CN110315139B - 一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，包括锯切过程中锯机最大实际进给速度捕捉单元和锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，最大实际进给速度捕捉单元由JHCZLJ01～JHCZLJ08功能块所组成；轴承劣化状态判定单元由JHCZLJ09～JHCZLJ15功能块所组成；通过本发明系统，设备维护人员在锯机上滑座承载轮轴承劣化报警出现后，可根据锯切过程中最大与最小实际进给速度的速度差值大小以及变化情况了解锯机上滑座承载轮轴承的劣化程度和劣化速度，以此为基础并结合生产线工作情况，合理安排锯机的检修时段，由此使锯机上滑座承载轮由被动检修变成有计划的主动检修，不仅有效地减轻了生产压力而且还提高了设备的检修效率。

Description

一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统

技术领域

本发明涉及液压传动机构保护控制技术领域，具体为一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统。

背景技术

对于型钢生产线，其在线的锯机系统通常由锯机本体、轧件托起装置、轧件夹持臂以及倾翻辊道所组成，而锯机本体则由锯机上滑座1、上滑座承载轮2以及上滑座移动液压缸3构成。在锯机上滑座1上安装有锯片主传动电动机4(如400KW异步电动机)、主传动伞齿轮箱5、锯片6及其夹紧装置、锯罩7、锯片主传动机构润滑油箱8、上滑座配重块9、上滑座电缆及软管拖拉链10以及上滑座滑动导轨11等；其中，夹紧装置包括夹持臂12、夹持臂夹头13、带轨道的倾翻台14、H型钢轧件15以及侧挡板16。马钢大H型钢生产线5台锯机均采用这种结构形式，该锯机系统布置及承载轮位置结构，请参阅图1-3。由该锯机系统的结构可知，整个锯机本体的重量(约30吨)均集中在锯机上滑座1上，并由4个带滚动轴承的承载轮支撑。锯机上滑座1在液压缸的驱动下在承载轮上直线运动，从而实现锯机的进锯和退锯。然而，在生产过程中，锯机时常出现承载轮轴承陡然卡死的问题，通过长期对型钢锯机运行状态的跟踪可知，型钢锯机承载轮轴承的实际使用寿命主要受到以下两个因数的影响：

(1)锯机在锯切过程中出现剧烈震动；

(2)锯切过程中锯机出现严重过载。

这两个因数在锯机使用过程中出现的频度越大则锯机承载轮轴承使用的寿命越短。考虑到各个锯机出现这两个因数的概率有所不同，故此，在实际生产过程中，很难确定某台锯机的承载轮轴承是否因上述两个因数的影响而出现劣化以及劣化的状态。另外，由于锯机的使用环境非常恶劣，其承载轮轴承的劣化状态也无法通过其它手段直接诊断出来。故此，至今国内外还没有有关锯机承载轮轴承劣化状态的监控系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，能够在锯机承载轮轴承发生轻度劣化时给出报警，以解决现有技术中锯机承载轮轴承的维护和更换十分不便，在连续生产过程中，一旦出现锯机承载轮轴承损坏卡死，必然造成长时间的停产，通常更换一个承载轮至少需要5小时以上的时间，如果锯机在其承载轮轴承出现劣化的情况下继续工作，这必将给锯机本体以及锯机滑动导轨带来严重损坏的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，包括锯切过程中锯机最大实际进给速度捕捉单元和锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，最大实际进给速度捕捉单元由JHCZLJ01～JHCZLJ08功能块所组成，其中，JHCZLJ04以及JHCZLJ06～JHCZLJ08功能块组成锯机最大实际进给速度捕捉子单元，JHCZLJ01～JHCZLJ05功能块组成锯机最大实际进给速度所在区间限定子单元，其中，JHCZLJ01为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ01与JHCZLJ02连接，JHCZLJ02为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ02上连接JHCZLJ04和JHCZLJ05，JHCZLJ05为AND-与门功能块，JHCZLJ04为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ04的另一端连接JHCZLJ03，JHCZLJ03为SUB-减法器功能块，JHCZLJ04和JHCZLJ02上并联JHCZLJ07功能块，JHCZLJ07为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ07的两端分别连接JHCZLJ06和JHCZLJ08，JHCZLJ08为NSW-数值转换开关功能块，JHCZLJ06为NCM-数值比较功能块；

轴承劣化状态判定单元由JHCZLJ09～JHCZLJ15功能块所组成，JHCZLJ09为NSW-数值转换开关功能块，JHCZLJ09的输入端分别与JHCZLJ05和JHCZLJ08功能块连接，JHCZLJ09的输出端与JHCZLJ11连接，JHCZLJ11为SUB-减法器功能块，JHCZLJ11的输入端连接JHCZLJ10，JHCZLJ10为AVA-绝对值形成功能块，JHCZLJ10的另一端连接在JHCZLJ06的输入端上；JHCZLJ11的输出端还与JHCZLJ12连接，JHCZLJ12为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ12的另一端连接JHCZLJ13，JHCZLJ13为PDE-前沿延时功能块，JHCZLJ13的输出端连接在JHCZLJ15上，JHCZLJ15为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ15的输入端还连接JHCZLJ14，JHCZLJ14为OR-或门功能块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，其包括锯切过程中锯机最大实际进给速度捕捉单元和锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，通过本发明系统，设备维护人员在锯机上滑座承载轮轴承劣化报警出现后，可根据锯切过程中最大与最小实际进给速度的速度差值大小以及变化情况了解锯机上滑座承载轮轴承的劣化程度和劣化速度，以此为基础并结合生产线工作情况，合理安排锯机的检修时段，由此使锯机上滑座承载轮由被动检修变成有计划的主动检修，使得设备能够在锯机承载轮轴承发生轻度劣化时就给出报警，不仅有效地减轻了生产压力而且还提高了设备的检修效率。

附图说明

图1为现有的大H型钢滑座式锯机布置及承载轮位置结构图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B-B向图；

图中：1锯机上滑座、2上滑座承载轮、3上滑座移动液压缸、4锯片主传动电动机、5主传动伞齿轮箱、6锯片、7锯罩、8锯片主传动机构润滑油箱、9上滑座配重块、10上滑座电缆及软管拖拉链、11上滑座滑动导轨、12夹持臂、13夹持臂夹头、14带轨道的倾翻台、15H型钢轧件、16侧挡板。

图4为现有的大H型钢锯机上滑座移动控制液压系统图；

001、锯机上滑座移动液压缸；002、测压接头；003、液控单向阀；004、单向阀；005、双单项节流阀；006、换向阀；007、比例阀；008、双液控单向阀；009、过渡板；010、换向阀；011、减压阀。

图5为现有的锯机正常状态下锯机上滑座速度及位置曲线图；

图6为现有的承载轮轴承轻度劣化状态下锯机上滑座速度及位置曲线图；

图7为本发明的系统控制图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图4-6，结合背景技术中描述，对于马钢大H型钢滑座式锯机，锯机上滑座远离辊道的终端位置为锯机的检修位置或换锯片位置，锯机上滑座移动液压控制系统以此位置为零位，即锯机上滑座在此位置的实际位置值(S_act.)为0毫米；锯机上滑座的最大行程为2800毫米，在整个工作行程中，锯机上滑座具有4个工作位置，即锯机检修位置(设定为0毫米)、锯机等待位置(400～500毫米)、锯机锯切起始位置(550～750毫米)以及锯机锯切完毕位置(2000～2400毫米)，在正常周期性锯切的情况下，锯机通常是停在锯机等待位置，当轧件在锯切辊道上定好位置后，锯机操作工启动锯切指令，这时锯机将首先由锯机等待位置移动至锯切起始位置，当锯切条件(如锯机夹持臂已夹紧到位等)具备后，锯机由锯切起始位置以设定的锯切速度锯切轧件，直至锯机到达设定的锯切完毕位置，然后锯机由锯切完毕位置快速后退至锯机等待位置；锯机的进给(即锯机上滑座的进锯移动)位置采用闭环控制方式，而进给速度则采用开环控制方式，这主要是考虑到：在锯机锯切进给的过程中，一旦由于某种原因(如锯片锯齿变钝、锯片严重变形以及轧件夹锯片等)而使锯机锯切处于过载状态，在这种情况下，若锯机进给仍保持原进给速度不变，则锯机的锯切过载将进一步加重，由此严重时会导致锯机剧烈震动和锯片崩裂的事故；为了防止锯机锯切出现严重过载，锯机上滑座移动液压控制系统采取锯机进给速度设定值与锯机进给液压比例控制阀的开口度相对应的控制方法，即一个进给速度设定值对应一个比例控制阀开口度，进给速度设定值越大，比例控制阀的开口度越大；这样，在锯机进给比例控制阀进油口P的压力不变的情况下，锯机实际进给速度将取决于锯机上滑座在进给的过程中所受到的阻力大小，上滑座在进给过程中所受到的阻力越大，则锯机实际进给速度越小；通常锯机上滑座的进给阻力主要由两部分组成，一部分是锯片的锯切阻力，其大小与锯切时的负载程度成正比；另一部分是锯机上滑座自身的滑动阻力，其大小取决于锯机上滑块在其承载轮上的滑动状态，当承载轮轴承出现一定程度劣化时，锯机上滑座自身的滑动阻力将会变大，可以说，锯机上滑座自身的滑动阻力大小与承载轮轴承的劣化程度几乎成正比；当锯机进给过程中出现锯切过载时，锯机不但会出现上滑座实际进给速度变小，而且还会出现剧烈震动的现象；而当锯机上滑座自身的滑动阻力变大时，即锯机上滑座承载轮轴承出现劣化时，锯机上滑座的实际进给速度也会减小，然而，在承载轮轴承劣化的初期(即承载轮轴承出现轻度劣化时期)，锯机在锯切过程中并没有表现出明显的异常，而只有在承载轮轴承达到严重劣化时，锯机在锯切过程中也将会出现剧烈震动现象；由于型钢锯机属于间歇式工作方式，并且锯机的进给速度低(一般不超过200毫米/秒)，故此，锯机承载轮轴承由轻度劣化转变为严重劣化并不是短时间就会发生的，而是要经历很长一段时间(通常需要数天的时间)；另外，锯机退锯(即锯机上滑座的退锯移动)的位置也采用闭环控制方式，为了实现快速退锯，退锯时液压缸增加了差动回路控制，故此，由图4马钢大H型钢锯机上滑座移动控制液压系统图可知，退锯时锯机上滑座移动液压缸无杆腔管口压力高但不是一个稳定值，这样，正常退锯时，锯机正常状态下锯机上滑座速度及位置如图4所示，锯机的退锯速度也是不稳定的；由此可知，基于退锯过程中上滑座实际速度的变化来判定锯机滑座承载轮轴承劣化状态是不可行的，基于上述分析可知，只有通过锯机长距离锯切进给过程中锯机实际进给速度的变化可以判定锯机滑座承载轮轴承的劣化状态。

基于上述原理分析，请参阅图7，本发明实施例中：提供一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，包括锯切过程中锯机最大实际进给速度捕捉单元和锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，最大实际进给速度捕捉单元由JHCZLJ01～JHCZLJ08功能块所组成，其中，JHCZLJ04以及JHCZLJ06～JHCZLJ08功能块组成锯机最大实际进给速度捕捉子单元，JHCZLJ01～JHCZLJ05功能块组成锯机最大实际进给速度所在区间限定子单元，其中，JHCZLJ01为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ01与JHCZLJ02连接，JHCZLJ02为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ02上连接JHCZLJ04和JHCZLJ05，JHCZLJ05为AND-与门功能块，JHCZLJ04为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ04的另一端连接JHCZLJ03，JHCZLJ03为SUB-减法器功能块，JHCZLJ04和JHCZLJ02上并联JHCZLJ07功能块，JHCZLJ07为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ07的两端分别连接JHCZLJ06和JHCZLJ08，JHCZLJ08为NSW-数值转换开关功能块，JHCZLJ06为NCM-数值比较功能块；

轴承劣化状态判定单元由JHCZLJ09～JHCZLJ15功能块所组成，JHCZLJ09为NSW-数值转换开关功能块，JHCZLJ09的输入端分别与JHCZLJ05和JHCZLJ08功能块连接，JHCZLJ09的输出端与JHCZLJ11连接，JHCZLJ11为SUB-减法器功能块，JHCZLJ11的输入端连接JHCZLJ10，JHCZLJ10为AVA-绝对值形成功能块，JHCZLJ10的另一端连接在JHCZLJ06的输入端上；JHCZLJ11的输出端还与JHCZLJ12连接，JHCZLJ12为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ12的另一端连接JHCZLJ13，JHCZLJ13为PDE-前沿延时功能块，JHCZLJ13的输出端连接在JHCZLJ15上，JHCZLJ15为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ15的输入端还连接JHCZLJ14，JHCZLJ14为OR-或门功能块。

设计原理：基于上述分析，在型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态监控系统中，设计了锯切过程中(即从锯切起始位置至锯切完毕位置)锯机最大实际进给速度捕捉单元，该单元由JHCZLJ01～JHCZLJ08功能块所组成，在该单元中，由JHCZLJ04以及JHCZLJ06～JHCZLJ08功能块组成锯机最大实际进给速度捕捉子单元，由锯切过程中锯机上滑座移动液压缸的控制方式以及图3所示的锯机正常状态下锯机上滑座速度及位置图可知，在锯切过程中，锯机最大实际进给速度只会出现一次，并只会出现在锯切过程的初期(即锯片开始锯切轧件前的时段)，但是，在锯片锯切轧件时，由于锯切负载存在较小的波动，锯机实际进给速度将随之出现轻微波动；基于此，在锯机锯切过程开始后，该最大实际进给速度捕捉子单元采取将当前锯机实际进给速度与上一个采样周期获得的锯机实际进给速度相比较来捕捉锯机最大实际进给速度，即在锯机锯切过程开始后，一旦当前锯机实际进给速度小于上一个采样周期获得的锯机实际进给速度，则说明在上一个采样周期时锯机已空载加速至最大锯切进给速度，由此该子单元存储上一个采样周期获得的锯机实际进给速度，并将此存储值作为最大锯切进给速度值，直至锯机锯切过程结束为止，这样避免了锯切过程中实际进给速度波动对最大实际锯切进给速度捕捉的影响；考虑到该锯机上滑座承载轮轴承劣化状态监控系统是基于锯切过程中锯机实际进给速度与该过程中最大进给速度的差值的变化来判定承载轮轴承的劣化状态，故此，为了使锯机最大实际进给速度捕捉子单元能够获得可靠并且仅属于锯切进给过程中的最大进给速度值，在该锯机最大实际进给速度捕捉单元中还设计了锯机最大实际进给速度所在区间限定子单元，该子单元由JHCZLJ01～JHCZLJ05功能块所组成；在自动方式下，当锯机进给设定位置值S^*由锯机等待位置值(通常小于500毫米)切换至1000毫米以上时，锯机则进入锯切过程，在此之后，若锯机进给实际位置值S_act.与锯机进给设定位置值S^*之差小于150毫米，则说明锯机已到达锯切完毕位置，锯机开始退锯操作；故此，在该锯机最大实际进给速度所在区间限定子单元中，将锯机进给设定位置值S^*大于1000毫米时刻作为锯机最大实际进给速度捕捉子单元的启动信号，而将锯机进给设定位置值S^*与锯机进给实际位置值S_act.之差小于180毫米作为锯机最大实际进给速度捕捉子单元的结束信号，由此确保了锯机最大实际进给速度捕捉子单元所捕捉的锯机实际进给速度即为锯机锯切过程中最大实际进给速度；同样由上图3所示的锯机正常状态下锯机上滑座速度及位置图可知，在锯片工作状态以及锯机上滑座承载轮工作状态均正常的情况下，在锯机锯切过程中，锯机最大与最小实际进给速度之差通常均在20毫米/秒以下，而当锯片工作状态或锯机上滑座承载轮工作状态出现异常时，锯机最大与最小实际进给速度之差通常均在20毫米/秒以上；对于锯片工作状态异常这种情况，除了在锯切过程中锯机最大与最小实际进给速度存在较大偏差外，通常在锯切过程中锯机还会出现震动或剧烈震动，一旦此现象发生，操作工需要及时检查锯片的使用情况并作相应的处理，然而，对于锯机上滑座承载轮工作状态异常(即锯机上滑座承载轮轴承出现劣化)这种情况，通常在锯机上滑座承载轮轴承出现劣化的初期，锯机仍能正常工作并无明显异常，只是在锯机锯切过程中锯机最大与最小实际进给速度之差变大(大约在20～70毫米/秒之间)，如图6所示，并且锯机上滑座承载轮轴承的劣化过程(即由轻度劣化过渡到严重劣化的过程)通常需要经历很长一段时间；基于锯机上滑座承载轮轴承劣化所表现出的特征以及锯机最大实际进给速度捕捉单元所获得的最大实际锯切进给速度(V_JJM)，在该锯机上滑座承载轮轴承劣化监控系统中，设计了锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，该单元由JHCZLJ09～JHCZLJ15功能块所组成，在该单元中，对于功能块JHCZLJ09的输出，在锯机锯切过程开始时，其输出为当前实际锯切进给速度，当锯机最大实际进给速度捕捉单元捕捉到锯机最大实际锯切进给速度(V_JJM)时，其输出为锯机最大实际锯切进给速度(V_JJM)直到锯切过程结束为止，而在锯机非锯切过程中，其输出保持为零；在该单元中，通过功能块JHCZLJ11计算锯切过程中锯机最大实际进给速度与该过程中实际进给速度绝对值间的动态偏差速度值，当该偏差速度值大于20mm/s时，数值比较功能块JHCZLJ12输出进给速度超差状态信号(即信号状态为‘1’)，由此判定锯机上滑座承载轮轴承有可能出现劣化，为了避免正常锯切过程中进锯速度瞬时波动导致承载轮轴承劣化误判断，而将该锯切进给速度超差信号经前沿延时功能块JHCZLJ13延时3秒钟，若该速度超差信号持续时间大于3秒，则由单元中实现锯机上滑座承载轮轴承劣化状态记忆的功能块JHCZLJ15输出锯机上滑座承载轮轴承劣化报警信息，在这种情况下，锯机操作工应及时检查锯片使用状况，在排除锯片工作异常情况下，若锯机在之后的锯切过程中仍然出现锯机上滑座承载轮轴承劣化报警信息，则说明锯机上滑座承载轮轴承已出现轻度劣化。

综上所述：本发明提供的一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，其包括锯切过程中锯机最大实际进给速度捕捉单元和锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，通过本发明系统，设备维护人员在锯机上滑座承载轮轴承劣化报警出现后，可根据锯切过程中最大与最小实际进给速度的速度差值大小以及变化情况了解锯机上滑座承载轮轴承的劣化程度和劣化速度，以此为基础并结合生产线工作情况，合理安排锯机的检修时段，由此使锯机上滑座承载轮由被动检修变成有计划的主动检修，使得设备能够在锯机承载轮轴承发生轻度劣化时就给出报警，不仅有效地减轻了生产压力而且还提高了设备的检修效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种型钢锯机上滑座承载轮轴承劣化状态的监控系统，其特征在于，包括锯切过程中锯机最大实际进给速度捕捉单元和锯机上滑座承载轮轴承劣化状态判定单元，最大实际进给速度捕捉单元由JHCZLJ01～JHCZLJ08功能块所组成，其中，JHCZLJ04以及JHCZLJ06～JHCZLJ08功能块组成锯机最大实际进给速度捕捉子单元，JHCZLJ01～JHCZLJ05功能块组成锯机最大实际进给速度所在区间限定子单元，其中，JHCZLJ01为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ01与JHCZLJ02连接，JHCZLJ02为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ02上连接JHCZLJ04和JHCZLJ05，JHCZLJ05为AND-与门功能块，JHCZLJ04为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ04的另一端连接JHCZLJ03，JHCZLJ03为SUB-减法器功能块，JHCZLJ04和JHCZLJ02上并联JHCZLJ07功能块，JHCZLJ07为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ07的两端分别连接JHCZLJ06和JHCZLJ08，JHCZLJ08为NSW-数值转换开关功能块，JHCZLJ06为NCM-数值比较功能块；

轴承劣化状态判定单元由JHCZLJ09～JHCZLJ15功能块所组成，JHCZLJ09为NSW-数值转换开关功能块，JHCZLJ09的输入端分别与JHCZLJ05和JHCZLJ08功能块连接，JHCZLJ09的输出端与JHCZLJ11连接，JHCZLJ11为SUB-减法器功能块，JHCZLJ11的输入端连接JHCZLJ10，JHCZLJ10为AVA-绝对值形成功能块，JHCZLJ10的另一端连接在JHCZLJ06的输入端上；JHCZLJ11的输出端还与JHCZLJ12连接，JHCZLJ12为NCM-数值比较功能块，JHCZLJ12的另一端连接JHCZLJ13，JHCZLJ13为PDE-前沿延时功能块，JHCZLJ13的输出端连接在JHCZLJ15上，JHCZLJ15为RSR-复位端R优先的RS触发器功能块，JHCZLJ15的输入端还连接JHCZLJ14，JHCZLJ14为OR-或门功能块。

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