八鋼熱軋智能卷庫運輸區步進梁優化

孫利忠

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

八鋼1750熱軋產線投產以來，熱軋鋼卷庫采用人工指揮行車進行鋼卷吊運裝卸。這種裝卸方式運轉效率不高，現場存在高空墜物、地面坑洞、機械傷害、鋼卷傾翻、高溫燙傷等危險，庫區作業環境存在安全隱患，操作人員也面臨安全風險。鋼卷庫是由人工吊運，吊運操作需要行車工和指吊工協調配合，發生鋼卷夾傷、碰撞滾落、物料損傷、設備損壞等事故，影響作業效率，增加運行成本。2019年八鋼在熱軋投建了具有工業4.0標準的熱軋智能化鋼卷庫系統，調試投運初期顯著減少庫區作業人員，大幅提升庫區整體效率，徹底消除設備及貨物損傷，保障庫區安全、高效、可靠、無人化運轉。

1 問題的提出

智能卷庫和熱軋鋼卷運輸區步進梁的協調是智能卷庫的重要環節，在熱軋智能鋼卷庫初期運行時，發揮了效能。當智能卷庫全部采用智能無人行車熱軋產量達到8千噸時，出現鋼卷不能及時入庫的問題，1750熱軋產線由于等待運輸區鋼卷入庫造成生產中斷，轉入人工操縱行車用以滿足熱軋產能，熱軋鋼卷庫智能化作用受限。

2 原因分析

初步分析認為，智能卷庫進行功能性測試時是在1、2、3跨分別調試，同時其它跨采用人工操縱行車，當時熱軋線單爐生產，日產量不超過7千噸，智能卷庫運輸區鋼卷入庫問題沒有暴露出來。為此，對運輸區步進梁運行狀況進行分析。

2.1 鋼卷順序控制等待時間長

由于卷取運輸區采取前運輸單元有鋼驅動方式，因此在2#步進梁前的運輸設備始終排滿鋼卷，熱軋線共有3跨鋼卷庫，通過卷取運輸區的2#、3#步進梁運輸到鋼卷庫1、2、3跨，其中2#步進梁對應著鋼卷庫1跨，3#步進梁對應鋼卷庫2、3跨。如圖1所示。由于鋼卷庫智能行車自動吊運卷取運輸區鋼卷需要將卷取2#步進梁鎖定，鎖定2#步進梁后使卷取回轉臺、1#步進梁等前工藝設備上的鋼卷不能運輸，這種順序控制等待時間長，嚴重影響運輸效率制約生產。

圖1 熱軋鋼卷庫示意圖

2.2 行車作用沒得到發揮

熱軋智能庫1跨對應的2#步進梁有3個吊卷位、2跨2#、3#步進梁對應3個吊卷位、3#步進梁進入3跨長度較短，占改跨卷庫三分之一寬度，導致3跨僅有1個吊卷位。當熱軋正常生產時，一個吊卷位使鋼卷庫3跨兩臺行車40%時間閑置，作用得不到發揮，而三個鋼卷跨行車即吊卷入庫又裝車出庫滿足不了熱軋生產需要，造成運輸區前端工藝設備壓鋼，軋線生產中斷，滿足不了熱軋廠日產萬噸的生產任務。

2.3 步進梁運行速度慢的影響

步進梁是通過比例閥控制液壓缸運行，接近開關感應信號來定位，由于采用比例閥控制控制精度較低，當步進梁運行接近到位信號前步進梁必須減速，然后以慢速接近到位的接近開關，這樣一來由于位置控制的擾動因素較多例如鋼卷重量、油壓、比例閥特性等，特別是鋼卷重量。

式中：P為摩擦阻力；G為動梁自重310kN；f為車輪滾動摩擦系數；μ為車輪軸承滾動摩擦系數；d為車輪軸承內徑170mm；D為車輪踏面直徑700mm；β為附加摩擦主力系數。根據[1]β、f、μ選定為1.5、0.5、0.015。

由于步進梁空載滿載都會出現，當步進梁外載荷Q從0至2600kN。摩擦阻力在2.36～22.14kN，比例閥推動液壓缸步進梁高位帶載平移位置和速度都會發生變化，此時每個周期運行距離離散誤差在20～30mm。當一個鋼卷從步進梁頭運輸至步進梁尾部需要運行9個周期誤差就達到200～300mm，這樣影響每一卷鋼的定位精度，進而中斷智能行車的運行。

3 解決方法

3.1 優化步進梁和智能卷庫協調時間

優化前，2#、3#步進梁在工作循環周期內接收到行車吊卷鎖梁命令，隨后完成本循環周期回到步進梁中間等待位置，發出鎖梁完成信號，如圖2(步進梁運行時序圖)所示。實際現場為當步進梁完成前進下降步序后就固定了步進梁上鋼卷位置，這時智能行車系統對鋼卷尋位并起吊。對此，將鋼卷鎖梁完成信號提前到步進梁前進下降完成后，步進梁后退到中間等待位完成前。優化后發出鎖梁完成信號同時步進梁低位后退，每卷鋼節約出后退時間8秒。優化卷庫信息跟蹤系統，在原系統后退、上升、前進、下降、后退到等待位發出步進梁完成一周期命令改為后退、上升，如圖2所示位置，開始前進時發出完成命令，提前將入庫信號給自動行車系統，讓自動行車系統提前29秒預判。

圖2 2#步進梁運行時序圖

3.2 吊卷位的調整

3#步進梁進入3卷庫跨長度較少只占卷庫三分之一，導致3跨僅有1個吊卷位，相比1跨3臺行車3個吊卷位，2跨2臺行車3個卸卷位，吊卷位置比較少，在3跨行車空閑時必須等到步進梁將鋼卷運到唯一的吊卷位置時才能起吊鋼卷。同時這個起吊位置為步進梁靜梁末端位置，當鋼卷到達這個位置時3#步進梁不能再移動，否則會發生翻卷事故。這個位置有卷會導致前端運輸設備停止運行必須等待末尾鋼卷被調走才能恢復鋼卷運輸工作。通過調整步距，原先對應靜梁上9個鋼卷，調整后對應靜梁上有10個鋼卷(如圖3所示)。3#步進梁多了一個3跨吊卷位增加熱軋鋼卷庫3跨兩臺行車利用率。鋼卷庫3跨有兩臺行車用于吊卷。

3.3 加快步進梁運行速度

原來采用人工行車吊卷定位精度影響不大，當采用自動行車定位精度要求較高，200～300mm的誤差不能滿足吊卷要求。優化前采用步進梁液壓缸走滿機械行程達到減少離散誤差。減少步進梁步距就不能利用機械行程定位，一旦提高步進梁運行速度對液壓缸沖擊較大離散誤差會更大。為解決步進梁提速，在現場測試比例閥開度在20%，步進梁不會進入死區運行。在步進梁平移液壓控制部分加入截止閥控制即在比例閥減速到20%快速關斷截止閥，使比例閥控制的步進梁在離散誤差之內。步進梁提速后見表1，運行時間減少8.19秒。

表1步進梁提速前后運行周期時間對比 s

4 結束語

改進后鋼卷入庫效率得到提高，人工吊運平均為9.3min/卷，自動吊運平均為3.6min/卷，提高出庫效率40%以上。為保證熱軋鋼卷庫智能行車和卷取步進梁協調運行，優化了步進梁和鋼卷庫智能行車協調工作時序；提高熱軋鋼卷庫3跨兩臺行車利用率；提高運輸區步進梁運行速度；優化卷庫信息跟蹤系統等。熱軋運輸區步進梁的優化滿足軋線日產1.2萬噸的運輸任務，為熱軋產線的效率提升創造了條件。