双臂芯轴结构和控制系统优化设计

双臂芯轴结构和控制 系统优化设计

唐茂林 谢柳军

广西钢铁集团有限公司棒线厂 广西 防城港 538002

摘要：双臂芯轴是高速线材生产线的关键设备，一旦出现故障，整条生产线都要停产，针对双臂芯轴的结构形式及控制方式进行分析及改造。

关键词：双臂芯轴 ；编码器；优化;

前言

广钢棒线厂采用的是山西创奇公司的设备，在投产后多次出现双臂芯轴旋转不到位，旋转过头，顶歪鼻锥，挂线严重等设备问题，一度成为影响高线达产的瓶颈（拦路虎）。作为高速线材集卷区的关键设备，双臂芯轴出现问题后就会造成风冷地辊至上集卷区域堵钢，地辊上的盘卷由于不能及时按工艺要求进行控温冷却，性能不能满足工艺要求，只能直接判废处理，直接影响了高速线材的产量。针对广钢棒线厂双臂芯轴投产后出现的问题，结合双臂芯轴的结构形式及控制方式进行分析及改造。

1. 双臂芯轴编码器连接优化设计

通过现场分析发现双臂芯轴编码器与小齿轮之间采用硬连接，芯轴旋转时对编码器的冲击大容易造成编码器损坏，导致数据不准确，双臂芯轴旋转不到位或者旋转过头。

改进编码器和链轮之间的连接方式，自行设计链轮轴和编码器支座（如下图），链轮和编码器之间采用弹性接手连接，通过保证编码器和链轮轴的同轴度，使编码器和链轮在运行时更加稳定，传递运动更加平稳准确，减少双臂芯轴运行时对编码器的冲击，以保证编码器计数的准确性。

改进后的链轮轴

改造后的编码器安装实物图

2. 程序控制设计优化

2. 1. 通过程序优化控制，减少双臂芯轴转不到位或者转过头的现象。原来程序控制中双臂芯轴减速位设置不合理，造成提前减速，双臂芯轴旋转不到位。优化双臂芯轴编码器安装方式后，在保证编码器度数准确的前提下，通过观察，优化算法，设定梯度加减速，双臂芯轴在旋转起步时，速度加大，达到一定角度后，把正减速角设定为164度，反减速角设定为16度，开始减速。另外把正转减速设定和反转减速设定，正转速度和反转速度设定做出WINCC画面，可以让生产车间操作工根据不同负载，设定旋转速度和减速速度，但是不能动正转速角和反转速角，保证双臂芯轴不惯性冲过头。

   2. 原来程序控制中双臂芯轴设定双臂芯轴1号棒角度-0.5度≤1号棒≤0.5度 ，双臂芯轴2号棒角度179.5度≤2号棒≤180.5度为到位。程序控制中使用了接近开关参与控制，接近开关的Φ30mm，检测面积过大，接近开关位置变的极为关键，调近容易检测到，造成双臂芯轴不到位，调远又检测不到位，造成双臂芯轴转过头。后优化双臂芯轴编码器安装方式后，双臂芯轴旋转度数更加准确，在程序中取消接近开关参与旋转控制，只参与双臂芯轴编码器故障时，停止控制，防止设备损害。

   3. 在机械调平双臂芯轴后，拉垂直线，保证两根芯棒在90度的情况下，重新计算一度编码器对应的脉冲数。因为双臂芯轴旋转度数是180度，编码器脉冲数固定是一个常值，这样对应的每一度的脉冲数也固定，双臂芯轴旋转的精确度在理论上得以保证，在机械有磨损的情况下，只要微调程序每一度对应的脉冲数，就可以保证双臂芯轴旋转到位，简化故障处理时间。

3. 机械结构优化

3. 1. 校平分离爪，用经纬仪把分离爪六个爪面调平，保证鼻锥落在分离爪上时更加平稳，减少鼻锥晃动对双臂芯轴编码器计数的影响。

   2. 打磨内芯轴顶端的键槽，使芯轴与鼻锥接触面更多，鼻锥顶升更加平稳。

   3. 调整链轮行走链条的张紧度，由原设计的3%调整至1%，减少链条过松引起的编码器计数误差。

   4. 调整双臂芯轴传动齿轮副齿侧间隙，由原设计的0.35mm~0.7mm调整到0.25mm~0.50mm。

   5. 加大芯轴十字板的倒角，并打磨内芯轴外表面，使其更加顺滑，减少芯轴挂钢问题。

4. 结语

经过以上改进后，双臂芯轴旋转的角度得到保证，定位更精确，杜绝双臂芯轴旋转不到位，或者转过头的现象。集卷区设备运行更加顺畅，提高了生产节奏。改进后集卷区的故障时间由生产初期的月均＞6h逐步降低到月均＜1h；同时，也方便今后快速判断处理故障，减少轧废，提高成材率，为高线顺产提供保证。