CN101726353B - 热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及热轧三辊卷取机，尤其涉及热轧三辊卷取机晃动监测装置及预警方法。一种热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置及预警方法，它包括：若干振动无线传感器，它们分别设置在热轧三辊卷取机的各个测点上；一振动数据接收和传输模块，它接收所述无线传感器的振动数据并将这些数据传输到一个数据采集模块，该采集模块将数据传输出去；一个PLC过程数据采集模块，它采集过程机的相关数据并传送出去；一个数据存储模块，它接收所述振动数据和PLC过程数据，并存储起来备用；一个判断预警模块，它包括一预警程序，通过该程序计算卷取机晃动指标λ，并根据预警规则实现预警。

Description

热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置及预警方法

技术领域

本发明主要涉及热轧三辊卷取机，尤其涉及热轧三辊卷取机晃动监测装置及预警方法。

背景技术

卷取机是轧钢车间的主要辅助设备之一。热轧带钢由于轧件长度达数十米到数百米或更长，有可能在轧制速度、减少头、尾温差、方便运输和储存提供了有利条件。

热带钢卷取机是用来把热状态下的带钢卷成钢卷。它安装在连续式、炉卷轧机和行星轧机等成卷生产热轧带钢轧机的运输辊道的上面或下面。地上卷取机主要用于卷取窄带钢。地下式卷取机则用于高生产率的热轧宽带钢作业线上。由于热带钢连轧机的产量、品种规格不断增加，轧制速度不断提高，因而对卷取机也提出了新的要求，如：钢卷单重要大；卷出的钢卷要紧密而整齐；提高咬入和卷取速度；扩大卷取带钢的宽度和厚度范围；能卷取合金钢和温度较低的带钢；维修方便以减少停机时间等。

卷取机主要由张力辊(也叫送进辊，引料辊)及其前后导尺、送料导板、成型辊(也称弯曲辊、助卷辊)及弯曲导板，卷筒和移出机构、卸卷小车。如果卷取机出现晃动，不仅可能造成卷取擦划伤、卷取塔形或面包卷，而且可能造成产线非计划停机，影响公司整体物料平衡。

为了解决上述问题，目前，一般采用普通振动位移传感器或者CCD激光位移传感器LK系列来监测，在线传感器现场安装和维护工作量大、CCD传感器价格昂贵。而且，CCD激光位移传感器标定周期间隔短，诊断人员需要掌握频谱分析等方法，对设备诊断人员技术素质要求较高。

发明内容

本发明所旨在解决现有技术的所述缺陷，提供一种热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置及预警方法。本发明采用无线振动加速度传感器及在线监测装置监测晃动指标和预报卷取机的晃动情况，预测方便，实现卷取机的在线状态管理采用，现场安装方便、易于维护，性能价格比优越，建立了晃动判断的预报依据。

本发明是这样实现的：

一种热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置，其特征在于，它包括：若

干振动无线传感器，它们分别设置在热轧三辊卷取机的各个测点上；

一振动数据接收和传输模块，它接收所述无线传感器的振动数据并将这些数据传输出去；

一个数据采集模块，它采集所述振动数据接收和传输模块发出的振动数据并传输出去；

一个PLC过程数据采集模块，它采集过程机的相关数据并传送出去；

一个数据存储模块，它接收所述振动数据和PLC过程数据，并存储起来备用；

一个判断预警模块，它包括一预警程序，通过该程序计算卷取机晃动指标λ，并根据预警规则实现预警。

所述的热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置，所述振动无线传感器安装在：

卷筒两侧的滚动轴承位置以监测轴承的特征频率和振动幅值、齿轮的啮合频率和倍频及振动幅值；

卷筒外支撑的转轴顶部和外支撑自由端轴承处以监测两处的振动幅值A1和A2；

卷筒延长轴处以监测因螺栓松动造成的晃动。

所述的热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置，所述PLC过程数据采集模块采集的是张力辊辊缝δ1，助卷辊的辊缝δ2，以及带钢厚度h。

所述的热轧三辊卷取机晃动的在线预警方法，它包括下列步骤：

采集所述的振动数据和PLC过程数据；

将所述各数据经FFT变换后计算齿轮传动振动系数α、外支撑放大系数β、δ1-h、δ2-h和卷筒延伸轴轴承1X、2X及3X振动幅值能量和占全频能量比例ε；

根据预警规则中的预警条件判断卷曲机是否晃动，

若否则显示卷曲机正常，并重新采集数据，若是，则发出警报。

所述的热轧三辊卷取机晃动的在线预警方法，所述预警规则包括：

a.轴承特征频率振动幅值能量和占全频能量比例α＞30％；

b.外支撑振动放大系数β＞0.5；

c.δ1-h＜-0.4mm张力辊晃动；

d.δ2-h＜-0.5mm助卷辊冲击；

e.卷筒延伸轴轴承1X、2X、3X振动幅值能量和占全频能量比例ε＞50％；

所述卷取机晃动指标λ＝if(a，b，c，d，e条件成立)预报卷取机晃动。

本发明采用无线振动加速度传感器及在线监测装置监测晃动指标和预报卷取机的晃动情况，预测方便，实现卷取机的在线状态管理采用，现场安装传感器和监测装置不仅方便、而且易于维护、性价比优越，进一步的，本发明提出了热轧卷取机晃动的机械和PLC工艺数据的综合监测方法，建立了晃动判断的预报依据。

附图说明

图1为本发明所述监测装置示意图；

图2为本发明所述监测方法流程图。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式对本发明作进一步的说明：

卷取机按成型辊数量可分为：八辊式、六辊式、四辊式、二辊式、三辊式几种。本发明针对热轧三辊式卷取机晃动原因进行在线监测技术研究。第一成型辊与垂直线成38°，因为在一整圈卷取过程中开始卷取困难，随后卷取容易，即主要靠第一成型辊，其次是第二成型辊，使带钢弯曲成型，第三成型辊只起导向和克服弹复变形的作用，其夹角为120°。三个成型辊顺着卷取方向由密到疏的分布形式，较一般的均匀分布型式更为合理。

卷取机晃动的主要原因：

a.轴承状态不好导致卷取机晃动

卷筒由齿轮箱传动系统组成，通过马达、两级减速机、齿接手、卷筒齿轮箱进行启动，卷筒支撑轴承的润滑由内置的干油分配器提供，卷筒传动系统的振动状态对卷取机的晃动程度具有直接传递的影响。

b.张力辊辊缝δ1设置不当导致上张力辊跳动

张力辊的作用是在带钢尾离开最后一架轧机时建立张力，并在开始卷取时咬入带钢头部向下弯曲沿下弯曲导板方向顺利地进入卷筒和成型辊之间以实现卷取。

为了改善咬入条件和带钢头部往下弯，上张力辊地直径应比下张力辊地直径大，同时，上张力辊对下张力辊向带钢前进方向偏移一定距离。上张力辊的直径约为下张力辊直径地两倍。偏移距离e地范围较大，一般取e＝50～300mm。在实际使用中，e值的大小应根据卷取带钢的、材质以及张力辊、导板、成型辊和卷筒的几何位置来确定。e值选择过大会使张力辊咬入带钢困难和带钢头部过分弯曲而划伤下导板。e值选择过小会造成带钢头部撞击上导板而不能顺利卷取。

张力辊的压紧力由液压缸产生，对不同的带钢厚度h，需要不同的辊缝δ1。若δ1值比h小得太多，会导致上张力辊跳动，使钢卷成型条件恶化导致卷取机晃动。

c.助卷辊辊缝δ2设置不当导致上张力辊跳动

助卷辊是实心锻造辊，辊身表面喷焊烧结1.3mm厚的硬质合金层，从而提高了辊子表面硬度，增强了耐磨性，防止擦伤带钢表面。辊子靠电机通过十字头万向接轴和速比为1∶1的圆柱齿轮减速机传动。打开和抱拢将使万向接轴长度发生变化，从而在万向接轴花键处产生摩擦力。该摩擦力作用到减速机上，从而保护了电机，也可以减少万向接轴摆角，使万向接轴的使用更为合理。助卷辊采用液压驱动步进控制。

助卷辊与卷筒间的辊缝值δ2的大小，对卷筒质量有重要影响。δ2值过大，带钢卷得不紧，头几圈可能打滑；δ2值过小，带钢咬入产生冲击，会引起成型辊跳动，同样也卷得不紧，甚至打滑。

d.活动支撑臂

用于支承卷筒卸卷端的活动支承，采用了液压缸驱动连杆来带动的夹钳式结构型式。夹钳支承臂与卷筒支承套接触的表面堆焊铜，以防止卷筒支承套的磨损。活动支承的支承臂上装有水平调整和垂直调整的偏心轴，通过偏心的旋转来调整支承臂与卷筒支承套的接触，即可保证卷筒的水平度，又可保证与轧制线的垂直度。活动支撑臂的状态不良可导致卷筒晃动。

e.卷筒延长轴的紧固螺栓的预紧力不够时，螺栓就会产生松动，使延长轴产生晃动，

延长轴是通过八根高强度螺栓，与筒体一端连接的。因此，延长轴的紧固，实质上是八根M48高强度螺栓的紧固。在使用中，卷筒的最大涨紧力可达11000kg，延长轴要分担5.5吨的支撑力，当螺栓的预紧力不够时，螺栓就会产生松动，使延长轴产生晃动，引起卷筒失效。

本发明针对热轧卷取机晃动的主要原因，提出了相应的在线监测策略：一种热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置，它包括：若干振动无线传感器1，它们分别设置在热轧三辊卷取机的各个测点上；

一振动数据接收和传输模块2，它接收所述无线传感器1的振动数据并将这些数据传输出去；

一个数据采集模块4，它采集所述振动数据接收和传输模块发出的振动数据并传输出去；

一个PLC过程数据采集模块3，它采集过程机的相关数据并传送出去；

一个数据存储模块5，它接收所述振动数据和PLC过程数据，并存储起来备用；

一个判断预警模块6，它包括一预警程序，通过该程序计算卷取机晃动指标λ，并根据预警规则实现预警。

无线振动传感器节点，三轴，频响(-3dB)X，Y轴300Hz，Z轴150Hz，量程±2g，3g，6g，10g软件可编程选择，2M存储器，100米可视距离，可选内置(A301)、外置(A302)天线。无线振动传感器节点使用简单方便，极大地节约了测试中由于反复布设有线数据采集设备而消耗的人力和物力，广泛应用于振动加速度数据采集和工业设备在线监测。系统节点结构紧凑，体积小巧，各模块封装在PPS塑料外壳内。

每个节点的最高采样率可设置为4KHz，每个通道均设有抗混叠低通滤波器。采集的数据既可以实时无线传输至计算机，也可以存储在节点内置的2M数据存储器内，保证了采集数据的准确性。节点的空中传输速率可以达到250Kbps，有效室外通讯距离可达300m。节点设计有专门的电源管理软硬件，在实时不间断传输情况下，节点功耗仅30mA，使用内置的可充电电池，可连续测量18小时。如果选择带有USB接口的节点，既可以通过USB接口对节点充电，也可以快速地把存储器内的数据下载到计算机里面。

a.卷筒齿轮传递系统的在线监测：

齿轮啮合状态、轴承状态不好直接卷取机晃动，主要监测轴承的特征频率和振动幅值、齿轮的啮合频率和倍频及振动幅值。

监测参数：滚动轴承的测点①②一分别对卷取机两侧的振动无线传感器位置；

b.张力辊辊缝δ1设置不当导致上张力辊跳动监测：

张力辊的压紧力由液压缸产生，对不同的带钢厚度h，需要不同的辊缝δ1。若δ1值比h小得太多，会导致上张力辊跳动，使钢卷成型条件恶化导致卷取机晃动。通过改变上张力辊升降液压缸支座的偏心轴的偏心位置来实现；

若δ1-h≥0，张力辊不起作用；

若δ1-h＜-0.4mm，上张力辊跳动，卷取机晃动；

c.助卷辊辊缝δ2设置不当导致卷筒跳动的监测：

一般是根据带钢厚度、材质及助卷辊的压力来确定δ2值的大小，取δ2值略小于带钢的厚度h。成型辊与卷筒间得缝隙调整同张力辊缝隙调整方法一样，也是通过传动偏心轴，改变气缸得位置来调整缝隙得大小。

若δ2-h≥-1mm，钢带可能打滑；

若δ2-h＜-0.5mm，助卷辊可能产生冲击和晃动；

d.活动支撑臂监测：

用于支承卷筒卸卷端的活动支承，采用了液压缸驱动连杆来带动的夹钳式结构型式。夹钳支承臂可保证卷筒的水平度，又可保证与轧制线的垂直度，活动支撑臂的状态不良可导致卷筒晃动。在外支撑的转轴顶部安装振动传感器监测夹钳式结构的振动；振动传感器测点②与外部支撑转轴中心线的距离为L1，振动传感器测点③与外部支撑转轴中心线的距离为L2。

设测点②振动幅值为A1，振动传感器测点③振动幅值为A2，频率范围选择5Hz至卷取机齿轮箱输出轴转动频率。

(L1/L2)-β*(A1/A2)≥0

其中β为外支撑低频区振动放大系数。

e.卷筒延长轴的紧固螺栓的预紧力不够时，螺栓就会产生松动，使延长轴产生晃动，延长轴是通过八根高强度螺栓，与筒体一端连接的。当螺栓的预紧力不够时，螺栓就会产生松动，使延长轴产生晃动，引起卷筒失效。

卷筒延长轴的紧固螺栓的松动监测采用测量卷筒齿轮箱侧延长轴轴向振动的方法。主要监测该测点的转动频率，2倍频和3倍频的振动幅值。

本发明设计了一种热轧卷取机的晃动在线监测方法，采用无线振动加速度传感器和振动采集装置，获取卷取机的振动原始信号，另外从工艺过程数据中读取张力辊辊缝δ1，助卷辊的辊缝δ2，以及带钢厚度h，利用晃动指标λ实现卷取机运行状态的趋势预报。

预警规则：

a.轴承特征频率振动幅值能量和占全频能量比例α＞30％；

b.外支撑振动放大系数β＞0.5；

c.δ1-h＜-0.4mm张力辊晃动；

d.δ2-h＜-0.5mm助卷辊冲击

e.卷筒延伸轴轴承1X，2X，3X振动幅值能量和占全频能量比例ε＞50％；

卷取机晃动指标λ＝if(a，b，c，d，e条件成立)预报卷取机晃动。

Claims (3)

1.一种热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置，其特征在于，它包括：若干振动无线传感器，它们分别设置在热轧三辊卷取机的各个测点上；所述振动无线传感器安装在：

卷筒两侧的滚动轴承位置以监测轴承的特征频率和振动幅值、齿轮的啮合频率和倍频及振动幅值；

卷筒外支撑的转轴顶部和外支撑自由端轴承处以监测两处的振动幅值A1和A2；

卷筒延长轴处以监测因螺栓松动造成的晃动；

一振动数据接收和传输模块，它接收所述无线传感器的振动数据并将这些数据传输出去；

一个数据采集模块，它采集所述振动数据接收和传输模块发出的振动数据并传输出去；

一个PLC过程数据采集模块，它采集过程机的相关数据并传送出去；

一个数据存储模块，它接收所述振动数据和PLC过程数据，并存储起来备用；

一个判断预警模块，它包括一预警程序，通过该程序计算卷取机晃动指标λ，并根据预警规则实现预警；

所述预警规则包括：

a.轴承特征频率振动幅值能量和占全频能量比例α＞30％；

b.外支撑振动放大系数β＞0.5；

c.δ1-h＜-0.4mm张力辊晃动；

d.δ2-h＜-0.5mm助卷辊冲击；

δ1为张力辊辊缝、δ2为助卷辊的辊缝、h为带钢厚度；

e.卷筒延长轴轴承转动频率、2倍频和3倍频振动幅值能量和占全频能量比例ε＞50％；

所述卷取机晃动指标λ＝if(a，b，c，d，e条件成立)预报卷取机晃动。

2.根据权利要求1所述的热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置，其特征在于，所述PLC过程数据采集模块采集的是张力辊辊缝δ1，助卷辊的辊缝δ2，以及带钢厚度h。

3.一种使用权利要求1所述的热轧三辊卷取机晃动的在线监测装置的在线预警方法，其特征在于，它包括下列步骤：

采集所述的振动数据和PLC过程数据；

将所述各数据经FFT变换后计算齿轮传动振动系数α、外支撑放大系数β、δ1-h、δ2-h和卷筒延长轴轴承1倍频、2倍频及3倍频振动幅值能量和占全频能量比例ε；

根据预警规则中的预警条件判断卷曲机是否晃动，

若否则显示卷曲机正常，并重新采集数据，若是，则发出警报。

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