余榮超,周偉中

(寶山鋼鐵股份有限公司1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司,廣東 湛江 524072; 2.設(shè)備部,上海 201999)

1 概述

厚板凸度儀位于精軋機后,用于實時測量每道次板材的厚度、凸度和楔度,該凸度儀采用的是3顆獨立的天然放射源137Cs作為γ射線測量源,出廠活度為1.85×1012Bq,分別位于測量板材的傳動側(cè)、中心側(cè)和操作側(cè)位置,其設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。C型架下臂內(nèi)部含有放射源,上臂內(nèi)部含有探頭,即檢測器,C型架中間為被測板材。射線由下臂準(zhǔn)直器出射后經(jīng)由板材,由于射線穿過板材的過程中存在射線能量的衰減,根據(jù)穿過板材后檢測出的射線能量大小可以計算出板材的厚度值,凸度儀正是基于此原理進行厚度測量的。

圖1 凸度儀結(jié)構(gòu)圖

凸度儀采用的是天然γ射線放射源,其射線的能量高,穿透能力強,可測量范圍寬,比較適用于中厚板板材的測量,甚至當(dāng)厚度≥30 mm時只能用γ射線凸度儀測量。生產(chǎn)軋制時,兩個邊部的放射源源罐和探頭同步移動,不同寬度的板材寬度方向測量點不一樣,但測量點距邊部的距離為固定值,該定值由工藝人員確定,一般在100～150 mm之間。探頭與放射源源罐根據(jù)上位機設(shè)定值寬度與邊部測量點定值計算出移動距離,中心側(cè)的厚度減去兩側(cè)測量點位置的厚度平均值,即得到板材斷面的凸度,因此測量點的位置嚴(yán)重影響著凸度控制。

2 故障情況

該厚板凸度儀是寶鋼于2007年從德國IMS公司引進的,湛江鋼鐵自2016年起使用至今,2019年5月開始出現(xiàn)生產(chǎn)過程中探頭無法到達指定測量位置的情況,其邊部的測量探頭所在位置時而準(zhǔn)確時而錯誤,故障具有出現(xiàn)時機的隨機性和測量探頭所在位置的隨機性,這對厚板產(chǎn)品凸度及平面質(zhì)量控制產(chǎn)生了嚴(yán)重的沖擊。

3 原因分析

3.1 傳動機構(gòu)

首先需要了解控制邏輯及傳動機構(gòu)的情況。兩側(cè)的移動探頭各自由兩個電動機獨立控制,但通過同一根傳動軸的兩個齒帶傳動,對應(yīng)側(cè)的移動探頭(上臂)和放射源(下臂)同步動作,探頭機械傳動結(jié)構(gòu)如圖2所示,確保了在移動過程中探頭和源罐動作的同步性。

圖2 探頭機械傳動結(jié)構(gòu)

3.2 傳動機構(gòu)工況和使用維護情況

3.2.1 工況情況

該傳動機構(gòu)及移動探頭和放射源源罐機構(gòu)等均位于設(shè)備腔體的內(nèi)部,并且有良好的密封和水套冷卻,從設(shè)計上就隔絕了粉塵和外界水汽的影響,腔體內(nèi)部有正壓壓縮空氣和冷卻水套,確保生產(chǎn)850 ℃的板材時內(nèi)部溫度依舊不超過50 ℃,使用工況環(huán)境良好。

3.2.2 使用維護情況

經(jīng)對螺栓緊固情況進行確認,擰緊力矩和擰緊方法符合規(guī)范要求。齒帶無明顯磨損,同步輪動作順暢,轉(zhuǎn)軸定期潤滑到位,動作流暢,齒帶與轉(zhuǎn)軸實際使用情況如圖3所示,排除傳動機構(gòu)維護不到位的情況。

圖3 齒帶與轉(zhuǎn)軸實際使用情況

3.3 驅(qū)動電動機與編碼器情況

從動力來源分析,電動機有可能為故障點,經(jīng)檢查探頭驅(qū)動電動機無明顯異常,由于故障的發(fā)生存在隨機性,對探頭驅(qū)動電動機進行了更換,后續(xù)跟蹤故障仍然不時存在。同時對探頭位置編碼器的接線及供電等情況進行緊固檢查,編碼器的異常可能會影響到探頭的位置數(shù)據(jù),因而實際位置無法準(zhǔn)確到達,后續(xù)更換編碼器后故障仍然存在。因此,驅(qū)動電動機與編碼器不是故障原因。

3.4 源罐與測量探頭移動機構(gòu)

源罐的移動和測量探頭的移動可以認為是探頭驅(qū)動電動機的動作執(zhí)行機構(gòu),對執(zhí)行機構(gòu)的動作情況和使用情況檢查十分必要。驅(qū)動電動機通過齒帶帶動傳動軸轉(zhuǎn)動,傳動軸又通過兩個同步盤上的兩個齒帶分別帶動上部移動探頭和下部放射源源罐動作。

對上臂移動探頭進行了開蓋板檢查,軌道潔凈,兩側(cè)的移動探頭在線性軌道上動作流暢,排除移動探頭的原因。考慮到上臂的移動探頭和下臂的放射源源罐是由同一根傳動軸做同步動作,因此若源罐的移動出現(xiàn)問題,也會導(dǎo)致探頭的移動出現(xiàn)問題,進而表現(xiàn)為探頭無法移動到指定位置,需要進一步檢查下臂。

打開下臂兩層蓋板后,通過手動控制兩側(cè)源罐的移動可以直觀觀察到動作情況,明顯發(fā)現(xiàn)兩側(cè)的探頭移動不流暢,在到達指定位置的過程中顯得非常困難,尤其是傳動側(cè)。進一步對源罐的移動軸承做針對性解體檢查,該側(cè)兩個移動軸承上的滾輪均存在不同程度的磨損,每組軸承上有4個固定滾輪(X軸和Y軸各兩個),其中個別滾輪已經(jīng)無法轉(zhuǎn)動,如圖4所示。原本的滾動摩擦變成移動摩擦,滾輪不轉(zhuǎn)動則移動阻力增大,進而導(dǎo)致放射源源罐移動動作卡阻和不暢,由于是同步動作,外部表現(xiàn)出來為測量移動探頭卡阻無法到達指定位置,動作不順暢則是隨機性的原因,因此源罐移動軸承卡阻為故障點。

圖4 移動軸承實際使用情況

4 對策研究

4.1 新增探頭位置可視化和位置異常報警功能

為了及時發(fā)現(xiàn)故障,防范于未然,增加了探頭可視化的位置跟蹤功能,將邊部兩側(cè)的測量探頭距板材邊部的實時位置計算出來并顯示在計算機主畫面,如圖5所示,可以實時查看移動探頭的位置數(shù)據(jù),提供給操作維護人員。

圖5 實時顯示兩側(cè)探頭距邊部的距離

進一步增加位置異常的報警功能,將該位置的實際情況與設(shè)定的閾值進行判斷,當(dāng)實際數(shù)值與理論計算值偏差超過±5 mm時,系統(tǒng)會自動報警并提示對應(yīng)側(cè)探頭位置異常的信息,快速鎖定故障點,便于操作人員第一時間發(fā)現(xiàn)故障和處理故障,強化了質(zhì)量風(fēng)險管控手段。

4.2 調(diào)整維護周期和更換潤滑油品種

在對阻塞的移動軸承拆解清洗過程中發(fā)現(xiàn),個別滾動輪存在卡死和嚴(yán)重磨損現(xiàn)象,如圖6所示。期間清理出一些大顆粒的固態(tài)黑色異物,主要是線性導(dǎo)軌和移動軸承滾輪之間的磨損金屬物、滾輪銹蝕凝結(jié)物和潤滑油劣化后的顆粒混合物,滾輪內(nèi)部間隙出現(xiàn)銹蝕,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)不暢。從兩個方面改進,首先將之前的維護周期從1年調(diào)整為半年,即每半年進行一次清潔和潤滑檢查;第二個方面,之前使用的油為黃油,黃油具有黏性,容易粘連異物和摩擦磨損物,很快使油品被污染,顆粒物的聚集久而久之可能引起滾輪卡阻不動作,目前已更換為液態(tài)潤滑油。

圖6 移動軸承的解體

4.3 正確的機械安裝

移動軸承的安裝十分重要,拆解后回裝不正確也可能導(dǎo)致移動不暢,軌道安裝示意圖如圖7所示。需要確保三點,即前后的兩個移動軸承安裝后確保方向平行,高度一致,多進行平滑移動測試,消除相互作用負面影響力;由于移動軸承固定板與線性軌道有高度空間限制,需確保移動軸承與源罐等部件與線性導(dǎo)軌之間無接觸摩擦;最后移動軸承安裝后必須確保源罐準(zhǔn)直口與上臂探頭位置對中,可通過在開快門檢查全電壓值進行確認或調(diào)整。

圖7 移動軸承與軌道示意圖

4.4 及時更換部件

適當(dāng)儲備備件,當(dāng)出現(xiàn)明顯磨損時,及時更換移動軸承。經(jīng)查詢該軸承為德國Franke公司產(chǎn)品,型號FDA45,滾輪表面為彈簧鋼,滾芯為軸承鋼,工作溫度為-20 ℃～+80 ℃,運行在配備陽極氧化鋁工藝的線性導(dǎo)軌上非常安靜平穩(wěn)。

5 結(jié)束語

凸度儀邊部探頭的位置影響著生產(chǎn)人員對板材凸度的控制,因邊部探頭的頻繁移動會導(dǎo)致機械方面的問題,這個是儀表維護人員不可忽視的一個問題,應(yīng)從機械維護和安裝方面加以關(guān)注。該故障具有普遍性,分析探頭移動不到指定位置的根本原因是源罐移動軸承的阻塞問題,對此進一步提出了對策辦法,并在計算機主頁面實時顯示邊部位置情況數(shù)據(jù),建立自動判斷報警機制,完善管控手段,為設(shè)備順行、產(chǎn)品高質(zhì)量生產(chǎn)提供了保障。