张 恒
（成都星云智联科技有限公司，成都 610000）
三十辊轧机与二十辊轧机就是由多个轧辊支撑工作辊，形成一个完整的辊系，其主要构造分为驱动装置、压下装置、机架牌坊、辊箱与辊系，其中辊箱内有装有1个背衬主轴承鞍座，与各个支撑辊之间通过液压油箱、齿轮片、齿条及凸轮装置连接。而这样的工作单元，又由位移传感器、压力传感器及测厚仪、伺服阀和中央控制面板等电子元件组成电气控制系统进行运行参数的适应调节。由于各个轧辊之间配合情况良好，且下辊箱可以灵活调节，因此这2种轧系的加工精度分别可以达到0.001 0 mm与0.001 5 mm水平。
1 多辊系轧机的参数概况
此类轧机大多采用“电气传动+液压传动”的动力模式，其具体技术性能参数为如下：主要用途为精密合金材料轧制；主工作辊长度为60～65 mm，辊身直径为2～3.5 mm；支撑辊直径为26～30 mm；轧制压力最高可达到4.5 tf，卷张力最高可达0.5～50 kgf；轧制速度在0～10 m/s之间可自由调节；入料口坯料厚度为0.03 mm，轧制带钢材料最小加工厚度可达至0.001 mm，带宽为15～45 mm。该轧机辊系为三十轴，采用辊箱结构来分配轧辊位置，支撑辊由内向外按照锥形排列，轧制力分布均匀合理。
2 多辊系轧机的常见故障现象
2.1 液压压上装置卸载或运行不良
液压压上装置主要是指由圆柱形齿轮减速箱传动的装置单元，主要功能是根据轧机的加工生产需求，调节轧辊轴向或径向的角度与位置。在正常轧制期间，液压压上装置仅需要1台主泵作为动力来源，而当需要进行换辊操作时，则需要2台以上主泵来满足换辊伺服阀的液压流量需求。当轧辊轧制带钢或箔材时，伺服阀的压上缸就会受到压力油的推动作用，从而完成精准的响应动作。液压压上装置主要运行原理是在伺服阀上一级加入1个电磁换向阀，由该装置来控制液压单向通路的流通，实现上下调整或固定液压缸伸缩位置的功能[1]。在自动轧制加工状态时，为对应的伺服阀进行工作供油；而当切换至手动轧制挡位时，则与伺服阀及附属元件相对分离。而实现自动轧制功能的蓄能器、过滤器及伺服阀等装置，则都被集中安装于液压缸的缸体外部。正常状态下液压压上装置会采用2套性能参数完全一致，且运行相对独立的液压伺服系统，2个伺服系统运行期间，主要是通过采集工作时间轴信号的变化对液压系统进行平稳滤波，2个液压伺服系统的传感器位置安装也需要保持一致，这样才能确保任何一个液压伺服系统投用都不会出现控制误差的问题。
在实际运行过程中液压伺服系统可能会出现如下几个方面的故障现象。一是前端控制面板显示，侧轧制力的压力水平明显低于液压系统的正常预设值。说明轧辊位置的预设值与实际运行值不符，这种情况极有可能是油缸位置传感器的安装偏差过大，使二者水平位置差超过了2.3 mm，此时至少有1套液压伺服系统是存在配合故障，需要结合轧机控制面板的驱动电流异常来分析故障点位。二是在伺服阀部位中进行入口压力检测，发现压力水平仅达到16.4 MPa，远低于设备的正常压力水平，即206 MPa。此时液压压上系统突然中途停止运行或轧制力远远达不到正常水平，这种故障原因比较复杂，首先要检查是否是两侧压力传感器测量值存在超差现象，导致电气控制系统的输出信号存在偏差，因而驱动400 MN轧制力时被系统误判为过载，触动压上装置封锁将液压伺服系统卸载。三是当同时启动2台主泵时，轧机液压压上装置系统的压力水平才能达到201 MPa，且在驱动侧发现了与操作侧轧制系统相同的问题，尽管可以继续维持生产，却会使轧机的加工精度无法达到正常水平，且存在极大的动力能源浪费问题。
2.2 轧制带钢跑偏、瑕疵
带钢是轧钢企业生产的一种用于工业制造用途的热轧板状钢材，带钢加工时要求其必须保证轧制厚度均匀，板间疏密匀称。而加工带钢的主要工作单元为三十辊与二十辊轧机的轧辊，这种轧辊装置由3部分构成，其中轧身是指实际参加轧制工序的中段作业面，部分轧辊为了满足特殊加工需求，除了光滑的圆柱作业面还可能带有轧槽；轴头，与传动端的齿轮座与链条连接的部件，通过轴承座与压上装置的机械作用，将液压系统产生的轧制动力传导至机架。轧颈，是扎身向外端面直径缩小的圆柱体部分，其主要作用是用于固定和支撑轧辊的安全位置。
当轧制的带钢材料出现薄厚不一、翘曲及凹凸等加工质量问题时，说明轧机可能存在如下几个方面的故障问题。一是WS/DS侧的轧辊辊缝存在偏差，导致带钢在两侧轧辊之间出现受力不均的问题。二是纠偏检测传感器失灵故障，在三十辊系这种高精度等级的轧机中，为了避免带钢、金属箔材料轧制加工出现误差，往往会使用一种KRD纠偏传感器。这种传感器主要依靠检边、检线的电子元件来提供纠偏信号，当轧制带钢材料的边缘色块或线条的相对位置与检测值的偏差超过预设水平时，就会在控制器的程序中按照一定比例关系自动计算出纠偏的控制信号，驱动轧机液压动力系统对轧辊位置、轧制力进行平衡调节。当这个纠偏检测传感器因被遮挡、污染、老化或其他不良工况影响时，就会导致输出纠偏信号指令出现失真，从而使轧辊的液压系统生成错误的工作参数[2]。三是板型调节的动作响应过慢，导致轧制带钢材料出现加工质量问题，部分带钢材料在轧制加工的过程中，需要改变轧制力度或者换辊来切换轧制板型，而此时的传动信号若是响应回馈过慢，就会导致轧制压力的调节或换辊不及时，出现轧制厚度不一的问题。
2.3 轧机控制面板无法正常显示压力示数
使用轧机进行精轧操作时，需要不断根据控制面板的示数来对轧机的运行工况进行控制调节，例如切换操作模式、调节温度水平、物料跟踪甩尾、轧机标定及限位调节等功能。
但在实际运行过程中，控制面板可能会出现压力无显示的故障问题，给轧机的生产参数调节带来极大困难，这种故障的原因可能有如下几个方面。一是压力传感器故障损坏，或接线触头不良而被从本地电气回路中卸载。这种问题可以利用好带钢厚度自动控制系统（AGC）的自诊断功能，检查显示电子元件的告警信息情况，用各个模块之间的二极管器件的光信号来判明识别。二是输入端信号失效，导致控制面板的负荷元件无法正常运作，例如当轧机控制面板开机后，显示“ROM TEST：END/RAM TEST未通过测试”，就说明此时轧机的自动运行程序存在参数丢失，或者支持电源失效的问题[3]。三是系统主板或电刷、大功率模块和功放器等易损元件存在老化烧毁的问题。这种问题的排查周期比较长，且过程较为繁琐，需要检修维护人员将轧机的控制模块拆下后，根据印刷电路板、模块及集成芯片等元件的外观、气味等来判断大致故障区域，而后再通过部件交换法来逐一排查故障区域。
3 多辊系轧机的故障检修策略
3.1 液压压上装置故障的检修策略
此类轧机的液压压上系统中安装有3个主泵装置，其中1个为主用泵，其余2个为备用泵，正常启动状态下轧机液压系统上压动力为20.6 MPa。在自动轧制加工模式下，仅有1个轧机主泵负责向上压泵伺服阀提供压力油，操作上压泵完成轧辊送入的响应动作。
首先是排除与故障无关的点位，本次故障的主要现象在于侧轧制力低于正常水平，但从“驱动2台主泵可维持正常生产的压力水平”这一现象来分析，轧辊轴承座、伺服阀等传动部位器件应当未产生消耗磨损，同压上缸缸体内部也不会存在压力油内泄问题。与此同时，需要判断轧制力损失的原因，而当开启2台主泵后可以大幅提升液压系统的轧制力，说明此时伺服器入口的压力应当为正常水平。经过检修人员排查液压油箱状态后，发现并无明显液面下降的问题，说明轧制力损失并不是因压力油不足造成的传动损失[4]。此时可以基本断定，该故障应当为除上压缸以外的液压系统元件存在内泄问题，例如压力油管路或阀门接头部位的密闭装置破损，或者液压元件错位，使故障部位因压力油漏出而导致液压泄力。
其次是分析液压系统内泄问题的大致故障区段，从三十辊轧机的轧制运作原理分析，在自动轧制加工模式下，压上缸需要根据纠偏传感器的控制信号来调节轧辊辊缝，以满足精密合金带钢材料的加工需求。然而故障发生后，发现加工精度降低的原因在于辊缝的调节变化速率非常小，因此可以判断液压系统的内泄故障点位，一定发生在压力油进入液压压上装置的伺服阀之前。三十辊轧机故障发生后，驱动侧的轧制力示数远小于操作侧轧制力，由于控制面板的其余工作示数处于正常水平，因此可以推断压力传感器、纠偏传感器不存在故障问题，而驱动侧对应的内泄部位为驱动侧液压缸伺服系统。
最后是检查驱动侧的液压压上装置在运行状态下的温度示数，若该系统内存在压力油溢流的问题，一定会表现出液压元件的异常高温状态。通过运行控制面板的自检功能发现，在轧机以检修模式运行15 min的过程中，伺服系统的蓄能器部位的温升速率远高于其他部位，停机时温度达到65℃，远高于正常运行水平的45℃。同时经过检修维护发现，驱动侧的液压蓄能器元件在试运行期间始终有通过压力油流的迹象，说明在蓄能器上部的3个液压阀门元件中，至少有1处存在密封破损故障。将液压压上装置从轧机拆除后发现，位于液控单向阀门上部的常闭截门部件的运动机构存在异常错位，将常闭截门完全解体发现其阀芯部位磨损严重。由此验证了上述的故障推论：当压力油经过压力油管时，由于常闭截门难以闭合到位，导致出现严重的内泄问题，使压力油流入驱动侧液压压上缸的蓄能器元件中，出现轧制力损失的问题。该轧制厂在更换驱动侧压上缸常闭阀门元件后，又重新将压力油管管路冲洗后装回液压系统，经过试车运行发现驱动侧及操作侧均恢复正常轧制动力水平。
3.2 带钢跑偏故障的检修策略
从带钢跑偏故障的机理分析，主要是有2种故障表现现象。其一是卷曲失张，钢材易在卷曲部位出现脆性断裂，这种故障现象通常发生在8 m/s的高速轧制作业中，由于电子脉冲元件受到信号干扰，导致输出信号产生噪声，影响驱动侧轧辊液压系统的参数调控，严重时可能会导致轧制带钢材料在轧制最后一道次时出现断带问题，造成严重的材料浪费。这种故障可以通过AGC的自诊断功能来检查，例如当发现KCZ6组件的A相同步信号存在脉冲异常时，卷曲失张问题的原因可能为如下。一是电气回路中30 V交流电微调电位器存在断路或开路现象，导致工作电路的380 V三相交流电出现缺相问题。而处理此类故障，则需要经常检查电位器的过流熔断器、跌落器等易损电子元件是否存在短路故障，同时还要检查三相变压器的B相初级线圈是否存在相间短路，拆除更换故障线圈，或者调整错误接线。二是使用替换法，用1个带有示波器的电极分别连接失张相线的输入端与输出端，检查其是否受到旁路脉冲信号的电容干扰，若发现电极连接后出现同样的干扰问题，则应当在该相线中加装1个滤波器元件以消除脉冲干扰。
二是压上电机启动失常，压上电机是指由液压装置驱动的工作电机，其是多辊系轧机工作辊轴承座连接的主要动力来源，若压上电机自身的启动性能不佳，将会直接影响到轧制力的传动效率，进而引发轧制厚度不一、轧制板材翘曲等质量问题。导致压下电机无法按照预设参数正常启动的主要原因，是脉冲输出模块或功放器元件被击穿烧毁、或触点短路。这种故障问题需要检修人员将检测用的测量端子接入线路中，而后通过比较故障电路板与正常电路板之间的电压波形变化，来判断击穿元件的位置[5]。例如，在某次故障中检修人员发现虽然故障区块脉冲信号正常，但直流电存在波形异动，而改用测量端子接入后发现380 V交流电压的A相晶闸管存在异常阻抗值，其阴极与阳极之间的阻断电阻值只有15 kΩ，说明压下电机无法按照预设轧制力参数启动，是由于晶闸管元件存在漏电流导致的。
3.3 控制面板示数异常的检修策略
首先是压力示数异常的故障排查，需要排查轧机液压系统的压力传感器在接线及供电方面是否存在异常，若调整接触点位后仍然无法正常显示驱动侧的轧制压力示数，可以尝试将压力传感器拆除后接入测试电路，观察是否为传感器自身故障。确认传感器无故障损坏后，将操作侧与驱动侧的控制面板模块从轧机机架的供电回路中分离，用测试电路入端1.5 V电压，检查其是否可以正常显示示数。若此时仍然无法解决故障，且发现此时PLC点信号灯告警，则说明显示失常的原因在于PLC控制程序的信号输出问题。若PLC控制程序信号灯未告警，则说明轧机Profibus-DP通信系统存在故障，例如DP线短路、通信板卡损坏或DP头接触不良。
其次是轧制过程中的示数误报问题，例如正常轧制状态下控制面板发出断带告警。故障原因主要有如下几点。一是轧辊卷曲机的编码器存在异常工况，此时应当在轧制完成后，停机检查卷曲编码器的航空头接线是否存在松动、虚接问题。二是卷径测量无示数，应当检查测速辊编码器、计数器是否存在损坏。更换编码器后，还需将本地控制程序重新加载，使卷径测量程序恢复正常运行状态。
4 结束语
三十辊与二十辊轧机2种经常被用于带钢、箔材等高精密加工用途的生产设备，为了实现高精确度的传动控制功能，这2类轧机的电气系统设计极其复杂，因此在使用过程中很难避免出现电子元件或线路老化损坏的问题，从而影响轧机的加工使用质量。因此，需要轧机技术维修人员熟练掌握轧机电气系统连接与调试技巧，认真了解轧机的内部运行结构，合理分析可能的故障原因，在此基础上合理制订电气故障的诊断维修计划，确保轧机设备可靠稳定运行。
