵冶金集團有限公司，河北涉縣056404）

0 引言

天鐵熱軋1 750 mm熱軋薄板生產線鋼卷運輸區，采用步進梁和運輸鏈相結合的方式運送鋼卷。該方式簡單、可靠，滿足了現代鋼鐵企業高負荷、快節奏、高產量的生產組織模式。其1#步進梁前接回轉臺、后接快速運輸鏈是運輸系統的關鍵。但自2007年投產以來，1#步進梁端部上升高度不足，導致出現后退接卷時撞擊快速運輸鏈上軌道和輸送鋼卷過程中鋼卷掉落等事故，造成設備嚴重損壞，直接影響生產軋制節奏。通過研究分析，發現步進梁上升高度不足與液壓升降不同步，以及活動梁高溫變形有關，通過采用針對性的改進方法，取得了較好的效果。

1 步進梁設備組成及工作原理

1.1 設備組成

熱軋鋼卷步進梁運輸機為擺桿步進式運輸機，長度為18 m，承卷個數6卷，安裝在鋼卷快速運輸鏈后面。設備主要由1個活動梁，2個傳動機構，3組比例閥液壓控制閥組，6組固定鞍座和一些接近開關等電氣元件組成。其中活動梁為箱型結構，中間采用冷卻風機散熱；2個傳動結構中，一個是平移機構，一個是升降機構。其中平移機構由一個液壓缸拖動活動梁，在升降機構車輪上作水平往復運動；升降機構通過2個液壓缸帶動,將活動梁升高或降低。活動梁前后兩端采用同步桿機構，以保證其升降的同步性。1＃步進梁傳動簡圖見圖1。

圖1 1＃步進梁傳動簡圖

1.2 工作原理

步進梁的平移和升降動作由液壓驅動完成。當快速運輸鏈上有鋼卷時，步進梁從中間待卷低位后退至鋼卷快速運輸鏈鞍座處，上升200 mm至高位接卷，之后輸送鋼卷前進一個步距3 000 mm，步進梁下降放卷至低位,將鋼卷放在固定V型鞍座及升降臺鞍座上，最后步進梁平移后退至中間待卷位置，每個運輸鋼卷周期為68 s，步進梁通過不斷重復這個動作，實現步進輸送鋼卷，設備的所有動作由PLC控制電氣控制程序完成。

2 故障分析

2.1 故障現象

天鐵熱軋2007年投產以來，1#步進梁一直存在升降不同步，梁體傾斜的問題，通過多次調節升降比例閥開口度，不同步問題有一定改善。隨著熱軋品種鋼的開發和步進梁的滿負荷運轉，活動梁升降不同步和梁端高溫變形進一步加劇。2009年8月，在步進梁到快速運輸鏈鞍座接卷過程中，活動梁撞到快速運輸鏈上軌道和升降油缸冒頭端蓋螺栓斷裂和翻卷，影響到生產。

2.2 故障分析

（1）電氣系統

電氣控制系統主要包括電氣硬件和軟件程序兩部分。

現場電氣硬件：包括5組接近開關，每組開關由1個減速開關和1個停止開關。其中步進梁1組上升接近開關信號，同時控制2個油缸動作。通過現場檢測，接近開關性能良好。觀察步進梁的動作，當升降接近開關檢測到信號時，2個升降油缸動作停止，此時1#油缸高度已到位，另外2#油缸高度不到位，導致活動梁升降高度不一致，整體傾斜。所以1組上升接近開關同時控制2個升降油缸動作，不符合使用要求，需要改進。

電氣軟件方面：查看電氣PLC控制系統的輸出動作指令一致，無延時。結合現場動作和電磁閥插頭電壓的工作情況，判斷油缸動作基本一致。排除電氣軟件問題。

（2）液壓系統

步進梁液壓回路主要由2個升降液壓比例控制閥組和1個平移液壓比例控制閥組組成。1#步進梁液壓原見圖2。

首先脫開升降電磁閥插頭，通過比例控制閥手動按鈕，反復操作油缸多次，油缸動作無卡頓。然后在油缸升到高位時，停止操作，觀察10 min，活動梁不下降，油缸不回縮。判斷液壓比例控制閥無卡阻，油缸不內泄。

步進梁液壓比例控制閥臺集中布置在地下，升降油缸安裝在地上，液壓管線為DN40不銹鋼管，液壓控制閥臺與2個升降油缸之間管線距離差為11 m，對升降的不同步有一定影響。

活動梁油缸升降速度的控制，主要通過調整液壓比例換向閥的開口度。由于2組升降油缸的荷載不完全相同且一直在變化，受液壓比例換向閥組的響應速度和油缸設備的差異性等多種因素影響，多次調整2個比例閥的開口度，仍然無法實現液壓缸流量一致。升降油缸伸出高度不一致，活動梁整體傾斜，端部升降高度不足，極易造成油缸冒頭連接軸瓦被拉壞，因此還需進行液壓同步改進。

圖2 1#步進梁液壓原理圖

（3）機械系統

活動梁為箱形結構，其承重板下方設有隔熱襯板。活動梁梁長18 m，步距3 m，兩組車輪距活動梁端部各2.6 m。端部活動梁為懸臂梁結構，在鋼卷作用下，會造成梁體在車輪處成拱形，變形較大，嚴重影響梁體和車輪等主要設備的使用壽命。同時會對接近開關的檢測位置造成影響，導致檢測位置不準確，不能實現自動運輸鋼卷功能，影響運輸效率。步進梁在運卷過程中，梁體端部變形量達到35 mm時，會與快速運輸鏈發生干涉，導致發生撞擊快速運輸鏈上軌道、翻卷等生產事故。

通過分析，梁體變形的因素有很多，主要有：①活動梁長期重負荷運轉導致梁體的塑性變形。活動梁自重約13.7 t，輸送鋼卷數量6卷，每卷重30.4 t，滿負荷時總重達到196 t。長期高負荷導致活動梁整體出現變形，且這種變形量在加快、加大。

②活動梁受熱，梁體強度降低導致受荷變形以及熱膨脹變形。

步進梁上的熱軋鋼卷溫度很高，一般鋼卷溫度超過300℃,一些品種鋼，如冷軋基料TPHC系列鋼卷溫度超過500℃。在快節奏生產模式下，梁體通過風機內部冷卻不能滿足降溫要求，高溫下梁體的強度降低；同時梁體的上下溫差可達180℃左右，活動梁上下鋼板的熱膨脹差值約35 mm。因此鋼卷溫度越高，與活動梁接觸時間越長，活動梁變形越大，端部更加明顯。

總之，通過分析以上3方面情況，查出步進梁上升高度不足的原因：一是電氣、液壓升降不同步、高度不一致；二是活動梁梁體強度不夠、散熱不足，活動梁變形、特別是梁頭彎曲變形明顯。對此進行相應的改進。

3 綜合改進方案

3.1 電氣方案

增加2組接近開關，獨立控制各個升降油缸的升降高度，實現升降高度一致。

準備工作：協調自動化人員，修改PLC系統程序，增加控制點；現場增加4條控制線，增加2組升降接近開關。

實施：2007年12月，在另外1個升降油缸支架處增加的接近開關與原升降接近開關組配合，實現1組接近開關單獨控制1個升降油缸的升降高度。經過一系列調試，活動梁升降高度的一致性得到了解決，升降速度依然不同步。

3.2 液壓方案

高壓膠管把2個油缸的有桿腔和無桿腔分別對接，實現兩個油缸壓力同步。

準備工作：接頭2個，DN8*1 200 mm高壓膠管2根。

實施：2008年3月的一次檢修作業中進行油缸泄壓操作。拆除升降液壓閥臺處，1#、2#升降油缸有桿腔和無桿腔壓力的測壓接頭。之后安裝接頭，通過高壓膠管把2個油缸的有桿腔（M2、M4）之間對接和無桿腔（M1、M3）間對接，即升降油缸的兩腔相通，從液壓方面上實現液壓同步，解決了液壓缸冒頭連接軸瓦被拉壞的問題。實施后，觀察現場油缸動作情況，多次優化調整比例閥的開口度，最終解決了活動梁升降速度的不同步和高度的不一致性問題。

3.3 設備改進方案

設備改進方案根據現場實際改進效果分步實施。

（1）針對活動梁長期重負荷導致梁體的變形：一是根據生產節奏的變化，優化步進梁的運卷方式，盡量減少步進梁的滿負荷狀態；二是在2008年3月，通過優化PLC控制程序，不斷調整比例閥的開口度，使升降和平移動作平穩，避免加減速和停止對活動梁的沖擊。

（2）活動梁內部水冷代替風冷，降低梁體受熱變形。

2009年10月，活動梁內部降溫采用水冷卻代替風冷，提高換熱效率，減小活動梁變形。

準備工作：計算冷卻水流量，以及活動梁增加的水重量對液壓系統的影響；引入水源到步進梁中間位置附近；下線卸卷小車拖鏈DN32膠管2根；接頭4個、碳鋼管12 m、絲堵1個、封堵鋼板等。

實施：利用檢修時間，拆除活動梁內部冷卻風機，并對風機孔和其他孔洞進行封堵；距離活動梁端部各0.5 m處，打孔布管，焊接接頭，安裝膠管；安裝就緒后，活動梁充水約2 t，進行試漏水壓試驗，保證1.5 MPa壓力下，保壓30 min，無滲漏，無壓力降。

空載試驗：在空載條件下，步進梁的升降平移動作平穩，活動梁無變形，管路無干涉。

加載試驗：逐漸增加鋼卷數量，觀察液壓系統和步進梁一切正常。步進梁在運輸高溫卷時，沒有出現因高溫變形步進梁撞擊快速運輸鏈的情況,從而解決了步進梁的變形問題。

（3）對活動梁備件重新設計，加厚鋼板厚度，提高梁體整體強度；對內部進行一定的防腐處理。在快速運輸鏈與步進梁1#固定鞍座間，增加1個0#鞍座，防止掉卷，砸壞設備。

通過一系列改進，解決了步進梁升降高度不一致，損壞設備的問題。

4 結束語

通過對天鐵熱軋1 750 mm鋼卷運輸區步進梁電氣液壓系統進行同步優化改進，以及機械設備的水冷改造，解決了快節奏生產模式下活動梁變形和傾斜撞擊快速運輸鏈的問題；同時，充分利用下線備件的殘余價值，解決了生產問題，降低了備件的使用量，滿足了熱軋生產高品質品種鋼的要求。