CN101270462A - 一种热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，包括，锌锅设备中设有一为防止沉没辊表面粘锌的刮刀装置，刮刀头与沉没辊辊面接触，并沿辊身长度方向作来回往复运动，刀杆通过铰接点固定在支架上，刀杆的上端通过液压缸也固定在支架上，因此，液压缸活塞行程与刮刀位移成比例；通过在液压缸安装位移传感器来测量液压缸活塞行程间接计算出沉没辊轴承磨损量。本发明可以实时在线检测出热镀锌沉没辊轴套和衬套的磨损量，为沉没辊的维修和更换提供指导，避免早换辊造成不必要的浪费和过度磨损造成钢带表面出现辊印，以及严重时造成的轴套或衬套磨穿，甚至轴头断裂的严重事故。

Description

一种热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体来说，是用于钢铁厂冷轧连续热镀锌设备中的热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法。

背景技术

现代先进的带钢连续热镀锌生产线用锌锅设备实现带钢表面镀锌作业。参见图1a、图1b，带钢热镀锌过程中使用了沉没辊设备，该辊处于锌锅16的锌液面以下。连续热镀锌生产时，钢带15通过浸在锌液(温度为460～480℃)中的沉没辊1而改变方向，即由进入锌锅浸锌变为出锌锅、镀锌层凝固冷却。随钢带15的运动而转动的沉没辊1由两侧的轴套2通过衬套3支撑在固定辊臂4上。

沉没辊在生产过程中轴套与衬套之间总是处于相对运动，由于受到锌液的腐蚀作用，同时在带钢张力的作用下，受到较大的摩擦力作用，所以很容易出现辊子轴颈滑动部分磨损破坏。沉没辊的一般使用寿命大约为7-20天。

由于轴承沉没于锌液面之下，现有技术无法检测轴套和衬套的磨损情况。一般是根据经验和带钢表面镀锌质量判断换辊。由于无法定量把握轴承磨损情况，导致出现过早换辊或过度磨损。如果磨损良好时换辊造成不必要的浪费；如果过度磨损而未及时换辊会造成钢带表面出现辊印，严重时造成轴套或衬套磨穿，甚至出现轴头断裂的严重事故。如果发生断轴，不但设备损坏，同时会造成断带等更严重的生产事故，造成极大的经济损失。因此，能够在线检测沉没辊轴套和衬套的磨损情况，把握设备状态，及时有效预警轴和轴套的磨损情况，指导检修，非常必要。

由于沉没辊工作在高温熔融锌液中，传感器无法安装，因此现有技术不能检测轴套的磨损情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，利用刮刀设备中液压缸活塞行程与刮刀位移成比例的原理，通过仅在液压缸增加线性可变差动变送位移传感器，利用轴承磨损与刮刀位移之间的几何关系，计算出轴套和衬套的磨损量，实现沉没辊轴承磨损量的在线检测；本发明不改变其它锌锅设备的结构，因此易于实现；本发明还可以预先设定好报警限，实现沉没辊磨损超限的在线报警。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，包括，锌锅设备中设有一为防止沉没辊表面粘锌的刮刀装置，刮刀头与沉没辊辊面接触，并沿辊身长度方向作来回往复运动，刀杆通过铰接点固定在支架上，刀杆的上端通过液压缸也固定在支架上，因此，液压缸活塞行程与刮刀位移成比例；通过在液压缸安装位移传感器来测量液压缸活塞行程间接计算出沉没辊轴承磨损量。

进一步，本发明的方法包括如下步骤：

1)在沉没辊安装之前测得沉没辊半径R、磨损前刮刀与辊面接触点A₁距离沉没辊圆心O₁垂直方向上的距离h；

2)沉没辊安装好后，将位移传感器安装在刮刀杆顶部液压缸上，在沉没辊工作过程中测得液压缸活塞位移s，即C₁移动到C₂的位移量；

3)由于刮刀杆铰接连接在固定支架上，由三角形相似原理，可由公式

(1)计算出与辊面接触的刮刀位移量y，即刮刀与辊面的接触点由

A₁移动到A₂的位移量，

$y=s\·\frac{k1}{k2}---\left(1\right)$

式中，y为刮刀位移量；s为传感器测得的位移值；k1为铰接点B到C₁距离；k2为铰接点B到A₁距离，k1和k2为已知量；

4)由于衬套的磨损是沿着辊臂方向，磨损量d即为沉没辊圆点沿着辊臂方向上升的距离O₁O₂，根据几何关系，建立如下关系式：

$d=h-\sqrt{R^2-{(\sqrt{R^2-h^2}+y)}^2}---\left(2\right)$

式中，R为沉没辊半径，h为磨损前刮刀与辊面接触点A₁距离圆心O₁垂直方向上的距离，可在沉没辊安装时测量；

把y、R、h代入公式(2)，即可得出沉没辊轴套和衬套的磨损量d。

又，所述的位移传感器为线性可变差动变送位移传感器。

另外，本发明还设一信号采集和处理器以及数据显示和报警装置，分别电性连接位移传感器，进行在线显示磨损量，并在设定的报警值达到时给出报警信息。

本发明根据锌锅设备结构和工作特点，利用刮刀与沉没辊紧密接触并在辊身长度方向来回往复运动，通过在液压缸安装位移传感器来测量液压缸活塞行程间接计算出沉没辊轴承磨损量，并实现沉没辊工作侧和传动侧两个轴套和衬套的磨损量在线检测。

本发明的有益效果

本发明利用刮刀设备中液压缸活塞行程与刮刀位移成比例的原理，通过仅在液压缸增加线性可变差动变送位移传感器，利用轴承磨损与刮刀位移之间的几何关系，计算出轴套和衬套的磨损量，可以实时在线检测出热镀锌沉没辊轴套和衬套的磨损量，为沉没辊的维修和更换提供指导，避免早换辊造成不必要的浪费和过度磨损造成钢带表面出现辊印，以及严重时造成的轴套或衬套磨穿，甚至轴头断裂的严重事故。

另外，由于仅增加一个线性可变差动变送位移传感器就可以检测位于锌锅内的沉没辊轴承磨损量，检测装置的制造和安装都比较简单方便。

本发明不改变其它锌锅设备的结构，因此易于实现；本发明还可以预先设定好报警限，实现沉没辊磨损超限的在线报警。

附图说明

图1a为本发明沉没辊检测的示意图；

图1b为图1a的右视图；

图2为本发明沉没辊受力分析示意图；

图3a为本发明沉没辊轴套和衬套未磨损时的示意图；

图3b为本发明沉没辊轴套和衬套磨损后的示意图；

图4为本发明沉没辊轴在轴套磨损前与磨损后的的相对位置示意图；

图5为本发明本发明实施例的检测方法流程示意图。

具体实施方式

参见图1a、图1b，沉没辊1处于装有熔融锌液的锌锅16中，沉没辊1包括轴套2、衬套3和辊臂4；

锌锅16中有一刮刀装置，其中，刮刀头11与沉没辊1辊面接触，刀杆10通过铰接点5(B点)固定在支架12上，刀杆10的上端通过液压缸6也固定在支架12上。液压缸6的活塞上安装一线性可变差动变送位移传感器7，用以测量活塞行程，将位移传感器7输出连接到信号采集处理器8，采集和处理器8用来作为线性可变差动变送位移传感器的信号调理、采集以及计算磨损量，将磨损量计算结果和报警信息显示在显示和报警装置9上。

由于液压缸6活塞行程可以通过线性可变差动变送位移传感器7比较方便的测量，而且可以通过信号采集和处理器8在沉没辊的工作过程中连续采集和处理数据，利用公式(3)计算出沉没辊轴套和衬套的磨损量，通过数据显示和报警装置9在线显示磨损量，并在设定的报警值达到时给出报警信息，提醒操作维护人员及时采取措施。

利用杠杆原理通过调整液压缸的行程和压力使刮刀紧贴在沉没辊辊面，因此液压缸活塞行程与刮刀位移成比例。

本发明根据锌锅设备结构和工作特点，利用刮刀与沉没辊紧密接触并在辊身长度方向来回往复运动，通过在液压缸安装位移传感器来测量液压缸活塞行程间接计算出沉没辊轴承磨损量，并实现沉没辊工作侧和传动侧两个轴套和衬套的磨损量在线检测。

为了检测出沉没辊轴套和衬套的磨损量，必须首先了解具体的磨损情况，下面根据沉没辊受力分析和实际情况说明轴承磨损部位。

以沉没辊安装符合生产工艺要求为前提，来讨论沉没辊轴轴套和衬套的磨损情况。如图1a、图1b所示，沉没辊1处于装有熔融锌液的锌锅16槽中。以沉没辊1为研究对象，其受力分析如图2所示。带钢15以速度V通过沉没辊1由斜线进入锌锅16，再从垂直方向由锌锅16内向上出来，并带动沉没辊1以一定速度转动，沉没辊1通过辊架支撑，并通过滑动轴承连接。沉没辊1受到重力G、锌液浮力F、支架反力N和动摩擦转矩M，带钢的张力T和静摩擦力F0的综合作用。沉没辊的破坏主要是由于支架反力N和动摩擦转矩M对滑动表面的损伤和锌液的腐蚀作用。

令带钢入口角为α，支架反力与垂直纵线夹角为β，从辊子的受力平衡可知，支反力合力方向是与纵向呈小角度的斜线方向。由于角度变化范围不大，所以辊子在工作过程中的磨损主要集中在衬套上部支架反力N反方向位置很小的区域内，导致滑动轴承磨损。当轴承磨损后，沉没辊轴向磨损最大的部位移动。根据实际设备使用情况看，按一般热镀锌设备，常见的磨损情况基本是向沿辊臂向上方向，如图3a、图3b所示，沉没辊轴在轴套磨损前与磨损后的相对位置，整个沉没辊轴相对于原来的位置升高。

由于沉没辊轴套2和衬套3的磨损导致沉没辊1位置的变化，使压靠在辊面的刮刀11也产生相应的移动。参见图4，刮刀11与沉没辊1辊面的接触点由A₁移动到A₂，相应的液压缸6产生的位移为C₁C₂，也就是线性可变差动变送位移传感器7测得的位移值。由于刀杆10通过B点铰接点5，由三角形相似原理，可得到：

$y=s\·\frac{k1}{k2}---\left(1\right)$

式中y为A₁A₂距离值，为未知量；s为C₁C₂距离值，也即传感器测得的位移值；k1为铰接点B到C₁距离；k2为铰接点B到A₁距离。k1和k2为已知量。

由于衬套3的磨损是沿着辊臂4方向，磨损量d即为沉没辊1中心点沿着辊臂方向上升的距离O₁O₂，根据几何关系，可以建立如下关系式：

$d=h-\sqrt{R^2-{(\sqrt{R^2-h^2}+y)}^2}---\left(2\right)$

式中R为沉没辊半径(已知量)；h为磨损前刮刀与辊面接触点A₁距离圆心O₁垂直方向上的距离，可在沉没辊安装时测量(已知量)。

由(1)和(2)可得：

$d=h-\sqrt{R^2-{(\sqrt{R^2-h^2}+s\·\frac{k1}{k2})}^2}---\left(3\right)$

由公式(3)可以知道，只要用传感器7测出位移s即可计算出沉没辊轴套2和衬套3的磨损量d。

在新的沉没辊在支架上安装好并投入锌锅使用前，测量并记录图4中的距离h以及k1和k2，同时，测量并记录沉没辊1的半径R。

根据沉没辊轴套2和衬套3允许的最大磨损量设定好报警限值。根据经验，为了及时把握沉没辊轴承磨损状态，将最大允许磨损量的70％设置为预警值，最大允许磨损量的100％设置为换辊报警值。

当沉没辊刚投入运行时，首先将刮刀移动到图1b中传动侧位置13，采集传感器测量值，并初始化作为传动侧轴承的初始值。接着将刮刀移动图1b中操作侧位置14，采集传感器测量值，并初始化作为操作侧轴承的初始值。由于在沉没辊1工作过程中可以调节刮刀11位置，因此可以在线实时检测出沉没辊1两个轴承的轴套2和衬套3的磨损量。

参见图5，其所示为本发明实施例的磨损量检测方法流程示意图。

步骤101中，首先进行初始化。即把计算沉没辊轴套和衬套磨损量所需的已知参数h、k1、k2、R及预警和报警值输入到信号采集和处理器中；

接着，步骤102，信号采集和处理器每隔一定时间间隔采集一次线性可变差动变送传感器输出的位移值。由于沉没辊轴套和衬套不会在很短的瞬间产生很大的磨损，这个时间间隔可以设定为30分钟。当出现预警报警时在调整为10分钟或更短。

步骤103中，信号采集和处理器根据初始化中的已知量和采集到的线性可变差动变送传感器位移值根据公式(2)计算出沉没辊轴套和衬套的磨损量。

步骤104，显示沉没辊轴套和衬套磨损量，把计算得到的磨损量与设定的报警值相比较；

步骤105，如果没有达到报警值，把磨损量输出到显示和报警装置上进行显示，然后返回从步骤102开始下一次的采集和计算。当计算磨损量达到或超过报警值时，则进入步骤106。

在步骤106中，显示和报警装置在显示磨损量的同时，给出报警信息。如果显示的是预警信息，操作和维护人员应对沉没辊的工作状态保持关注，注意观察。当出现换辊报警时必须及时停机更换沉没辊。

Claims (4)

1. 一种热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，包括，锌锅设备中设有一为防止沉没辊表面粘锌的刮刀装置，刮刀头与沉没辊辊面接触，并沿辊身长度方向作来回往复运动，刀杆通过铰接点固定在支架上，刀杆的上端通过液压缸也固定在支架上，因此，液压缸活塞行程与刮刀位移成比例；通过在液压缸安装位移传感器来测量液压缸活塞行程间接计算出沉没辊轴承磨损量。

2. 如权利要求1所述的热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在沉没辊安装之前测得沉没辊半径R、磨损前刮刀与辊面接触点A₁距离沉没辊圆心O₁垂直方向上的距离h；

2)沉没辊安装好后，将位移传感器安装在刮刀杆顶部液压缸上，在沉没辊工作过程中测得液压缸活塞位移s，即C₁移动到C₂的位移量；

3)由于刮刀杆铰接在固定支架上，由三角形相似原理，可由公式(1)计算出与辊面接触的刮刀位移量y，即刮刀与辊面的接触点由A₁移动到A₂的位移量，

$y=s\·\frac{k1}{k2}---\left(1\right)$

式中，y为刮刀位移量；s为传感器测得的位移值；k1为铰接点B到C₁距离；k2为铰接点B到A₁距离，k1和k2为已知量；

4)由于衬套的磨损是沿着辊臂方向，磨损量d即为沉没辊圆点沿着辊臂方向上升的距离O₁O₂，根据几何关系，建立如下关系式：

$d=h-\sqrt{R^2-{(\sqrt{R^2-h^2}+y)}^2}---\left(2\right)$

式中，R为沉没辊半径，h为磨损前刮刀与辊面接触点A₁距离圆心O₁垂直方向上的距离，可在沉没辊安装时测量；

把y、R、h代入公式(2)，即可得出沉没辊轴套和衬套的磨损量d。

3. 如权利要求1所述的热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，其特征是，所述的位移传感器为线性可变差动变送位移传感器。

4. 如权利要求1所述的热镀锌沉没辊轴套和衬套磨损程度的在线检测方法，其特征是，还设一信号采集和处理器以及数据显示和报警装置，分别电性连接位移传感器，进行在线显示磨损量，并在设定的报警值达到时给出报警信息。

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