步进梁定位不准问题的分析和改进

◎王承龙 曾祥泉 李卫国

步进梁定位不准问题的分析和改进

◎王承龙 曾祥泉 李卫国

本文介绍了步进梁的工作原理及特点，以及步进梁定位不准的问题，经过改进后故障显著降低，设备运转率大幅提升，极大地减轻了维修工人的劳动强度。

步进梁是轧钢厂最常用的钢卷运输设备之一，从热轧卷取机出来的钢卷一般是通过步进梁运输，到后面通过快速链﹑慢速链运送到成品库。步进梁一般处于地下，步进梁上布置有马鞍形焊接结构的固定鞍座，每个固定鞍座相距一定距离进行布置，活动梁每运行一个周期则会把钢卷从一个固定鞍座移动到下一个固定鞍座上。如果该设备出现问题将直接影响钢材的产量，因为单凭天车吊运是跟不上轧制节奏的，所以做好该设备的检修和维护以保证它的正常运行就显得尤为重要。

步进梁的机构及工作原理

步进梁由固定梁﹑活动梁﹑偏心轮﹑车轮﹑同步连杆﹑传动液压缸和行程控制装置等部分组成。固定梁和动梁上均有若干个间隔相同步距的鞍座,动梁有升降和横移两种运动形式。

工作原理是：步进梁运输时,动梁升起,将固定梁上的钢卷托起,动梁再横移一个步距,将钢卷运到下一个卷位,动梁再下降,将钢卷放在固定梁,动梁再回到起始位置,等待下一个运输周期。步进梁的横移动作一般由平移缸推动,主要用以克服摩擦力，偏心轮式步进梁的升降主要利用偏心距实现的。偏心轮安装在动梁上，偏心轮与动梁之间有轴承连接，动梁的车轮安装在偏心轮的偏心位置，车轮中心与偏心轮中心距离就是偏心距，液压缸推动偏心轮转动，由于车轮始终与钢轨接触，车轮中心的标高不会变，所以偏心轮中心的高度会因其转动而变化，动梁也就随之升降。

影响钢卷定位精度的因素及原因分析

步进梁作为热轧钢卷生产中接收和运输钢卷重要环节，操作水平和机械电气安装﹑定位精度直接影响钢卷运输安全和生产效率。自机组投产以来，在使用过程中经常出现跑遍﹑无法到位等情况，已多次发生因系统运输偏差过大而导致钢卷脱落，致使钢卷及机械电气设备损坏，影响步进梁的正常投入使用；同时，故障严重性，也给操作人员操作形成心理压力，这一定程度上也影响了生产顺利进行。总结其影响因素有以下几个方面：

移动缸对钢卷定位影响，步进梁体现移动缸动作结果。步进梁移动缸对钢卷定位产生影响，主要有以下两个原因：一是液压缸行程制造时偏差过大，导致运卷累积误差增大；二是液压系统出现故障，造成累积误差增加，移动缸出现内泄漏（当然，内泄严重时系统将无法正常工作），当移动缸返回末端定位时，有杆腔压力高于无杆腔，有杆腔高压油流向无杆腔致使活塞向前移动，产生钢卷定位偏差；钢卷连续运输，使累积偏差增加。图中安全阀1发生故障出现泄漏，同样导致有杆腔高压油流向无杆腔，其影响结果与移动缸内泄相同；热轧厂造成钢卷运输偏移液压系统故障主要就是此安全阀损坏造成。另外，从原理分析比例阀零偏过大也会出现钢卷偏移，使运输系统无法正常工作。

电气控制信号问题。接近开关的定位安装不准﹑接近开关失灵以及步进梁移动速度的高低等可能导致步距偏差的原因。

接近开关对钢卷偏移影响表现为步进梁横向摆动时间接影响移动缸定位。由于振动等原因步进梁行走时，产生横向摆动；同时步进梁采取接近开关进行减速﹑停止等控制，感应板与接近开关距离变化，直接影响移动缸停止位，也就是说影响到步进梁移动缸每次停止时定位，这必然对钢卷定位产生不利影响。

在步进梁的运作中，移动速度控制也是个重要问题。速度控制不好，对运输任务和步进梁本身都会带来负面影响。例如速度控制太低造成运输效率下降，影响节奏，耽误生产；速度过大，可能造成液压缸和梁体的物理损伤，在梁上满载钢卷时这种损伤将会更为严重，巨大的惯性对液压缸的冲击非常巨大，降低其使用寿命。

改进措施及效果（结构、原理）

为了对步进梁的控制更精确，让步进梁每次的启动和停止的位置不变，能够使步进梁及时准确的向PLC反馈位置坐标，加装一个拉线式位移传感器。（拉线式位移传感器工作原理：拉线式位移传感器的功能是把机械运动转换成可以计量，记录或传送的电信号。位移传感器由可拉伸的不锈钢绳绕在一个有螺纹的轮毂上，此轮毂与一个精密旋转感应器连接在一起，感应器可以是增量编码器，绝对（独立）编码器，混合或导电塑料旋转电位计，同步器或解析器。工作方式是编码器通过油缸的形程计算出油缸运行的距离，如果达到设定的减速距离时，编码器向比例阀发出减速命令，油缸进行减速运行，当编码器计算出的距离达到停止位置距离时，编码器向比例阀发出停止命令，步进梁停止。）

操作上，拉线式位移传感器可以安装在固定于钢轨底座上，拉绳安装在步进梁车轮中轴上，运动发生时，拉绳伸展和收缩。一个内部弹簧保证拉绳的张紧度不变。带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电信号。测量输出信号可以得出运动物体的位移﹑方向或速率。拉线式位移传感器安装位置。

采用一个拉线式位移传感器代替原有步进梁中平移位置接近开关的功能,通过采集拉线伸缩量信号即可准确判断步进梁平移取卷﹑运卷位置，从而计算出平移缸的实际行程，并对速度控制进行适当调节，可分为两个方面:步进梁正常运动的速度调节和步进梁接受到减速信号后的速度调节。步进梁每个停止位置都有两个PLC信号，减速位信号（slow）和停止位信号(stop)，当步进梁以正常的运动速度通过减速位（slow）时，应该立即开始减速运动，直至步进梁到达停止位而停止动作。对步进梁的速度调节，电气人员一般可在现场电气柜通过对液压控制阀信号放大模块操作进行，或者在PLC控制程序中对相应速度参数做适当的调整。在速度调节时，需要对步进梁空载和满载两种情况综合考虑，从而达到步进梁步距的可靠控制及信号跟踪。完成改造﹑调试，经过运行，各项性能指标均符合设计要求，并达到了以下效果：

（1）减缓了对机械设备的惯性冲击，系统故障率降低60%，作业率提高25%。

（2）步进梁步距控制和自动定位控制可靠准确，钢卷运输实现全自动控制，产量提升60t/h.

（3）备件更换率明显降低，月节约备件费用2万元左右。

(4)相比接近开关更精密﹑准确﹑专业，且编码器的设备维护费用也更低。

拉线式位移传感器应用中的问题

环境影响。生产现场的诸多环境因素都会影响到传感器的使用，如安装部位温度高﹑湿度大，会导致光电检测装置内部的电子元件特性改变或损坏，误发出信号。车轮转轴和活动梁的振动，会损坏拉线式位移传感器的内部功能。造成误发脉冲，从而导致控制系统不稳定或误动作。

所以需要改变位移传感器的安装方式。在步进梁车轮轴与传感器轴之间采用柔性连接，以减轻电动机冲击负载对拉线式传感器的机械冲击。刚性连接传感器与步进梁轴组成一个刚性系统。刚性系统强加在轴向或径向过多的力会损坏拉线式位移传感器，而柔性连接之间的扭转力，将加在拉线式传感器轴上的轴向或径向力控制在允许范围内。

改善现场的作业环境，使其温度﹑湿度到达传感器所要求的工作条件。

电磁干扰。生产现场中不可避免各种电磁干扰源，例如：在使用电焊机时，电弧的电离作用，辐射出的电磁波，对光电检测装置产生的干扰，导致光电检测元件输出波形产生畸变失真，使系统误动或引发生产事故。采用双绞屏蔽电缆取代普通电缆，可对其抗电磁干扰起到较强的防护作用。

该改进措施已投入实施，虽然还存在着一些有待改进的地方，但实践证明该措施是能满足步进梁运输系统本身的运行要求，设备运转率高，修护成本低，具有较好的经济效应。

（作者单位：新余钢铁集团有限公司）