棒材冷剪机制动器及离合器冒烟事故分析

闵海斌

(陕西钢铁集团汉中钢铁公司轧钢厂，陕西 汉中 724200)

0 前言

某钢铁公司棒材生产线850吨冷剪相继发生制动器及离合器温度高冒烟事故。冷剪机是棒材生产线的一个关键设备，事故导致该公司棒材生产线处于停产状态。本文运用WICC软件采集了大量数据和图形进行分析，查找冷剪制动器和离合器冒烟的原因，并提出预防措施和改进方案。

1 冷剪设备

850t冷剪由机械和电气部分组成，机械设备由电气控制准确的完成设备的各个功能。其整体机列由:冷剪主体 、压辊装置 、制动器(型号:224H)、离合器 (型号:324H)、主传动 、剪刃更换小车、料头收集装置、流体系统(包括稀油润滑系统、干油润滑系统、液压系统和气动系统)、电控系统组成。

(1)传动部分(图1)。

图1 冷剪传动图Fig.1 The cold shear transmission diagram

冷剪主体由交流电机常驱动，飞轮蓄能，剪切工作时电机和飞轮同时作用，实现剪切。这时飞轮转速略微下降8%～12%。然后在电机的带动下，很快恢复至额定转速。电机与飞轮之间为皮带传动。缓冲转速波动带来的冲击。

(2)冷剪工作机构。冷剪剪切形式为下剪刃固定，上剪刃移动。上剪刃支座体在曲柄轴的带动下，两侧滑道的导向下上下移动，实现剪切功能。

冷剪主体内部传动为二级齿轮减速，输入端与飞轮同轴;输出端与曲柄轴同轴。在输入轴两侧分别装有一台离合器和一台制动器。冷剪不工作时，电机与飞轮常转，输入轴静止(离合器打开，制动器闭合);剪机工作时，由飞轮轴带动输入轴以及曲柄轴旋转，实现剪切(离合器闭合;制动器打开)。离合器和制动器均为气动干式磨檫片式，由离合器与制动器协调动作，实现动力的通断和准确的停位。

(3)冷剪工作过程。在正常工作过程中，电机通过皮带轮驱动冷剪飞轮转动，当电机完全启动并达到额定转速后，才能发剪切信号指令，以确保冷剪飞轮储能达到剪切动力要求。当控制操作台发出剪切命令后，制动器电磁阀通电制动器打开，延时(一般取1～2s)，离合器电磁阀得电离合器闭合;剪切机传动侧接近开关得到检测信号后，得到剪切位信号，再延时0.3s，离合器电磁阀失电离合器打开;延时0.5s制动器电磁阀失电制动器闭合，保证剪刃位置到达最高位，等待下一次剪切做准备。冷剪剪切时制动器、离合器控制流程图(图2)。

图2 制动器、离合器控制流程图Fig.2 The flow-process chart of brake and clutch control

2 故障现象

2.1 故障诊断

由于冷剪使用频繁，离合器和制动器使用在4 h以上，制动器或离合器温度高达110℃，致使冒烟。

故障初期认为是离合器或制动器间隙调整不好摩擦片损坏，经拆除检查，制动器及离合器摩擦片和气囊均未发现异常。因备件充足，更换了一套全新的离合器及制动器摩擦片，并对间隙进行了调整。为了安全可靠，对两个旋转接头也进行了更换，确保气压在0.5 MPa以上。

投入生产使用4 h后制动器或离合器温度高达100℃左右，又发生冒烟。随后又进行了处理，并对电气线路做了全面检查，更换了电磁阀和气动三联件后，再次投入使用，故障依然存在，反反复复多次故障始终没有彻底解决，导致生产一度停顿，对生产影响较大。

2.2 模拟实验

对冷剪离合器和制动器进行电气控制动作模拟实验:停止电机转动，在皮带轮驱动冷剪，飞轮不转动的情况下，控制主操作台按下“剪切命令”，制动器电磁阀得电制动器打开，延时离合器电磁阀得电离合器闭合，然后再手动给一次接近开关检测信号，离合器电磁阀失电离合器打开;延时制动器电磁阀失电制动器闭合。按照以上步骤进行试验，动作可靠，所以电控线路、元件等问题基本排除;在实验期间，旋转接头排气声音清脆，流畅。此系统不存在问题;在试验期间，制动器及离合器动作过程中，离合器及制动器的间隙均在调整范围内，符合调整要求。

综上所述，通过对离合器及制动器故障的分析研究，简单的处理并没有找出冷剪存在的问题，离合器和制动器的故障仍然发生，针对离合器及制动器的问题及工作进行采样数据和图形监控分析，为解决问题提供新的思路和方法。

3 采样数据和图形监控的建立

用WICC软件对冷剪离合器及制动器相关信号参数进行采样和图形监控。WICC具有实时监控，记录历史趋势和故障信息，丰富的图形库，过程控制功能块，数学函数等功能。利用WICC将采集到的数据进行显示并做曲线趋势记录。主画面设置故障报警功能，使监控人员能立即进行检查和处理。

将冷剪“剪切命令信号”、“制动器电磁阀命令信号”、“制动器电磁阀信号”、“离合器电磁阀命令信号”、“离合器电磁阀信号”、“接近开关信号”、“剪切完成”，通过WICC软件功能编辑进行实时监控，正常的冷剪监控波形如图3所示。

图3 冷剪正常波形图Fig.3 The cold shear normal waveform

4 存在问题与分析

在冷剪离合器及制动器发生故障时，通过大量的数据采样和图形监控，发现有极少数波形异常见图4，图中标注有①，②，③，④的波形是呈“三角形”状而不是呈“梯形”状属于波形异常。

图4 冷剪有异常波形图Fig.4 The cold shear unusual waveform

经过反复分析研究，认为在“离合器命令”发出后，离合器电磁阀得电，此时曲轴剪机传动侧接近开关得到检测信号致使其立即复位，由于离合器闭合时间过短，不足以保证离合器机械系统可靠闭合。针对离合器闭合时间过短的原因有:

(1)曲轴剪机传动侧接近开关触片不牢固、移位，导致离合器电磁阀得电瞬间检测信号触发;

(2)离合器及制动器的调整间隙、摩擦片的磨损产生曲轴剪机传动侧接近开关触片的积累误差，在闭合的过程中致使离合器不能达到快速闭合;

(3)气源压力不合适、旋转接头排气不流畅也会产生积累误差。

通过对设备现场检查，(2)、(3)基本排除。检查发现曲轴剪机传动侧接近开关触片设计靠M10的螺丝和锁扣保证触片牢固，对触片拆除时发现锁扣已断裂，导致触片移位，致使制动器及离合器温度高发生冒烟事故。

5 改进措施

重新加工接近开关触片，并对冷剪进行调试，以确保正常使用。

(1)将冷剪机手动盘车到剪切位，调整接近开关触片位置，让触片位置略超过剪切位置(触片顺时针旋转，见图5)，以保证在剪切时因曲轴受力导致曲轴剪机传动侧接近开信号无误。

图5 近开关触片调整示意图Fig.5 The proximity switch contact piece adjusting diagram

(2)手动盘车冷剪到剪刃最高位，此时接近开关触片位置在11点为宜(触片顺时针旋转，见图6)，接近开关触片位置不易超过12点，否则会导致离合器发热冒烟。

图6 接近开关触片调整示意图Fig.6 The proximity switch contact piece adjusting diagram

(3)为了减少其它外界因素对离合器闭合时间过短的影响，对电控程序也做了进一步的修改，确保制动器电磁阀通电制动器打开，延时1.8 s，离合器电磁阀得电离合器闭合;延时1.3 s，得到剪切位信号，曲轴剪机传动侧接近开关得到检测信号后，离合器电磁阀失电离合器打开;延时0.5 s制动器电磁阀失电制动器闭合。真正保证了离合器制动器不会同时动作，从而使系统更加安全可靠。

6 结束语

通过对850 t冷剪离合器及制动器存在的问题进行分析，实施了改进措施，对接近开关触片进行焊接并对程序进行修改。改进后，在使用过程中没有出现过制动器及离合器温度高冒烟问题，其温度均在45℃以下，冷剪运行平稳，解决了冷剪故障制约棒材生产线连续生产的问题。

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