作者：admin 來源： 日期：2018/7/6 17:33:25
由哈爾濱哈飛工業(yè)有限責(zé)任公司、江蘇永絎磨管集團有限公司、北京科技大學(xué)、天津市先導(dǎo)倍爾電氣有限公司（以下分別簡稱哈飛、永絎磨管、北科大、先導(dǎo)倍爾）協(xié)作攻關(guān)研發(fā)的達到國際先進水平的雙機架減定徑機組，于2015年12月8日在永絎磨管一次試產(chǎn)成功，至今已運行近3年，取得了明顯效果：終軋溫度由950℃降到850℃以下，細化了晶粒，提高了產(chǎn)品性能；終軋速度由85m/s提高到105m/s,生產(chǎn)效率提高20%；尺寸精度由±0.25mm提高到±0.10mm；穿水后盤條表面不生銹；達到了降本增效和升級換代的目的。
據(jù)哈飛雙機架減定徑機組項目第一完成人丁長文總工介紹，該機組共有六大創(chuàng)新點。
創(chuàng)新點一：結(jié)合國情領(lǐng)先國際的新潮設(shè)計
該項目結(jié)合國情，因地制宜并創(chuàng)新地提出了雙機架雙檔調(diào)速減定徑機組技術(shù)的設(shè)計思想，制造了國內(nèi)首套雙機架減定徑機組并在永絎磨管成功應(yīng)用，實現(xiàn)了低成本、高精度的線材軋制。
在國內(nèi)近500條高速線材生產(chǎn)線中，90%的產(chǎn)品規(guī)格為?準(zhǔn)5.5mm~?準(zhǔn)16mm，雙機架兩檔變速完全能滿足上述產(chǎn)品的連軋工藝要求。國外4機架減定徑機組為9檔以上變速，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)和功能過剩，故障率高，價格昂貴。雙機架兩檔減定徑機組與4機架多檔減定徑機組相比，技術(shù)上同屬于第六代水平，但成本更低，價格只相當(dāng)于后者的1/5，軋制速度可達105m/s，完全滿足軋制C級以上精度產(chǎn)品的要求。
創(chuàng)新點二：傳動結(jié)構(gòu)簡化
現(xiàn)代高速線材正沿著增加軋機小時產(chǎn)量、提高軋機利用系數(shù)、無扭/微張力組合以及提高產(chǎn)品尺寸精度、表面質(zhì)量和組織性能的方向發(fā)展，為此，該項目自主研發(fā)了增強型和自定心新型輥箱、頂交45°傳動方式、新的高承載能力的齒制形式和高速密封結(jié)構(gòu)的傳動箱，以及新型迷宮式高速密封結(jié)構(gòu)、雙檔高速變速箱等。
其在結(jié)構(gòu)上設(shè)計單一增速機構(gòu)，簡化了傳動結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備可靠性，簡化操作，便于維護使用。國外減定徑機是由一臺交流電機通過1套含有多個離合器的齒輪箱驅(qū)動2架230mm減徑機和2架150mm定徑機組成。其雙模塊減定徑機總體結(jié)構(gòu)為4道次兩個模塊，由兩個電機分別驅(qū)動兩個變速箱，采用電氣連鎖實現(xiàn)速度匹配。這樣的傳動結(jié)構(gòu)都相對復(fù)雜，特別是多檔離合結(jié)構(gòu)利用率較低。同時，國外設(shè)備的雙電機輸入依靠電氣連鎖來進行速度匹配的模式，對自動化控制精度及孔型工藝方案精度等要求較高。國內(nèi)這一項目采用的是一臺電機通過變速箱直連傳動箱的傳動結(jié)構(gòu)，變速箱僅帶有一個離合裝置，產(chǎn)品規(guī)格和軋制速度分為高低兩檔，能軋制規(guī)格為?準(zhǔn)5.5mm~?準(zhǔn)16mm的產(chǎn)品，完全可以滿足軋制工藝要求。該項目設(shè)計的結(jié)構(gòu)相對簡單實用，品種規(guī)格及軋制速度匹配簡單、合理，且可靠性高。
該機組的新型輥箱在結(jié)構(gòu)設(shè)計上做了重大突破，對軋輥軸與油膜軸承間隙進行了優(yōu)化設(shè)計，在新型偏心套、護帽、錐套、輥環(huán)等工藝件結(jié)構(gòu)上進行了創(chuàng)新設(shè)計，在錐套、面板、密封件等常用易損件材質(zhì)上進行了重大改進。
為該機組設(shè)計的新型傳動箱，集成45°一體化傳動箱體，齒輪設(shè)計上采用新制式弧齒錐齒輪，傳動精度高、承載能力強；傳動軸結(jié)構(gòu)為簡支梁而不是懸臂梁方式，有較大的抗變形力和剛度。
在該機組的兩檔高速增速箱里，研制者創(chuàng)新設(shè)計了液壓驅(qū)動的兩組齒輪軸串和一組花鍵式離合器，通過液壓缸控制離合器不同的位置實現(xiàn)不同組齒輪的嚙合，從而可滿足軋制工藝的不同速比的要求。需要變速時，液壓缸帶動撥叉動作，電機在5r/min工況，撥叉帶動花鍵套與不同齒輪花鍵組嚙合，實現(xiàn)自動變速。由于增速箱輸出軸轉(zhuǎn)速較高，研制者創(chuàng)新設(shè)計了新型迷宮式組合密封，該密封在轉(zhuǎn)速3000r/min以上時仍運行可靠、無泄漏。
創(chuàng)新點三：傳動方式獨特
該機組采用頂交45°傳動方式、新的高承載能力的齒制形式和高速密封結(jié)構(gòu)的傳動箱�？紤]高速、重載、重心低、結(jié)構(gòu)緊湊等傳動因素，該機組在其傳動箱上創(chuàng)新設(shè)計了45°軸串齒輪嚙合。以前第五代軋機45°傳動是將精軋機大底座安裝面設(shè)計制造成45°，各軋機安裝上面，這種形式在軋機安裝時會形成安裝間隙，與制造公差等因素交織在一起造成高速運轉(zhuǎn)時傳動不穩(wěn)定、設(shè)備震動大。新型傳動箱將第五代軋機大底座和錐箱合二為一設(shè)計成45°一體化傳動箱體，各帶有齒輪的軸串裝配其上從而實現(xiàn)45°傳動，減少了中間安裝因素造成的公差積累，傳動精度更高。該機組還對高速齒輪多采用格里森齒制的傳統(tǒng)設(shè)計進行了突破，創(chuàng)新設(shè)計了新制式弧齒錐齒輪，其傳動精度高，承載能力強，可靠性高。齒輪、軸串動平衡齒輪采用分體和組合整體二次動平衡，滿足高速旋轉(zhuǎn)的要求，齒輪和動平衡精度均采用最高等級。
創(chuàng)新點四：傳動設(shè)備新穎
研制者為該機組自主研發(fā)了增強型和自定心新型輥箱，高速輥軸軸串裝配結(jié)構(gòu)，設(shè)計了自定心式裝配形式，極大地減小了因裝配及使用不當(dāng)產(chǎn)生不平衡質(zhì)量而引起的設(shè)備穩(wěn)定性問題。機組輥箱采用插入式結(jié)構(gòu)、懸臂輥環(huán)，箱體內(nèi)存有偏心套機構(gòu)用來調(diào)整輥縫。偏心套內(nèi)裝有油膜軸承與軋輥軸，在懸臂的軋輥軸端用錐套固定輥環(huán)。軋機在105m/s軋制時，軋輥軸轉(zhuǎn)速達9000r/min以上，高速軸的動平衡精度對設(shè)備運行穩(wěn)定性有極大的影響。該項目高速輥軸軸串各件均采用了G1級的動平衡工藝，同時在軸串裝配結(jié)構(gòu)上均采用了自定心式的裝配配合結(jié)構(gòu)，不僅解決了動平衡穩(wěn)定性問題，而且簡化了拆裝操作，提高了使用維護效率。
為實現(xiàn)控制軋制和控冷軋制，研制者為該機組設(shè)計了新型輥箱。由于軋制過程中軋輥軸的變形是導(dǎo)致輥箱燒毀的因素之一，新輥箱在結(jié)構(gòu)設(shè)計上做了重大改進，其中，通過計算機有限元載荷計算分析，將軋輥軸油膜軸承輥徑合理加大以增強剛性，減少彈性變形；在新型偏心套結(jié)構(gòu)上與第五代結(jié)構(gòu)形式比較進行了創(chuàng)新和改進，在叉耳與滑塊配合公差、精度、軸承部位等方面進行優(yōu)化設(shè)計，保證輥縫間隙、油膜軸承與軋輥軸之間間隙靈活、合理，輥縫跳動小，油膜承載力強。護帽、錐套、輥環(huán)等工藝件的反復(fù)安裝、拆卸，容易造成間隙過大破壞其動平衡，影響軋機傳動和軋制精度，為此，研制者在設(shè)計上考慮了上述綜合因素，設(shè)計鎖緊套，增加錐套與輥環(huán)之間的壓力。同時，錐套和護帽之間采用錐面配合形式，容易定心，拆裝方便，可靠，有力保證了軋機傳動和軋制精度。對于錐套、面板、密封件等常用易損件，研制者將其材料設(shè)計為適合軋絎磨管工況的不銹絎磨管材料，延長其使用壽命。
創(chuàng)新點五：新型孔型系統(tǒng)
研制者為該機組設(shè)計了新型的“8+2”模式的孔型系統(tǒng)，實現(xiàn)了大壓下量的低溫軋制，產(chǎn)品性能和表面質(zhì)量顯著提高。該項目在孔型設(shè)計上采用了線材傳統(tǒng)的、共用性大的橢圓—圓孔型系統(tǒng)，由于該項目采用的是230mm輥箱，最大軋制力為330kN，具有較大的壓下率，軋件斷面可靈活地進行適量調(diào)整，從而大大簡化了粗軋、中軋、預(yù)精軋和精軋機組的孔型系統(tǒng)。同時，該機組可直接調(diào)用精軋機組成品孔型，對其余精軋孔型進行架次微調(diào)就可進行生產(chǎn)，工藝成熟，入門簡單，投產(chǎn)快。
這種成熟簡便的工藝孔型系統(tǒng)對于該項目的推廣，以及對于用戶的順利投產(chǎn)及后期的維護使用都是十分有利的。簡單實用也是該項目的一個重要特性。
創(chuàng)新點六：低壓交流變頻傳動
該機組控制系統(tǒng)實現(xiàn)了690V、2500kW電機低壓交流變頻傳動控制系統(tǒng)在冶金軋絎磨管領(lǐng)域的首次應(yīng)用，為國內(nèi)外首創(chuàng)在減定徑機傳動控制系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用低壓變頻系統(tǒng)，亦可用其替代國外壟斷進口的中壓3300V變頻系統(tǒng)，并完全可以擴展至其他應(yīng)用場合。
該項目采用低壓AC690V控制方案，投資成本約為進口中壓方案的1/2，性能相當(dāng)。區(qū)別于常規(guī)的中壓AC3300V控制方案，該方案采用高性能復(fù)雜應(yīng)用多機傳動、模塊化傳動裝置的低壓AC690VS120變頻器，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，S120變頻器在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用，很多技術(shù)人員已經(jīng)熟悉，比較容易掌握，故障診斷方便，能很快找出問題。
該控制方案縮短了整套設(shè)備的供貨周期，S120變頻裝置由國內(nèi)成套組裝，供貨周期3個月，而常規(guī)中壓控制方案使用的變頻裝置為全進口設(shè)備，訂貨周期在半年以上。
該機組使用S120變頻器，調(diào)節(jié)精度、動態(tài)性能均高于傳統(tǒng)的LCI方案，與國外最高端的中壓SM150變頻器性能相當(dāng)。
該機組選用低壓S120系列變頻器，對供電開關(guān)柜、整流變壓器、變頻裝置、電動機、電纜進行綜合考量，整體成本較中壓方案大大降低。
S120變頻功率單元在國內(nèi)生產(chǎn)，因此功率單元備件供應(yīng)價格較低且周期短。成套裝置的其余輔助元器件均為通用器件，均為國內(nèi)生產(chǎn)，后期備件更換替代容易。而進口裝置許多輔助元器件也是進口的，備件價格十分昂貴，供貨周期很長。
該產(chǎn)品通用、靈活而模塊化，調(diào)試簡單快速，自動組態(tài)，易于被技術(shù)人員掌握。
該技術(shù)解決了生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。生產(chǎn)中，雙機架減定徑機與精軋機之間的電氣協(xié)調(diào)控制對連續(xù)順行軋制極為關(guān)鍵，可以說是最重要的控制環(huán)節(jié)，主要靠以下措施保證：
S120變頻功率單元在國內(nèi)生產(chǎn)，因此功率單元備件供應(yīng)價格較低且周期短。成套裝置的其余輔助元器件均為通用器件，均為國內(nèi)生產(chǎn)，后期備件更換替代容易。而進口裝置許多輔助元器件也是進口的，備件價格十分昂貴，供貨周期很長。
該產(chǎn)品通用、靈活而模塊化，調(diào)試簡單快速，自動組態(tài)，易于被技術(shù)人員掌握。
該技術(shù)解決了生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。生產(chǎn)中，雙機架減定徑機與精軋機之間的電氣協(xié)調(diào)控制對連續(xù)順行軋制極為關(guān)鍵，可以說是最重要的控制環(huán)節(jié)，主要靠以下措施保證：
一是硬件保證：自動化PLC及操作站、傳動變頻器、網(wǎng)絡(luò)通信等優(yōu)化配置，保證了整體協(xié)調(diào)性、快速性。
二是設(shè)備、電控柜、電機、編碼器、電纜線路等的正確安裝和接線作業(yè)，保證了電機抗震動和抗干擾的穩(wěn)定運行要求。
三是成熟、經(jīng)驗化的傳動變頻器調(diào)試優(yōu)化方法，保證了傳動裝置動態(tài)特性要求，達到快速性和穩(wěn)定性的統(tǒng)一。
四是軟件控制程序和控制算法保證了出口速度的精確計算、速度給定精度、動態(tài)速度補償精確和方便的工藝參數(shù)修改、存儲和調(diào)用窗口。
五是靈活的操作臺操作、手動速度干預(yù)和上游機架間的級聯(lián)速度配合，短時間內(nèi)進行有效的速度調(diào)節(jié)，保證軋制節(jié)奏。
