CN110487526B - 扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法 - Google Patents

扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法，所述扇形段足辊状态在线监测装置，包括非接触式测距仪，所述非接触式测距仪用于测量测量点与所述上足辊之间的距离。所述扇形段足辊故障诊断方法，包括：获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段上机前的最短距离L基，所述测量点位于所述上足辊的正上方；持续获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段运行时的实时距离L实，并确定偏移值ΔL，ΔL＝L实‑L基；判断ΔL与l1、l2、l3、l4的数值关系，并相应作出指示，实现对应的故障诊断及提示，指示系统或操作人员进行处理。该扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法可实现对扇形段足辊状态的在线监测与故障预判，为扇形段的辊缝调整及设备维护操作提供可靠依据。

Description

扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法
技术领域
本发明涉及连铸技术领域，特别涉及一种扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法。
背景技术
连铸机是为高品质钢提供优质铸坯的核心装备，其设备精度对产品质量有着决定性影响。其中，扇形段作为连铸机的核心部件，性能尤为重要。当前，扇形段设备故障和事故多发，严重影响产品质量与产品交付。目前国内外尚无自动实现扇形段状态在线监测和故障诊断的有效方法，多依靠人工手动检查，扇形段的运行性能难以得到保障，事故发生率难以有效控制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种扇形段足辊状态监测装置及故障诊断方法，可实现对扇形段足辊状态的在线监测与故障预判，为扇形段的辊缝调整及设备维护操作提供可靠依据。
本发明提供的扇形段足辊状态在线监测装置，扇形段包括上框架与下框架，所述上框架上设有多个上足辊，所述下框架上设有多个下足辊，所述上足辊与所述下足辊数量相等并一一对应，对应的上足辊与下足辊之间的距离为辊缝，所述扇形段足辊状态在线监测装置包括非接触式测距仪，所述非接触式测距仪用于测量测量点与所述上足辊之间的距离，任一所述上足辊的正上方设置至少一个所述测量点，所述非接触式测距仪一一对应地设置于所述测量点。
进一步地，所述非接触式测距仪为激光测距仪、红外测距仪或超声波测距仪。
进一步地，当所述上足辊的正上方设置多个测量点时，所述多个测量点位于不同的铅垂线上；进一步地，所述多个测量点沿所述上足辊的轴向依次分布。
进一步地，所述上足辊包括芯轴及沿轴向依次设置于所述芯轴上的多个分节辊外筒，任一分节辊外筒的正上方设置至少一个测量点。
进一步地，所述扇形段足辊状态在线监测装置还包括定位套管，所述定位套管设置于所述上框架上并位于所述上足辊的正上方，所述定位套管与所述非接触式测距仪数量相等，所述非接触式测距仪一一对应地设置于所述定位套管的管腔内，所述定位套管的管腔之下端开口与所述上足辊保持正对。
进一步地，所述定位套管的管腔之下端开口与所述上足辊的外周面之间的距离为0.5～1mm。
进一步地，所述定位套管的管腔之下端开口开设于所述定位套管的下端面上，所述定位套管的下端面为圆弧面，所述圆弧面的中心轴与所述上足辊的中心轴重合。
进一步地，述扇形段足辊状态在线监测装置还包括隔离环套，所述隔离环套设置于所述上框架上，所述定位套管的管腔之下端开口套设于所述隔离环套的内部，所述隔离环套与所述上足辊之间互不接触。
进一步地，所述非接触式测距仪的测量结果通过光纤对外输出。
本发明提供的扇形段足辊故障诊断方法，利用前述的扇形段足辊状态在线监测装置，包括以下步骤：
获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段上机前的最短距离L基，所述测量点位于所述上足辊的正上方；
持续获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段运行时的实时距离L实，并确定偏移值ΔL，ΔL＝L实-L基；
若ΔL≤l1且该数值关系持续时间大于t0，则指示检查所述上足辊的润滑情况，l1为第一判断阈值；
若l2＜ΔL≤l3，则指示于连铸机停机后调整对应于所述上足辊的辊缝直至l1＜ΔL≤l2，l2为第二判断阈值，l3为第三判断阈值；
若l3＜ΔL≤l4，则指示于连铸机停机后测量对应于所述上足辊的辊缝，若所述辊缝的测量值大于l3，则指示立即更换所述扇形段，l4为第四判断阈值；
若ΔL＞l4，则指示使连铸机立即停机并更换所述扇形段。
进一步地，l1＝0.05mm；l2＝0.5mm；l3＝1.5mm；l4＝3mm；t0＝30秒。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
于上足辊的正上方设置至少一个测量点，于测量点一一对应地设置非接触式测距仪，利用非接触式测距仪测量所述测量点与所述上足辊于所述扇形段上机前的最短距离L基、所述测量点与所述上足辊于所述扇形段运行时的实时距离L实，同时设置四个判断阈值，根据L实相对于L基的偏移值ΔL与l1、l2、l3、l4的数值关系准确判断扇形段足辊的运行状态及辊缝情况，为辊缝调整与扇形段更换维护提供可靠依据，满足连铸机连续生产过程的设备控制需要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的扇形段足辊状态监测装置的主视视图；
图2为图1中扇形段足辊状态监测装置的A-A剖视视图。
主要元件符号说明：
11-非接触式测距仪，12-定位套管，13-隔离环套，14-光纤，15-安装架，2-上框架，3-下框架，4-上足辊，41-芯轴，42-分节辊外筒，5-下足辊，6-轴承座，7-升降油缸，81-安装套筒，82-防尘罩，83-端盖，9-位移传感器。
具体实施方式
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请结合参阅图1～2，本实施例公开了扇形段足辊状态监测装置的一种具体构造，包括非接触式测距仪，非接触式测距仪用于测量测量点与上足辊之间的距离。其中，任一上足辊的正上方设置至少一个所述测量点，而非接触式测距仪一一对应地设置于测量点。可以理解，非接触式测距仪与上足辊不发生接触。
一般地，上足辊的中心轴位于水平面内，下足辊的中心轴位于另一水平面内，且上足辊与下足辊分别可绕自身的中心轴旋转。相应地，非接触式测距仪所测之值为测量点与上足辊的外周面顶点之间的距离。示范性地，测量点所在的铅垂线与上足辊的中心轴保持相交。
该测量方式属于对上足辊的空间位置的直接测量，相较于其他间接测量方式，可消除其他误差量的影响，具有显著的测量精度优势，实现对辊缝的精确测量。同时，该测量方式不受恶劣的高温环境的影响，适用于连铸机的高温生产环境，且能准确测量高温对足辊造成的热变形影响，测量精度高。
示范性地，非接触式测距仪为激光测距仪、红外测距仪或超声波测距仪。以激光测距仪为例，激光测距仪射出的激光到达上足辊的外周面，经上足辊的外周面反射返回至激光测距仪，实现距离测量。示范性地，非接触式测距仪设置于上框架上。
示范性地，当一上足辊的正上方设置多个测量点时，多个测量点位于不同的铅垂线上，实现多点测量目的而进一步提升测量精度。示范性地，多个测量点沿上足辊的轴向依次分布。进一步地，多个测量点沿上足辊的轴向依次等距分布。
示范性地，上足辊包括芯轴及沿轴向依次设置于芯轴上的多个分节辊外筒。其中，任一分节辊外筒的正上方设置至少一个测量点，实现对上足辊的各分节辊外筒的位置测量。类似地，下足辊可具有与上足辊相同的结构形式。
示范性地，扇形段足辊状态在线监测装置还包括定位套管。其中，定位套管设置于上框架上并位于上足辊的正上方。定位套管与非接触式测距仪数量相等，非接触式测距仪一一对应地设置于定位套管的管腔内，定位套管的管腔之下端开口与上足辊保持正对。
定位套管对非接触式测距仪实现结构保护，并为非接触式测距仪的测量介质(例如激光)提供较为洁净的传播环境，保证非接触式测距仪的测量精度，克服恶劣检测环境(如二冷水，保护渣、氧化铁皮等杂物影响)的影响。此外，定位套管可实现非接触式测距仪的精确定位，使测量介质较为精确地沿预设方向传播。另外，定位套管与非接触式测距仪套设为一体，可便于实现快速于扇形段上的快速拆装更换，提高维护操作效率。示范性地，定位套管具有圆柱管外形，圆柱管的中心轴沿铅垂方向延伸并与上足辊的中心轴保持相交。
示范性地，定位套管的管腔之下端开口与上足辊的外周面之间的距离为0.5～1mm。该设计一方面可防止对上足辊的转动运动造成干涉阻碍，另一方面可防止粉尘或杂物进入定位套管之内、定位套管与上足辊的外周面之间，使测量介质的传播路径不受阻挡，保证非接触式测距仪的顺利测量。
示范性地，定位套管的管腔之下端开口开设于定位套管的下端面上，定位套管的下端面为圆弧面，圆弧面的中心轴与上足辊的中心轴重合，使定位套管的下端面与上足辊的外周面更为贴合，进一步压缩二者之间的空间大小，减少杂物粉尘进入的风险。
示范性地，述扇形段足辊状态在线监测装置还包括隔离环套，隔离环套设置于上框架上，定位套管的管腔之下端开口套设于隔离环套的内部，隔离环套与上足辊之间互不接触。隔离环套进一步隔绝定位套管的管腔之下端与周围环境，亦即使定位套管的下端面与上足辊的外周面之间的空间隔绝于周围环境，进一步提升测量介质的传动环境的洁净度，保证测量精度。
示范性地，非接触式测距仪的测量结果通过光纤对外输出，提高传输速率与保真度。示范性地，定位套管通过安装架安装于上框架上。示范性地，光纤套设于安装架的内腔之中。
本实施例一并公开一种连铸机，包括扇形段及以上所介绍的扇形段足辊状态监测装置。其中，扇形段包括上框架与下框架，上框架上设有多个上足辊，下框架上设有多个下足辊，上足辊与下足辊数量相等并一一对应。
示范性地，扇形段还包括升降油缸。升降油缸一端连接上框架，另一端连接下框架，用于调整上框架与下框架之间的距离。示范性地，升降油缸的缸体与上框架固定，活塞杆与下框架固定。示范性地，升降油缸通过端盖与上框架固定连接。
示范性地，扇形段还包括位移传感器。位移传感器设置于升降油缸与上框架的连接端，用于感测升降油缸的伸缩行程，为控制升降油缸的运动行程提供依据，从而实现对上框架与下框架之间距离的精确控制。例如，位移传感器设置于端盖上。
示范性地，扇形段还包括安装套筒。升降油缸接近下框架的一端套设于安装套筒内，实现洁净保护目的。示范性地，安装套筒通过防尘罩与上框架连接，升降油缸套设于防尘罩内，进一步实现绝尘防护目的。
如前所述，上足辊包括多个分节辊外筒时，上框架上设有轴承座，各分节辊的两端分别支撑于轴承座上。类似地，下框架上亦可设有轴承座，用于支撑具有多个分节辊外筒的下足辊。
实施例2
请结合参阅图1～2，本实施例公开了一种扇形段足辊故障诊断方法，利用实施例1公开的扇形段足辊状态在线监测装置，该故障诊断方法包括以下步骤：
步骤A：获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段上机前的最短距离L基，所述测量点位于所述上足辊的正上方。即扇形段上机工作前，使上足辊绕自身中心轴旋转，同时利用非接触式测距仪测量测量点与上足辊的外周面之间的距离，其中的最小值即为最短距离L基，该值亦为基准值。
步骤B：持续获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段运行时的实时距离L实，并确定偏移值ΔL，ΔL＝L实-L基。可以理解，在扇形段的整个运行过程，对任一上足辊，均连续不断地监测并获取实时距离L实。随着运行时间的变化，ΔL随之可能发生变化。于实际工况中，ΔL一般为正值。
步骤C：判断ΔL与l1、l2、l3、l4的数值关系，并相应作出指示，实现对应的故障诊断及提示，指示系统或操作人员进行处理。
(1)若ΔL≤l1且该数值关系持续时间大于t0，则指示检查所述上足辊的润滑情况。其中，l1为第一判断阈值。该情况表明所述上足辊可能因润滑不良已停止转动，需要检查润滑情况。如润滑不良，则需对扇形段进行更换。示范性地，l1＝0.05mm。示范性地，t0＝30秒。
(2)若l1＜ΔL≤l2，扇形段运行正常；
(3)若l2＜ΔL≤l3，则指示于连铸机停机后调整对应于所述上足辊的辊缝直至l1＜ΔL≤l2。其中，l2为第二判断阈值，l3为第三判断阈值。示范性地，l2＝0.5mm。示范性地，l3＝1.5mm。
(4)若l3＜ΔL≤l4，则指示于连铸机停机后测量对应于所述上足辊的辊缝，若所述辊缝的测量值大于l3，则指示立即更换所述扇形段。其中，l4为第四判断阈值。示范性地，l4＝3mm。
(5)若ΔL＞l4，则指示使连铸机立即停机并更换所述扇形段。
上述故障诊断方法给出了具体的处理步骤与判断标准，可准确地判断故障类型并给出相应处理指示，实现辊缝的可靠调整与扇形段的及时更换，保证运行性能。补充说明，上述数值关系判据，由发明人研究发现，能够准确反映足辊的位置变动与辊缝的变化。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.扇形段足辊故障诊断方法，利用扇形段足辊状态在线监测装置，扇形段包括上框架与下框架，所述上框架上设有多个上足辊，所述下框架上设有多个下足辊，所述上足辊与所述下足辊数量相等并一一对应，对应的上足辊与下足辊之间的距离为辊缝，其特征在于，所述扇形段足辊状态在线监测装置包括非接触式测距仪，所述非接触式测距仪用于测量测量点与所述上足辊之间的距离，任一所述上足辊的正上方设置至少一个所述测量点，所述非接触式测距仪一一对应地设置于所述测量点，所述扇形段足辊故障诊断方法包括：
获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段上机前的最短距离
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，所述测量点位于所述上足辊的正上方；
持续获取所述测量点与所述上足辊于所述扇形段运行时的实时距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，并确定偏移值
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE010
且该数值关系持续时间大于
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，则指示检查所述上足辊的润滑情况，l 1为第一判断阈值；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，则指示于连铸机停机后调整对应于所述上足辊的辊缝直至
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，l 2为第二判断阈值，l 3为第三判断阈值；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，则指示于连铸机停机后测量对应于所述上足辊的辊缝，若所述辊缝的测量值大于l 3，则指示立即更换所述扇形段，l 4为第四判断阈值；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，则指示使连铸机立即停机并更换所述扇形段；
所述扇形段足辊状态在线监测装置还包括定位套管，所述定位套管设置于所述上框架上并位于所述上足辊的正上方，所述定位套管与所述非接触式测距仪数量相等，所述非接触式测距仪一一对应地设置于所述定位套管的管腔内，所述定位套管的管腔之下端开口与所述上足辊保持正对；
所述扇形段足辊状态在线监测装置还包括隔离环套，所述隔离环套设置于所述上框架上，所述定位套管的管腔之下端开口套设于所述隔离环套的内部，所述隔离环套与所述上足辊之间互不接触。
2.根据权利要求1所述的扇形段足辊故障诊断方法，其特征在于，所述非接触式测距仪为激光测距仪、红外测距仪或超声波测距仪。
3.根据权利要求1所述的扇形段足辊故障诊断方法，其特征在于，当所述上足辊的正上方设置多个测量点时，所述多个测量点位于不同的铅垂线上；所述多个测量点沿所述上足辊的轴向依次分布。
4.根据权利要求1所述的扇形段足辊故障诊断方法，其特征在于，所述上足辊包括芯轴及沿轴向依次设置于所述芯轴上的多个分节辊外筒，任一分节辊外筒的正上方设置至少一个测量点。
5.根据权利要求1所述的扇形段足辊故障诊断方法，其特征在于，所述定位套管的管腔之下端开口与所述上足辊的外周面之间的距离为0.5~1mm；所述定位套管的管腔之下端开口开设于所述定位套管的下端面上，所述定位套管的下端面为圆弧面，所述圆弧面的中心轴与所述上足辊的中心轴重合。
6.根据权利要求1所述的扇形段足辊故障诊断方法，其特征在于，所述非接触式测距仪的测量结果通过光纤对外输出。
7.根据权利要求1所述的扇形段足辊故障诊断方法，其特征在于，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
。
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