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浅谈轧制力传感器的安装、维护及修理
发布日期:2016年 8 月  4 日 点击:
白印军1,邢 俊1,周治平1,钱筱林2
(1.河钢邯钢中厚板厂,河北 邯郸 056015;2.浙江省计量科学研究院,浙江 杭州 310000)
摘要:分析了轧制力传感器和普通负荷传感器的不同,从传感器的结构原理讨论了安装过程中易忽视的问题,介绍了传感器运行维护中的注意事项,并且用实例验证了使用效果,同时还给出了修理后的进口传感器性能优于原有产品技术指标的维修技巧。
关键词:轧制力测量;传感器;安装运行;优化
文献标志码:B      文章编号:1000-7059(2016)0-00-0
0 引言
      轧制力测量系统在钢材的轧制过程中发挥着重要作用,但是由于轧机的轧制力大,加之生产现场的环境比较恶劣,轧制力传感器长期受到冲击、振动、溅水、粉尘及高温等影响,易产生故障甚至损坏,因此需要定期检查、维修直至更换。实践表明,当轧机原装的轧制力传感器出现故障后,无论更换同型号、同规格的备件,还是采用替代产品,传感器使用寿命往往都相对较短,有的甚至不足一个月,严重影响生产进度和产品质量。河钢邯钢中板厂也遇到过类似的问题,最初寄希望于修复原装传感器,但进口传感器维修周期长达6个月,维修费用高达新品价格的70%。因此公司对比试用了多种国产替代备件产品。
      经过比较,莆田市力天量控有限公司(下文简称为“L公司”)的产品在现场使用状况较好。2011年以来,L公司先后为邯钢维修轧制力传感器17台(其中“邯钢CSP”11台),提供L公司生产的轧制力传感器1台。L公司的维修费用只有新品价格的30%,更重要是维修周期大大缩短,维修后的传感器使用寿命方面也较长。
      2016年以来,虽然进口轧制力传感器价格有较大幅度的降低,但通过对比公司新旧两条生产线上近几年来进口和国产轧制力传感器的实际运行效果发现,进口轧制力传感器一般寿命为两年左右,有的甚至只有一年;而经过L公司修理的轧制力传感器已经使用了两年半,仍在正常运行,特别是40MN及以上量程的传感器的性能优势明显。所以邯钢继续选择了国产传感器,并将积累的使用经验归纳为《轧制力传感器安装使用指南》,本文将对其主要内容给予介绍。
轧制力传感器的安装
      用户在选择轧制力传感器时,通常只关心传感器的测量精度和使用寿命。但实践表明,工厂现场工况和实际安装操作对测量精度和使用寿命都有重要的影响。
1.1 传感器安装的力学要求
      负荷传感器的精度指标是指传感器置于标准测试条件下在测力机上进行的测量的结果。其检定规程中规定的加荷条件是[1]
      (1)传感器的安装应保证其主轴线与加荷轴线相重合,使倾斜载荷和偏心载荷的影响减至最小。
      (2)注重加荷接触面的质量。传感器的支承面和传感器的底面均应平滑,不得有锈蚀、擦伤及杂物。
      (3)传感器一般应带有上下承压垫。轧制力传感器作为负荷传感器在实际使用中也要满足上述条件,才能使实际测量精度接近或达到在测力机上的测量精度。但与一般负荷传感器相比,轧制力传感器要比一般负荷传感器扁平得多,支承面也就要大很多。要让所施加的力和传感器的主轴线相重合十分不易;又由于承载面非常大,在测力机工作台上比较容易实现的“平滑”,在实际条件下有时会变得不容易实现,特别是在使用过较长时间的旧轧机上更是如此。由此而形成的传感器受力不均匀不仅会降低实际测量精度,而且会造成传感器局部过载,甚至局部受损导致整个传感器失效。
      实践发现,使用一段时间的传感器上下平面上有局部残余变形或局部裂纹,其原因应是局部受到了一个较大的力。这在普通负荷传感器或称重传感器上是不太可能出现的,因为普通传感器的承载面相对要小得多,即使安装部位的不太平整,只要传感器自带的承压垫和传感器的接触面能满足要求,而承压垫又有足够的厚度,按照力学中的圣维南原理[2],即使承压垫上、下面与设备的安装面处的应力分布不均匀,但是对承载垫上、下面和传感器的底部接触面处的应力分布的影响是可以忽略的。也就是说,传感器的安装状态与在测力机上的状态是接近的、正常的。
      对于轧制力传感器而言,情况有很大的不同,传感器是一块受压的扁平板,也就是说这不是一个小边界问题,圣维南定理并不适用。对于这样一个大边界,尽管传感器下方也有承压垫,但其厚度相对于那么大的承压面积只能算“很薄”了,结果就是承压垫下方的设备承载面上的不平整会使传递到承压垫上的面力产生不均匀。通常受限于安装空间,承压垫也不可能做得很厚,传递到传感器上的面力也就必然会存在相当程度的不均匀。
      在一些使用时间比较长的轧机上,安装传感器的部位可能产生变形、局部蝕损或者安装前清理不彻底,不慎留下一些污渍或杂物,都可能使作用到垫板和传感器上的力更为不均匀,这样在局部形成的高应力最终可能使传感器逐步失效。因此《轧制力传感器安装使用指南》中对设备的安装传感器的部位的平面度、平行度、表面粗糙度乃至清洁度都提出明确要求。
      从以上分析还可以看出,承压垫要有适当的硬度,在条件许可的情况下,尽可能增加承压垫的厚度。此外,对传感器上方的弧形垫下平面的平面度、弧形面和球形压头表面的状态,阶梯垫的位置精度等等也都有相应要求,以保证传感器的主轴线与加荷轴线尽可能重合,此处不再赘述。
1.2 安装中需增加的保护措施
      尽管轧制力传感器自身具有两重密封保护,以应对使用中溅水、潮气、粉尘等恶劣工况。但是使用中在接线盒处再增加了一道密封措施,可进一步降低环境因素的影响,减少了这些不利因素对传感器上下承压面的腐蚀,对提高使用寿命也起到一定作用。
轧制力传感器运行中的日常检查与维护
      运行中的日常检查与维护对传感器的寿命同样有重要影响,主要包括:
      (1)检查轧辊水平窜动情况。如有窜动应及时检查和调整轧辊轴承座与牌坊滑板之间的间隙及轧辊锁定系统,以减少咬钢、抛钢时的冲击力。
      (2)检查阶梯垫,特别是传动侧的阶梯垫位置是否正确,位置偏移超过规定值时要查明原因,必要时校正。
      (3)检查所有垫板、下支撑锟滑板、牌坊滑板的润滑状况;传感器承压面和上下垫板之间及时补充高温润滑硅脂。
      (4)检查接线盒的绝缘电阻和仪表的接地线是否正常。
轧制力传感器的修理
      一般意义上的修理通常是指将损伤或完全失效的传感器恢复原有性能。这里重点阐述完全失效的传感器的修理,即优化修理。
      应变式传感器的弹性元件是由高强度合金钢或者特种不锈钢制作的,通常传感器失效后,只要弹性体仍然完好,就可以重新贴片,修复成一个新的传感器。判断传感器是否可修理有以下3种情况:
      (1)弹性体局部已产生裂纹的,可以认定已没有修理价值。
      (2)国内部分厂家设计生产的传感器,结构上存在不合理之处,比如贴片孔较少,或者实际传感器系数过大。贴片孔较少的传感器在测力机上标定时精度可能达到要求,但是在实际工况条件下很难达到要求。实际传感器系数过大的,虽然可以通过电路调整使系数达到规定值,但是传感器实际工作应力过大,使用寿命必然短,也不值得修理。
      (3)对于可以修复的传感器一般可以按照原设计修复。按照原设计贴片位置贴片、组桥方案组桥,按照通常的贴片焊接工艺操作,这样的修理可以接近原有产品的性能。如操作特别细致认真的,也有可能达到原有水平。
下面以进口40MN轧制力传感器为例对优化修理加以说明:
      (1)传感器贴片孔的再加工。进口40MN轧制力传感器的外形尺寸为960*420*74mm,贴片孔尺寸为Φ13*350mm,该孔为细长孔,加工难度较大,原产品采用分别从两端加工,在中部接通的工艺。这种加工方法在中部总会留下接口,致使贴片孔的形状精度较差。
      由于添置了细长孔加工专用设备,因此可以从一端一次性贯通加工,不仅贴片孔的形状精度高、光洁度好、位置精度也好。用在修理上,就是可以精磨进口传感器的贴片孔贯通,不仅提高了孔的形状精度,有利于传感器精度的提高,而且也提高了光洁度,为后续采用新的贴片焊接工艺打好基础。
      (2)独创的深孔贴片焊接工艺。传感器制造中应变片的贴片和焊接非常关键。一般的测力称重传感器贴片和焊接工艺已非常成熟。轧制力传感器的难度在于需要在深孔中贴片和焊接。为了降低难度,通常的做法就是分两组分别从孔的两端贴片,然后再将两组片焊接在一起。进口传感器也正是这样做的,两组应变片之间的连线分别引出孔外焊接,然后再将引线塞回孔中。由于连接线过长,势必悬在孔中。当传感器运行过程中受到不可避免的冲击和经常性振动时,连接线的焊接处容易产生疲劳断裂。
      L公司可以在深孔中一次性完成5~12片应变片的贴片焊接任务[3]。不仅贴片质量能保证,而且各应变片之间的连接线长短合适,走向合理,且靠近孔壁,没有悬在孔中的引线。连接线的这种布局明显提高了传感器的抗冲击、耐振动性能,传感器的使用寿命因此得以超越原有工艺生产的产品。
结语
      综上所述,要提高轧制力传感器的运行水平和使用寿命,从而提高劳动生产率和产品质量,不仅要选择质量好的轧制力传感器,同时要重视传感器的安装、维护和修理工作。选择一个能够提供整体解决方案的供应商,并共同制定相应的运行维护管理制度,是一个有效的办法。
参考文献:
[1]中国计量科学研究院.GB 5604—1985 负荷传感器试验方法[S].北京:中国标准出版社,1985.
[2]徐芝纶.弹性力学[M].北京:高等教育出版社,1982:25.
[3]朱凤和.国产和进口轧制力测量系统对比分析[J].冶金自动化,2015,39(1):85.
 
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