炉顶探尺电机编码器运行硬件故障分析与改进.pdf

年 月 第一期 炉顶探尺电机编码器运行硬件故障分析与改进刘 超 毛 吉 何 枰 梅 盛 岑家贵(宁波钢铁有限公司 浙江)摘 要:宁钢炼铁厂高炉炉内料线位置依靠炉顶平台的三台机械探尺进行检测在探尺变频电机后轴上通过联轴器联接一件增量型编码器来检测探锤下放深度这个变化量通过编码器转换成电信号传给译码器再转换成模拟量来显示 时常会因电机频繁高速正反旋转造成联轴器断裂或轴套松动而导致编码器检测信号错误引起变频器报故障停机而中断炉内放料操作 本文对降低联轴器故障率及如何节省检修时间进行研究和改进关键词:探尺编码器联轴器软连接件支架 前言炼铁高炉的机械探尺是用于检测炉内料面的设备其配套的电机前端与减速机高速轴相连电机的后端连着增量型旋转编码器 探锤带动链条下放的长度值与电机旋转的圈数变化值成正比通过绝对值编码器来检测卷筒旋转角度和圈数将结果转换成模拟量的电信号传输给译码器译码器将编码信号破解显示也就测得探锤下放的深度以此来掌握炉内料面的情况 但是高炉现有探尺电机整体及联轴器的设计、选型等方面存在缺陷导致探尺故障频繁须深入分析原因并对症施策进行处理 编码器支架的现状与改进.编码器支架现状电机出厂自带的编码器安装支架检修作业孔较小且软连接两端的电机轴和编码器轴都采用 内六角螺钉紧固且小内六角扳手受力困难检修空间紧凑难以紧固检修作业时间过长影响设备投用即使改进后的新支架也是有一小半的封闭仍然做不到编码器螺钉孔在任意位置均可紧固且半封闭对于此种传动轴心对中是一种挑战 如果采用内六角扳手和活动扳手或钢丝钳配合强力紧固反而容易紧固过度导致螺纹滑丝松动甚至下次更换拆卸时无法退出螺钉而只能强制拆除并报废部件 电机后轴端长度只有 软连接紧固螺钉与圆轴接触位置靠近轴的边缘易滑出 其它弊端多见于高速旋转时、抱闸松紧振动、抱闸自身发热和天气高低引起的热膨胀及冷收缩等恶劣的环境之中 紧固使用的 内六角螺钉依然使用普通铁质螺钉而铁制螺钉在这样的环境下极易松动导致编码器故障频繁致使探尺可能在探查料面时出现故障无法操作进而中断炉顶放料作业.安装支架改进支架只是用于安装固定旋转编码器因编码器重量较轻甚至无需支架所以我们将现有的支架形状进行了空心化处理如图 所示其结构方便安装和调试编码器在保证设备功能不发生改变和影响设备正常运行情况下极大的缩短了安装调试所需要的工作时间 有效的节省了人力成本和检修时长 同时修正了轴向偏差值对延长编码器连轴器寿命有良好作用 且此结构利于电磁抱闸散热在安装和点检过程中提供了更好的安装或者观察空位同时也更节省材料 电机侧我们将内孔放大方便安装 年 月 第一期图 软连接件及支架改进 联轴器的弊端.联轴器现状探尺电机初始设计中电机轴与编码器轴通过铝合金软连接件联接但联轴器在每批放料探料面这个循环中联轴器至少承受 次动量冲击即提尺、放尺提尺动作需要电机高速正旋而放尺需要电机反向旋转带动铝合金软连接件受力向内收缩或向外扩张软连接件频繁承受这两个方向力矩的作用 而工艺生产平均每 放一次料 在如此强度的动作下选用的铝合金材质的联轴器因不能满足如此高强度的工况时常发生断裂造成编码器运行故障图 为联轴器异常断裂图 这样的软连接无吸能缓冲作用一旦金属达到疲劳极限就会导致软连接件的损坏失效只相当于正常寿命六分之一 检修作业更换所投入的备件和人力成本居高不下故障处理也会影响高炉生产作业导致设备空转以及链接高炉发电的 发电产量缩减等影响图 异常断裂的联轴器.联轴器工作时受力分析及故障原因探尺软连接共使用了两种使用较为普遍的软连接联轴器一种为波纹管式软连接联轴器另外一种为弹簧式软连接 波纹管式软连接联轴器在连接探尺电机与增量型编码器工作时会承受来自运行过程中的扭力、编码器和电机轴不对中的角应力、两轴之间的拉应力、螺钉紧固产生的紧固力)角应力多能满足现场设备安装运行现场测量安装角符合设计安装应用角度 但是仍然存在特殊情况当电机尾部支架设计为图 时就会出现图中状况联轴器安装角超出其设计安装角度联轴器承受过大角应力遭到破坏)联轴器与两轴通过螺钉固定 两轴之间存在拉应力以及螺钉作用在两侧的两个毂上面所产生的紧固力 其主要会出现问题的是在施加扭矩紧固过程中扭矩超过铝合金材料屈服强度使得铁质螺钉在既有的螺孔中打滑无法进一步加大紧固力成为一次性使用设备从而降低设备使用效率增加检修成本)联轴器运行中承受的额定转矩可通过以下公式求得:()./.其中电机功率 为.电机转速 为/过大的转矩可能会导致联轴器疲劳断裂使用寿命大大降低因为联轴器材质和形状不同应用方向和场景都有很大不同 所以这里我们选两款较为较为常用的不同形式和材质的联轴器 作为电机速度反馈的编码器将依靠它和我们电机建立同步转动联系 图 为波纹管式联轴器多选用铝材作为材料制作而成 其优点也显然易见体积小、容易安装、容易加工、结构简单紧凑、传动响应快、传动精度高 目前我们通用和厂家配送到货的基本安装方式多为顶丝安装方式 目前出现故障主要有两种:一种是顶丝滑丝脱出失去固定作用产生的传动速度失灵第二种则是波纹管直接断裂不能实现传动 年 月 第一期炉顶探尺电机编码器运行硬件故障分析与改进 图 弹性波纹管联轴器结构图 为斜线型编码器联轴器其特点与波纹管式联轴器基本相同但是又存在少许区别 斜线形联轴器多用在扭矩要求不高连接响应要求不严温度不高转速不大的情况图 斜线型编码器联轴器.联轴器软连接件功能改进成套设备到厂配备的联轴器多数在 到 个月内断裂 首先通过分析目前连轴器的轴向偏差、角向偏差以及分解偏差值是否在所选联轴器控制要求范围内 首先轴向偏差不在要求范围内其次角向偏差 台勉强在允许范围内但均大于角向偏差值 我们通过改进尾部编码器支架解决了轴向偏差值让联轴器寿命有所延长但是软连接的抗冲击系数、联轴器承受转矩以及回转数、负载系数、工作的环境温度等未做细致考量导致所选联轴器在抗冲击和高温环境时不能满足现场生产需求 电机输出扭矩结合实际工况系数即为联轴器承受的动力峰值扭矩:查表工况系数:.联轴器实际容许扭矩 ()然而连轴器选型求必须达到联轴器将膨胀系数大的铁质顶丝螺杆更换为不锈钢材质的螺杆减少电磁铁对螺杆的干扰 鉴于市场选用的编码器联轴器使用情况较为不稳定现将 高炉设计的编码器联轴器进行改良改进增加编码器连轴器的合理性和可靠性.软连接件替代联轴器图 是 高炉原设计的软连接器但是存在不足之处 首先大的铝盘虽然满足了手工制作安装方便但是增加了惯性扭矩同时单螺杆固定的形式可导致部分传动差也增加了故障点同时设计过于复杂安装片有三片固定点则达到了 个点一旦固定点出现松动等都将引起编码器故障图 第一代软连接编码器改进后的软连接片采用软塑 材料但是夏季受热变软冬季又变硬发脆同时靠近电磁抱闸侧的部分受抱闸热量辐射出现碳化发硬现象根据使用情况来看多数情况下都是高温侧出现断裂于是我们改进连接片结构成 字型并且从新选择夹布交进行加工固定更新设计的编码器如图 所示图 更新设计的编码器.软连接件螺纹孔加工原采购的线性弹性连轴器以及后改进选型后的波纹管式连轴器均为顶丝结构且只有一只顶丝存在固定单一力矩较小 在高速轴启动时承受力矩有限有滑出以及松动后出现报故障的情况 同时也存在安装过程中将顶丝顶在编码器的圆轴面上一旦出现滑动那么将失去整个固定力矩也就出现了传动失效 在以上两个因素作用下迫使在链接链接件的旋转力矩输入轴以及链接件的输出轴增加攻丝螺纹孔螺纹孔的孔径以及孔深与原螺纹顶丝孔一致 同时要求至少有一面顶丝固定在编码器轴伸端平面之上以确保即使出现滑动和松动也不至于完全失去固定力矩以及固定 年 月 第一期效果 但此固定方法亦有弊端即正常运行一定时间之后顶丝螺纹在反复的冲击和震动之下会出现自然松动 如不复紧增加固定力矩顶丝松出后也会出现传动失效由此参考步进和伺服传动设计采用抱紧或者涨紧式应力结构既能来防松动又能避免出现滑动且传动位置更准确但波纹和线性联轴器扭矩就不太够用 所以需要选择抗扭和能吸收扭矩冲击弹性材料作为传动件 改进效果验证探尺电机编码器安装支架及软连接件改进替换后日常点检紧固作业只需探尺停用数分钟即可完成更换备件等检修时间也比以前缩短很多探尺编码器故障率下降明显表、分别为改进前、后探尺编码器故障记录统计:表 改进前一年故障记录定修周期故障次数 检修时间/影响单一探尺放料时间/.改进后对探尺编码器故障判断和抢修有着明显的改善表 改进后一年内故障记录定修周期故障次数 检修时间/影响单一探尺放料时间/.结语影响探尺故障的主要因素是探尺编码器支架设计存在缺陷且联轴器选型不合理 探尺软连接理应设计具有弹性吸收的联轴器进行链接和传动以适应频繁的高速正反转启停联轴器改进后经过四个定修周期的验证由其引起的探尺编码器故障为零且极大地改善了日常点检和不解体维护的便利性改进效果极佳可以在 高炉探尺系统上推广应用参考文献王建华赵明生.电气工程师手册.北京:机械工业出版社.李正吾赵文瑜.新电工手册.安徽:科学技术出版社.收稿日期:(上接第 页)增设备将含重金属的表面处理污泥 预处理压块或制球入炉冶炼处理表面处理废物/占整个矿石消耗比例.占比极小全()成分波动在.左右在原料波动范围要求以内 产出物经过化验产物水渣、干渣、冲渣水、煤气除尘灰、槽下除尘灰等达到 脱危和无害化要求 因此利用高炉冶炼过程中的高温()还原对含重金属的表面处理污泥 进行无害化处理达到含重金属的表面处理污泥 入高炉协同处置要求浙江省工业设计研究院、浙江省环保集团、宁波钢铁有限公司充分利用钢铁联合企业现有工艺系统积极开发钢铁企业工业窑炉处置危险废物技术和工艺解决城市危废处置难题为国家“无废城市”作出自己贡献参考文献张垒赵春辉林义等.钢铁高温窑炉协同处置危险废物探讨.中国资源综合利用():.夏盛童敏封羽涛.钢厂协同处置城市固体废弃物的实践与探索.广州化工():.收稿日期: