冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置及方法與流程

2023-06-16 10:29:01

本發明涉及冷矯直機萬向軸運動檢測與控制的技術，尤其是指一種冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置及方法。

背景技術：

在鋼鐵生產中，冷矯直機用於對在加工中的鋼板進行矯直操作，從而使鋼板變得平整，以滿足出廠需要。厚板(5M)冷矯直機的主要作用是對大規格高強度的鋼板進行矯直，因此，矯直力和扭矩都比一般冷矯直機有明顯增強，主傳動功率提高了130％，相應的，與矯直輥連接的萬向軸(如圖1所示的萬向軸3)的強度和硬度要適應新的要求。如果超過此極限值，則會造成不可預期的後果。在生產實踐中也發生過此類冷矯直機的萬向軸斷裂的惡性事故，造成較長時間的停機。對於生產印度管線鋼來說，這種大扭矩的情況會經常發生，雖然通過模型優化可以適當降低一些萬向軸的輸出力矩，但是大力矯直的情況還是難以避免，批量的高強鋼矯直，帶來較長時間的高力矩作用，導致萬向軸產生疲勞損傷，往往在還未達到最高扭矩報警位就發生了斷裂事故，嚴重影響了正常生產秩序，並事發後還需一筆昂貴的搶修費用。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術存在的問題，提供一種冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置及一種冷矯直機主傳動萬向軸保護方法，能夠使矯直機在對厚板進行大力矩矯直的情況下，減少或避免矯直機的萬向軸損壞的現象發生。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置，其由力矩檢測系統，運行檢測系統，PLC控制器，主傳動控制系統及報警系統組成；

所述力矩檢測系統是檢測冷矯直機主傳動萬向軸運行時輸出力矩信號的系統，輸出萬向軸力矩信號，其包含在主傳動中主電機的變頻器控制系統內；

所述運行檢測系統是檢測冷矯直機主傳動運行狀態信號的系統，其輸出主傳動運行狀態信號，所述主傳動運行狀態信號包括輸出軸運行狀態信號及萬向軸運行狀態信號，所述運行檢測系統包含輸出軸限位檢測器，輸出軸限位感應塊，萬向軸限位檢測器及萬向軸限位感應塊；所述輸出軸限位感應塊和輸出軸限位檢測器匹配使用，使輸出軸限位檢測器輸出輸出軸運行狀態信號；所述萬向軸限位感應塊和萬向軸限位檢測器匹配使用，使萬向軸限位檢測器輸出萬向軸運行狀態信號；

所述PLC控制器是接收力矩檢測系統與運行檢測系統的輸出信號並對該兩信號進行實時判斷及處理後輸出實時控制信號的控制器；

所述主傳動控制系統配置在電氣操作室內，是控制冷矯直機主傳動運行的系統，其輸入端連接到PLC控制器的輸出端，接收PLC控制器的實時控制信號；

所述報警系統是對PLC控制器處理結果判定冷矯直機主傳動萬向軸發生故障時進行報警的設備，安裝在電氣操作室內，其輸入端與PLC控制器的輸出端連接，其輸出端連接到主傳動控制系統的冷矯操作顯示器。

所述輸出軸限位感應塊和輸出軸限位檢測器匹配使用，使輸出軸限位檢測器輸出輸出軸運行狀態信號的具體結構為：

所述輸出軸限位檢測器採用電感式接近開關，安裝在主電機齒輪箱的輸出軸一側的傳動側，其檢測頭面向主電機輸出軸，該電感式接近開關採用型號為西門子PXI400的PNP型常開式電感式接近開關，其為直徑5mm的圓柱形結構；

所述輸出軸限位感應塊是鐵塊，焊接在主電機輸出軸上，並在主電機輸出軸旋轉到輸出軸限位感應塊與輸出軸限位檢測器的檢測頭最接近時存在一個感應距離，該感應距離為1.5CM，主電機輸出軸每旋轉一周，使輸出軸限位檢測器輸出一個表示主電機輸出軸運行的脈衝電信號。

所述萬向軸限位感應塊和萬向軸限位檢測器匹配使用，使萬向軸限位檢測器輸出萬向軸運行狀態信號的具體結構為：

所述萬向軸限位檢測器採用電感式接近開關，安裝在主電機齒輪箱有輸出軸的一側的輥子側，其檢測頭面向與主電機輸出軸連接的萬向軸上，萬向軸另一端連接矯直輥，該電感式接近開關採用型號為西門子PXI400的PNP型常開式電感式接近開關，其為直徑5mm的圓柱形結構；

所述萬向軸限位感應塊是鐵塊，焊接在萬向軸上，並在萬向軸旋轉到萬向軸限位感應塊與萬向軸限位檢測器的檢測頭最接近時存在一個感應距離，本實施例的感應距離為1.5CM，萬向軸每旋轉一周，使萬向軸限位檢測器輸出一個表示萬向軸運行的脈衝電信號。

所述報警系統的輸出端還與一個安裝在電氣操作室內的紅色閃爍燈連接。

本發明的另一目的是通過以下技術方案實現的：

一種使用上述冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置進行冷矯直機主傳動萬向軸保護方法，其特徵在於包含以下步驟：

S1，利用力矩檢測系統檢測冷矯直機主傳動萬向軸運行時的輸出力矩，得到萬向軸力矩信號；

S2，利用運行檢測系統檢測冷矯直機主傳動的運行狀態，得到主傳動運行狀態信號，所述主傳動運行狀態信號包含輸出軸運行狀態信號及萬向軸運行狀態信號，該步驟具體包含：

S21，利用輸出軸限位檢測器及輸出軸限位感應塊檢測主電機輸出軸的運行狀態，得到所述輸出軸運行狀態信號；

S22，利用萬向軸限位檢測器及萬向軸限位感應塊檢測萬向軸的運行狀態，得到所述萬向軸運行狀態信號；

S3，將步驟S1與S2測得的萬向軸輸出力矩信號及主傳動運行狀態信號輸入到PLC控制器，進行邏輯判斷及處理，該步驟具體包含：

S31，PLC控制器對輸入的主傳動運行狀態信號進行邏輯判斷及處理，如果判斷結果主傳動運行狀態發生故障，PLC控制器向報警系統發出報警信號，使冷矯操作顯示器的操作畫面上進行故障顯示，同時PLC控制器向主傳動控制系統發出停止主傳動運轉信號，主傳動停止運行，排除故障後重新從步驟S1開始上述過程；

S32，PLC控制器對輸入的萬向軸力矩信號進行邏輯判斷及處理，如果判斷結果萬向軸力矩超過設定的力矩上限值時稱為出現大力矩，此時PLC控制器控制主電機速度降低，使其轉速變慢，如果還出現大力矩，表示發生故障，PLC控制器向報警系統發出報警信號，使冷矯操作顯示器的操作畫面上進行故障顯示，同時觸發冷矯直機設備的快開保護功能，使矯直輥自動抬升，脫離鋼板接 觸，排除故障後繼續該步驟。

S311，PLC控制器對輸入的輸出軸運行狀態信號進行邏輯判斷及處理：主電機輸出軸每旋轉一周，PLC控制器將接收一個輸出軸旋轉的脈衝信號，表示主電機輸出軸旋轉正常，如果在主電機輸出軸規定旋轉5次的時間內PLC控制器判定未接收到一個輸出軸旋轉的脈衝信號，表示主電機輸出軸發生故障，PLC控制器向報警系統發出報警信號，由報警系統對主傳動控制系統的冷矯操作顯示器的操作畫面上進行故障顯示，同時PLC控制器向主傳動控制系統發出停止主傳動運轉信號，由主傳動控制系統控制主傳動停止運行，報警後檢查主電機輸出軸狀態，待主電機輸出軸正常後恢復生產，重新從步驟S1開始上述過程；

S312，PLC控制器對輸入的萬向軸運行狀態信號進行邏輯判斷及處理：萬向軸每旋轉一周，PLC控制器將接收一個萬向軸旋轉的脈衝信號，表示萬向軸旋轉正常，如果在萬向軸規定旋轉5次的時間內PLC控制器判定未接收到一個萬向軸旋轉的脈衝信號，表示萬向軸發生故障，PLC控制器向報警系統發出報警信號，由報警系統進行操作畫面的故障顯示，同時PLC控制器向主傳動控制系統發出停止主傳動運轉信號，由主傳動控制系統控制主傳動停止運行，報警檢查萬向軸狀態，待萬向軸正常後恢復生產，重新從步驟S1開始上述過程。

所述步驟S32具體包含：

在PLC控制器內設置萬向軸力矩輸出的上限值，如果判斷結果萬向軸力矩超過設定的力矩上限值時稱為出現大力矩，PLC調整主電機旋轉速度的參考值，並將此信號發送主傳動控制系統，控制主電機速度降低，使其轉速變慢，如果大力矩一直保持的話，在超過5S後就觸發冷矯直機設備的快開保護功能，使矯直輥自動抬升，脫離鋼板接觸，並檢查現場狀態，消除現場引起大力矩的故障，繼續本步驟，如果現場無異常，繼續出現大力矩，表示該鋼板不能矯直或者需要模型優化，此時需停止主傳動運行，進行相應處理。

所述報警系統在故障發生時還發出紅色閃爍燈閃爍信號。

本發明的有益效果：

本發明的冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置及方法是一種對厚板進行大力矩矯直的矯直機的主傳動萬向軸進行保護的自動控制技術，克服了現有矯直機萬向軸設備保護中存在的缺陷。本發明能夠使矯直機在對厚板進行大力矩矯直的 情況下，減少或避免矯直機中萬向軸損壞的現象發生，保證了萬向軸的安全運行，保證了其能夠長期在強震動，高負荷的狀態下正常工作，同時又避免了矯直機惡性事故的發生，保證了整個矯直機械設備能夠正常穩定的運行，提高了生產效率並降低了生產成本。本裝置在試驗階段未發生過斷軸故障，使用效果很好。

為進一步說明本發明的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發明進行詳細說明。

附圖說明

圖1為本發明冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置中運行檢測系統的結構示意圖；

圖2為本發明冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例的附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。

參見圖2，本發明的冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置，由力矩檢測系統101，運行檢測系統102，PLC控制器103，主傳動控制系統104及報警系統105組成。

所述力矩檢測系統101是檢測冷矯直機主傳動萬向軸運行時輸出力矩信號的系統，其輸出萬向軸力矩信號，由於本發明主傳動中主電機的運行是由變頻器進行變頻控制，而在變頻器內有電流環控制和速度環控制，力矩的檢測是通過主電機電流大小進行換算得到的，因此，本發明所述力矩檢測系統101包含在主傳動中主電機的變頻器控制系統內。

所述運行檢測系統102是檢測冷矯直機主傳動運行狀態信號的系統，其輸出主傳動運行狀態信號，所述主傳動運行狀態信號包括輸出軸運行狀態信號及萬向軸運行狀態信號，參見圖1，運行檢測系統102包含輸出軸限位檢測器4，輸出軸限位感應塊41，萬向軸限位檢測器5及萬向軸限位感應塊51；

所述輸出軸限位檢測器4採用電感式接近開關，安裝在主電機齒輪箱1的輸出軸一側的傳動側，其檢測頭面向主電機輸出軸2，該電感式接近開關是用於非接觸檢測金屬物體的一種檢測器，本實施例使用的是型號為西門子PXI400的 電感式接近開關，其為圓柱形結構，直徑為5mm，此類接近開關分為PNP型(常開式，無感應物體不吸合)和NPN型(常閉式，無感應物體吸合)，本實施例採用的是PNP型常開式3線制接近開關，有1個常開觸點，工作電壓是10～30VDC，工作電流達200mA。

所述輸出軸限位感應塊41是鐵塊，焊接在主電機輸出軸2上，並在主電機輸出軸2旋轉到輸出軸限位感應塊41與輸出軸限位檢測器4的檢測頭最接近時存在一個感應距離，本實施例的感應距離為1.5CM；輸出軸限位感應塊41和輸出軸限位檢測器4匹配使用，使輸出軸限位檢測器4輸出輸出軸運行狀態信號：當主電機輸出軸2旋轉一周，輸出軸限位感應塊41感應塊會使輸出軸限位檢測器4感應一次，輸出軸限位檢測器4輸出一個脈衝信號(即，當輸出軸限位感應塊41與輸出軸限位檢測器4在1.5CM內，常開式接近開關吸合，輸出軸限位檢測器4的輸出從0變為1，當二者超過1.5CM，則常開式接近開關斷開，輸出軸限位檢測器4的輸出從1變為0，此吸合時間很短，因此，主電機輸出軸2每旋轉一周，使輸出軸限位檢測器4輸出一個表示主電機輸出軸2運行的脈衝電信號)，然後通過ET200站輸入到PLC系統內。

所述萬向軸限位檢測器5採用與輸出軸限位檢測器4相同的電感式接近開關，安裝在主電機齒輪箱1有輸出軸的一側的輥子側，其檢測頭面向與主電機輸出軸2連接的萬向軸3上，所述萬向軸3一端連接主電機輸出軸2，另一端連接矯直輥；

所述萬向軸限位感應塊51採用與輸出軸限位感應塊41同樣的鐵塊，焊接在萬向軸3上，並在萬向軸3旋轉到萬向軸限位感應塊51與向軸限位檢測器5的檢測頭最接近時存在一個感應距離，本實施例的感應距離為1.5CM；與上述輸出軸限位感應塊41和輸出軸限位檢測器4匹配使用同樣，萬向軸限位感應塊51和萬向軸限位檢測器5也是匹配使用，使萬向軸限位檢測器5輸出萬向軸運行狀態信號：當萬向軸3每旋轉一周，使萬向軸限位檢測器5輸出一個表示萬向軸3運行的脈衝電信號。

所述PLC控制器103是接收力矩檢測系統101與運行檢測系統102的輸出信號並對該兩信號進行實時判斷及處理後輸出實時控制信號的控制器。

所述主傳動控制系統104配置在電氣操作室內，是控制冷矯直機主傳動運 行的系統，本發明中，主傳動控制系統104的輸入端連接到PLC控制器103的輸出端，接收PLC控制器103的實時控制信號。

所述報警系統105是對PLC控制器103處理結果判定冷矯直機主傳動萬向軸發生故障時進行報警的設備，安裝在電氣操作室內，其輸入端與PLC控制器103的輸出端連接，其輸出端連接到主傳動控制系統104的冷矯操作顯示器(未圖示，其顯示冷矯操作狀態的畫面，操作人員需經常操作此畫面，因此可及時發現冷矯直機主傳動萬向軸的故障顯示)，同時其輸出端還與一個安裝在電氣操作室內的紅色閃爍燈連接，發生故障時可以進一步提醒操作人員注意。

利用上述冷矯直機主傳動萬向軸保護裝置進行冷矯直機主傳動萬向軸保護方法包含以下步驟：

S1，利用力矩檢測系統檢測冷矯直機主傳動萬向軸運行時的輸出力矩，得到萬向軸力矩信號；

S2，利用運行檢測系統檢測冷矯直機主傳動的運行狀態，得到主傳動運行狀態信號，所述主傳動運行狀態信號包含輸出軸運行狀態信號及萬向軸運行狀態信號，該步驟具體包含：

S21，利用輸出軸限位檢測器及輸出軸限位感應塊檢測主電機輸出軸的運行狀態，得到所述輸出軸運行狀態信號；

S22，利用萬向軸限位檢測器及萬向軸限位感應塊檢測萬向軸的運行狀態，得到所述萬向軸運行狀態信號；

S3，將步驟S1與S2測得的萬向軸輸出力矩信號及主傳動運行狀態信號輸入到PLC控制器，進行邏輯判斷及處理，該步驟具體包含：

S31，PLC控制器對輸入的主傳動運行狀態信號進行邏輯判斷及處理，如果判斷結果主傳動運行狀態發生故障，PLC控制器向報警系統發出報警信號，使冷矯操作顯示器的操作畫面上進行故障顯示，同時PLC控制器向主傳動控制系統發出停止主傳動運轉信號，主傳動停止運行，排除故障後重新從步驟S1開始上述過程；

S311，PLC控制器對輸入的輸出軸運行狀態信號進行邏輯判斷及處理：主電機輸出軸每旋轉一周，PLC控制器將接收一個輸出軸旋轉的脈衝信號，表示主電機輸出軸旋轉正常，如果在主電機輸出軸規定旋轉5次的時間內PLC控制 器判定未接收到一個輸出軸旋轉的脈衝信號，表示主電機輸出軸沒有正常工作，發生故障，存在危險，PLC控制器向報警系統發出報警信號，由報警系統進行操作畫面的故障顯示及紅色閃爍燈閃爍報警信號，同時PLC控制器向主傳動控制系統發出停止主傳動運轉信號，由主傳動控制系統控制主傳動停止運行，報警後需要人工現場檢查主電機輸出軸狀態，待主電機輸出軸正常後恢復生產，重新從步驟S1開始上述過程；

S312，PLC控制器對輸入的萬向軸運行狀態信號進行邏輯判斷及處理：萬向軸每旋轉一周，PLC控制器將接收一個萬向軸旋轉的脈衝信號，表示萬向軸旋轉正常，如果在萬向軸規定旋轉5次的時間內PLC控制器判定未接收到一個萬向軸旋轉的脈衝信號，表示萬向軸沒有正常工作，發生故障，存在危險，PLC控制器向報警系統發出報警信號，由報警系統進行操作畫面的故障顯示及紅色閃爍燈閃爍報警信號，同時PLC控制器向主傳動控制系統發出停止主傳動運轉信號，由主傳動控制系統控制主傳動停止運行，報警後需要人工現場檢查萬向軸狀態，待萬向軸正常後恢復生產，重新從步驟S1開始上述過程；

S32，PLC控制器對輸入的萬向軸力矩信號進行邏輯判斷及處理，如果判斷結果萬向軸力矩超過設定的力矩上限值時稱為出現大力矩，此時PLC控制器控制主電機速度降低，使其轉速變慢，如果還出現大力矩，表示發生故障，PLC控制器向報警系統發出報警信號，使冷矯操作顯示器的操作畫面上進行故障顯示，同時觸發冷矯直機設備的快開保護功能，使矯直輥自動抬升，脫離鋼板接觸，排除故障後繼續該步驟，該步驟具體指：

PLC控制器對輸入的萬向軸力矩信號進行邏輯判斷及處理，在PLC控制器內設置萬向軸力矩輸出的上限值，到達這個上限值(出現大力矩)則不允許再加大萬向軸力矩輸出，需改用降低萬向軸旋轉速度來彌補(在PLC程序內實現，如果出現大力矩，PLC調整主電機旋轉速度的參考值，並將此此信號發送主傳動控制系統，控制主電機速度降低，使其轉速變慢，達到萬向軸旋轉速度下降的目的)，即：即使負載需要繼續增加萬向軸力矩，通過閉環控制使其不再增加(出現此種情況，PLC進入到恆力矩控制模式，使力矩不再增加)，如果大力矩一直保持的話，在超過一定時間(5S)後就觸發冷矯直機設備的快開保護功能(實現該功能的設備是現有技術，是針對冷矯直機設備保護而開發的一套設備， 其使矯直輥輥縫快速抬升，脫離和鋼板的接觸，達到快速釋放力的作用)，矯直輥自動抬升，脫離鋼板接觸，從而避免了因扭矩過大而導致萬向軸損壞的現象發生，大大降低了矯直機的故障率，在啟動冷矯直機設備的快開保護功能後，操作人員檢查現場狀態，消除現場引起大力矩的故障，繼續本步驟，如果現場無異常，那麼矯直此鋼板出現如此大的力矩，說明該鋼板不能矯直或者需要模型優化，此時需停止主傳動運行，進行相應處理。

本發明的實施從功能上彌補了現有矯直機萬向軸保護裝置存在的缺陷，保證了其能夠長期工作在強震動，高負荷狀態下的正常運行，同時又避免了矯直機惡性事故的發生，以保證生產正常穩定的運行。

綜上所述，本發明的冷矯直機萬向軸安全保護裝置，可在冷矯直機對鋼板進行矯直時，實時檢測萬向軸的運行是否出現異常，當矯直力矩達到一定值時，保護功能投入，從而避免了因較大力矩而使矯直機矯直萬向軸損壞的現象發生，大大降低了冷矯直機的故障率。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明的目的，而並非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求的範圍內。