上料小车运行控制的安全改造

2022-08-06蒋培进许红兵

有色设备 2022年3期

蒋培进 ,许红兵 ,彭辉

(1.铜陵有色金属集团股份有限公司,安徽铜陵 244000;2.铜陵金威铜业有限公司,安徽铜陵244000);3.中南大学自动化学院,湖南长沙 410083)

0 引言

在钢铁、冶金加工等行业的企业中,轧制、退火、清洗、剪切等是生产的重要环节,而带卷快速和安全的上料和卸料有助于安全和高效生产。在小车上料过程中,各种原因导致的翻卷事故屡见不鲜,有的是带卷举升过程中液压管路爆裂引发的[1],有的是大径宽比带卷运行中晃动引发的[2],有的是带卷小车启动和刹车引发的[3],有的是带卷轴心线和卷轴轴心线不重合引发的,翻卷会砸坏小车和护栏,甚至危及人身安全,引起重大安全事故。本文所研究的是带卷轴心线和卷轴轴心线不重合引发的翻卷原因和解决办法,当操作工人疏忽或因光线昏暗未能及时发现带卷轴心线是否重合,或者自动上料带卷直径的测量装置的累积误差或者干扰[4],都会产生翻卷事故。

上料小车承载带卷重量可达20 t,卷径达2 m,一般通过轨道运输,根据负载和运行要求来选择电机控制和液压马达[5],如图1 所示,小车通过液压机构举升带卷,使带卷轴心线和卷轴轴心线这两个轴心线重合即垂直方向重合[6],小车完成上料。

图1 小车带卷和卷轴轴心线重合以及受力分析示意图

生产中除了通过加强安全教育来规避操作失误,还可通过设计研发安全装置避免人为疏忽和测量仪器累加误差,是更为可靠和安全的方法[7]。

1 设计原理和部件选型

研发思路是采用演绎推理中的分析法,从所需要的功能倒推需要哪些元件和原理能够实现,安全装置所需的功能要求一是要能检测到带卷移动,二是要控制小车运行。现场中排除了采用超声波传感器进行距离测量和计算的方法,由于小车上料和带卷滑动二者叠加,难以实现带卷位置测量。另外一种方法是直接在Ⅴ型鞍座设置光电开关,由于难以检测到不同宽度带卷的端部,难以检测带卷落在Ⅴ型鞍座任意位置而被排除。

带卷的轴心线不重合时受力分析如图1 所示,当电机拖动小车水平向左推力Fcar大于带卷对小车施加的摩擦力f,带卷被卷轴抵住不动,小车若继续前进会发生带卷落下鞍座危险,小车翻卷受力计算如公式(1)所示。

式中i—电机减速比;

d—小车车轮半径;

P—电机功率;

N—电机转速;

μ—摩擦系数;

mg—带卷重力。

在公式(1)合力作用下,通过胶辊可以将带卷在小车鞍座上的平移变换成圆周运动,具体原理如图2 所示,平移-角度公式如(2)所示。

图2 小车安全装置设计原理

式中L—带卷在V型鞍座上平移距离,mm;

A1—带卷在V型鞍座上平移距离起点,mm;

A2—带卷在V型鞍座上平移距离终点,mm;

θ—胶辊转动角度,°;

r—胶辊半径,mm;

v—小车速度,m/s;

t—从被抵住到开始触发信号时间,s。

由公式(2)可知,平移距离和角度一一对应,可以通过胶辊上安装的光电开关来检测平移距离,将此信号纳入小车控制程序中,控制小车。

选择带有内置轴承的胶辊而放弃钢辊主要是钢辊存在容易打滑的问题[7],胶辊的直径大小是复位弹簧和胶辊铰支点由初始位转动后到最高处与带卷至少留出10 mm 距离,和复位弹簧的最小工作行程[8]公式(3)式之和:

式中f1—最小拉力工作行程,mm;

F1—最小拉力,N,根据测试,选择至少3 N;

F0—初始拉力,N,1.5 N;

F'—弹簧刚度,N/mm,0.195。通过计算,实际选择外径25 mm、长30 mm 胶辊。由此,输送小车的安全装置设计结构图如图3所示,通过使用压力弹簧,可以实现带卷和胶辊的柔性和紧密弹性接触。

图3 安全装置结构图

胶辊上的复位弹簧,采用拉伸弹簧,根据弹簧最小回位拉力,弹簧工作行程,装置胶辊和支架空间等因素,选择LIA0.8 ×8 ×33.2GB/T2088 弹簧[8],固定在胶辊和支架上。

接近开关的选型主要考虑安装位置和方式,考虑微型化选择器身直径8 mm、长30 mm,与测量位置之间的距离即感应距离,考虑带卷落下震动和滑移速度选择感应距离大的为6 mm,参考选型手册,因此选择电感式IE5367 接近开关。胶辊附置的金属片,它与接近开关之间的角度等同于带卷在Ⅴ型架上移动的距离[9]。

2 安装调试和控制流程设计

现场测试时,胶辊安装高度要求比小车Ⅴ型鞍座的底端超出15～20 mm,根据现场情况适当调整。现场模拟带卷被抵住滑移,触发操作台上闪光报警,小车立即停车。

进一步,在开卷机卷轴入口前安装了激光传感器图1 所示,目的是做停车检查,并根据轴心线情况,完成上料。该装置改造流程如图4 所示,目前已经在生产中应用,它消除了机组操作工上料的恐惧心理,提高了小车上料的安全性。

图4 安全装置改造流程图

3 其他防止上料小车翻卷的方法

在冶金、钢铁等企业中,涌现出多种防止小车上料翻卷方法和装置,有的是小车承载带卷质量大,在液压缸设计回路中要设置防爆保护[1],当油路爆裂流量阀防爆阀会关闭,维持油压,防止带卷急速下落造成翻卷,有的是带卷径宽比过大,在小车上安装防倾翻装置,在带卷两侧通过保护臂将其牢牢固定[2],有的是电机突然启动或刹车产生的惯性,通过采用H 型钢改制而成的半封闭轨道限制小车车轮[3],防止倾翻,其它还包括优化控制程序等,提高小车行车安全已经成为企业安全生产的重要一环。