冷矫直机主传动万向轴保护装置及方法与流程

本发明涉及冷矫直机万向轴运动检测与控制的技术，尤其是指一种冷矫直机主传动万向轴保护装置及方法。

背景技术：

在钢铁生产中，冷矫直机用于对在加工中的钢板进行矫直操作，从而使钢板变得平整，以满足出厂需要。厚板(5M)冷矫直机的主要作用是对大规格高强度的钢板进行矫直，因此，矫直力和扭矩都比一般冷矫直机有明显增强，主传动功率提高了130％，相应的，与矫直辊连接的万向轴(如图1所示的万向轴3)的强度和硬度要适应新的要求。如果超过此极限值，则会造成不可预期的后果。在生产实践中也发生过此类冷矫直机的万向轴断裂的恶性事故，造成较长时间的停机。对于生产印度管线钢来说，这种大扭矩的情况会经常发生，虽然通过模型优化可以适当降低一些万向轴的输出力矩，但是大力矫直的情况还是难以避免，批量的高强钢矫直，带来较长时间的高力矩作用，导致万向轴产生疲劳损伤，往往在还未达到最高扭矩报警位就发生了断裂事故，严重影响了正常生产秩序，并事发后还需一笔昂贵的抢修费用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种冷矫直机主传动万向轴保护装置及一种冷矫直机主传动万向轴保护方法，能够使矫直机在对厚板进行大力矩矫直的情况下，减少或避免矫直机的万向轴损坏的现象发生。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种冷矫直机主传动万向轴保护装置，其由力矩检测系统，运行检测系统，PLC控制器，主传动控制系统及报警系统组成；

所述力矩检测系统是检测冷矫直机主传动万向轴运行时输出力矩信号的系统，输出万向轴力矩信号，其包含在主传动中主电机的变频器控制系统内；

所述运行检测系统是检测冷矫直机主传动运行状态信号的系统，其输出主传动运行状态信号，所述主传动运行状态信号包括输出轴运行状态信号及万向轴运行状态信号，所述运行检测系统包含输出轴限位检测器，输出轴限位感应块，万向轴限位检测器及万向轴限位感应块；所述输出轴限位感应块和输出轴限位检测器匹配使用，使输出轴限位检测器输出输出轴运行状态信号；所述万向轴限位感应块和万向轴限位检测器匹配使用，使万向轴限位检测器输出万向轴运行状态信号；

所述PLC控制器是接收力矩检测系统与运行检测系统的输出信号并对该两信号进行实时判断及处理后输出实时控制信号的控制器；

所述主传动控制系统配置在电气操作室内，是控制冷矫直机主传动运行的系统，其输入端连接到PLC控制器的输出端，接收PLC控制器的实时控制信号；

所述报警系统是对PLC控制器处理结果判定冷矫直机主传动万向轴发生故障时进行报警的设备，安装在电气操作室内，其输入端与PLC控制器的输出端连接，其输出端连接到主传动控制系统的冷矫操作显示器。

所述输出轴限位感应块和输出轴限位检测器匹配使用，使输出轴限位检测器输出输出轴运行状态信号的具体结构为：

所述输出轴限位检测器采用电感式接近开关，安装在主电机齿轮箱的输出轴一侧的传动侧，其检测头面向主电机输出轴，该电感式接近开关采用型号为西门子PXI400的PNP型常开式电感式接近开关，其为直径5mm的圆柱形结构；

所述输出轴限位感应块是铁块，焊接在主电机输出轴上，并在主电机输出轴旋转到输出轴限位感应块与输出轴限位检测器的检测头最接近时存在一个感应距离，该感应距离为1.5CM，主电机输出轴每旋转一周，使输出轴限位检测器输出一个表示主电机输出轴运行的脉冲电信号。

所述万向轴限位感应块和万向轴限位检测器匹配使用，使万向轴限位检测器输出万向轴运行状态信号的具体结构为：

所述万向轴限位检测器采用电感式接近开关，安装在主电机齿轮箱有输出轴的一侧的辊子侧，其检测头面向与主电机输出轴连接的万向轴上，万向轴另一端连接矫直辊，该电感式接近开关采用型号为西门子PXI400的PNP型常开式电感式接近开关，其为直径5mm的圆柱形结构；

所述万向轴限位感应块是铁块，焊接在万向轴上，并在万向轴旋转到万向轴限位感应块与万向轴限位检测器的检测头最接近时存在一个感应距离，本实施例的感应距离为1.5CM，万向轴每旋转一周，使万向轴限位检测器输出一个表示万向轴运行的脉冲电信号。

所述报警系统的输出端还与一个安装在电气操作室内的红色闪烁灯连接。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

一种使用上述冷矫直机主传动万向轴保护装置进行冷矫直机主传动万向轴保护方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，利用力矩检测系统检测冷矫直机主传动万向轴运行时的输出力矩，得到万向轴力矩信号；

S2，利用运行检测系统检测冷矫直机主传动的运行状态，得到主传动运行状态信号，所述主传动运行状态信号包含输出轴运行状态信号及万向轴运行状态信号，该步骤具体包含：

S21，利用输出轴限位检测器及输出轴限位感应块检测主电机输出轴的运行状态，得到所述输出轴运行状态信号；

S22，利用万向轴限位检测器及万向轴限位感应块检测万向轴的运行状态，得到所述万向轴运行状态信号；

S3，将步骤S1与S2测得的万向轴输出力矩信号及主传动运行状态信号输入到PLC控制器，进行逻辑判断及处理，该步骤具体包含：

S31，PLC控制器对输入的主传动运行状态信号进行逻辑判断及处理，如果判断结果主传动运行状态发生故障，PLC控制器向报警系统发出报警信号，使冷矫操作显示器的操作画面上进行故障显示，同时PLC控制器向主传动控制系统发出停止主传动运转信号，主传动停止运行，排除故障后重新从步骤S1开始上述过程；

S32，PLC控制器对输入的万向轴力矩信号进行逻辑判断及处理，如果判断结果万向轴力矩超过设定的力矩上限值时称为出现大力矩，此时PLC控制器控制主电机速度降低，使其转速变慢，如果还出现大力矩，表示发生故障，PLC控制器向报警系统发出报警信号，使冷矫操作显示器的操作画面上进行故障显示，同时触发冷矫直机设备的快开保护功能，使矫直辊自动抬升，脱离钢板接 触，排除故障后继续该步骤。

S311，PLC控制器对输入的输出轴运行状态信号进行逻辑判断及处理：主电机输出轴每旋转一周，PLC控制器将接收一个输出轴旋转的脉冲信号，表示主电机输出轴旋转正常，如果在主电机输出轴规定旋转5次的时间内PLC控制器判定未接收到一个输出轴旋转的脉冲信号，表示主电机输出轴发生故障，PLC控制器向报警系统发出报警信号，由报警系统对主传动控制系统的冷矫操作显示器的操作画面上进行故障显示，同时PLC控制器向主传动控制系统发出停止主传动运转信号，由主传动控制系统控制主传动停止运行，报警后检查主电机输出轴状态，待主电机输出轴正常后恢复生产，重新从步骤S1开始上述过程；

S312，PLC控制器对输入的万向轴运行状态信号进行逻辑判断及处理：万向轴每旋转一周，PLC控制器将接收一个万向轴旋转的脉冲信号，表示万向轴旋转正常，如果在万向轴规定旋转5次的时间内PLC控制器判定未接收到一个万向轴旋转的脉冲信号，表示万向轴发生故障，PLC控制器向报警系统发出报警信号，由报警系统进行操作画面的故障显示，同时PLC控制器向主传动控制系统发出停止主传动运转信号，由主传动控制系统控制主传动停止运行，报警检查万向轴状态，待万向轴正常后恢复生产，重新从步骤S1开始上述过程。

所述步骤S32具体包含：

在PLC控制器内设置万向轴力矩输出的上限值，如果判断结果万向轴力矩超过设定的力矩上限值时称为出现大力矩，PLC调整主电机旋转速度的参考值，并将此信号发送主传动控制系统，控制主电机速度降低，使其转速变慢，如果大力矩一直保持的话，在超过5S后就触发冷矫直机设备的快开保护功能，使矫直辊自动抬升，脱离钢板接触，并检查现场状态，消除现场引起大力矩的故障，继续本步骤，如果现场无异常，继续出现大力矩，表示该钢板不能矫直或者需要模型优化，此时需停止主传动运行，进行相应处理。

所述报警系统在故障发生时还发出红色闪烁灯闪烁信号。

本发明的有益效果：

本发明的冷矫直机主传动万向轴保护装置及方法是一种对厚板进行大力矩矫直的矫直机的主传动万向轴进行保护的自动控制技术，克服了现有矫直机万向轴设备保护中存在的缺陷。本发明能够使矫直机在对厚板进行大力矩矫直的 情况下，减少或避免矫直机中万向轴损坏的现象发生，保证了万向轴的安全运行，保证了其能够长期在强震动，高负荷的状态下正常工作，同时又避免了矫直机恶性事故的发生，保证了整个矫直机械设备能够正常稳定的运行，提高了生产效率并降低了生产成本。本装置在试验阶段未发生过断轴故障，使用效果很好。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明冷矫直机主传动万向轴保护装置中运行检测系统的结构示意图；

图2为本发明冷矫直机主传动万向轴保护装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见图2，本发明的冷矫直机主传动万向轴保护装置，由力矩检测系统101，运行检测系统102，PLC控制器103，主传动控制系统104及报警系统105组成。

所述力矩检测系统101是检测冷矫直机主传动万向轴运行时输出力矩信号的系统，其输出万向轴力矩信号，由于本发明主传动中主电机的运行是由变频器进行变频控制，而在变频器内有电流环控制和速度环控制，力矩的检测是通过主电机电流大小进行换算得到的，因此，本发明所述力矩检测系统101包含在主传动中主电机的变频器控制系统内。

所述运行检测系统102是检测冷矫直机主传动运行状态信号的系统，其输出主传动运行状态信号，所述主传动运行状态信号包括输出轴运行状态信号及万向轴运行状态信号，参见图1，运行检测系统102包含输出轴限位检测器4，输出轴限位感应块41，万向轴限位检测器5及万向轴限位感应块51；

所述输出轴限位检测器4采用电感式接近开关，安装在主电机齿轮箱1的输出轴一侧的传动侧，其检测头面向主电机输出轴2，该电感式接近开关是用于非接触检测金属物体的一种检测器，本实施例使用的是型号为西门子PXI400的 电感式接近开关，其为圆柱形结构，直径为5mm，此类接近开关分为PNP型(常开式，无感应物体不吸合)和NPN型(常闭式，无感应物体吸合)，本实施例采用的是PNP型常开式3线制接近开关，有1个常开触点，工作电压是10～30VDC，工作电流达200mA。

所述输出轴限位感应块41是铁块，焊接在主电机输出轴2上，并在主电机输出轴2旋转到输出轴限位感应块41与输出轴限位检测器4的检测头最接近时存在一个感应距离，本实施例的感应距离为1.5CM；输出轴限位感应块41和输出轴限位检测器4匹配使用，使输出轴限位检测器4输出输出轴运行状态信号：当主电机输出轴2旋转一周，输出轴限位感应块41感应块会使输出轴限位检测器4感应一次，输出轴限位检测器4输出一个脉冲信号(即，当输出轴限位感应块41与输出轴限位检测器4在1.5CM内，常开式接近开关吸合，输出轴限位检测器4的输出从0变为1，当二者超过1.5CM，则常开式接近开关断开，输出轴限位检测器4的输出从1变为0，此吸合时间很短，因此，主电机输出轴2每旋转一周，使输出轴限位检测器4输出一个表示主电机输出轴2运行的脉冲电信号)，然后通过ET200站输入到PLC系统内。

所述万向轴限位检测器5采用与输出轴限位检测器4相同的电感式接近开关，安装在主电机齿轮箱1有输出轴的一侧的辊子侧，其检测头面向与主电机输出轴2连接的万向轴3上，所述万向轴3一端连接主电机输出轴2，另一端连接矫直辊；

所述万向轴限位感应块51采用与输出轴限位感应块41同样的铁块，焊接在万向轴3上，并在万向轴3旋转到万向轴限位感应块51与向轴限位检测器5的检测头最接近时存在一个感应距离，本实施例的感应距离为1.5CM；与上述输出轴限位感应块41和输出轴限位检测器4匹配使用同样，万向轴限位感应块51和万向轴限位检测器5也是匹配使用，使万向轴限位检测器5输出万向轴运行状态信号：当万向轴3每旋转一周，使万向轴限位检测器5输出一个表示万向轴3运行的脉冲电信号。

所述PLC控制器103是接收力矩检测系统101与运行检测系统102的输出信号并对该两信号进行实时判断及处理后输出实时控制信号的控制器。

所述主传动控制系统104配置在电气操作室内，是控制冷矫直机主传动运 行的系统，本发明中，主传动控制系统104的输入端连接到PLC控制器103的输出端，接收PLC控制器103的实时控制信号。

所述报警系统105是对PLC控制器103处理结果判定冷矫直机主传动万向轴发生故障时进行报警的设备，安装在电气操作室内，其输入端与PLC控制器103的输出端连接，其输出端连接到主传动控制系统104的冷矫操作显示器(未图示，其显示冷矫操作状态的画面，操作人员需经常操作此画面，因此可及时发现冷矫直机主传动万向轴的故障显示)，同时其输出端还与一个安装在电气操作室内的红色闪烁灯连接，发生故障时可以进一步提醒操作人员注意。

利用上述冷矫直机主传动万向轴保护装置进行冷矫直机主传动万向轴保护方法包含以下步骤：

S1，利用力矩检测系统检测冷矫直机主传动万向轴运行时的输出力矩，得到万向轴力矩信号；

S2，利用运行检测系统检测冷矫直机主传动的运行状态，得到主传动运行状态信号，所述主传动运行状态信号包含输出轴运行状态信号及万向轴运行状态信号，该步骤具体包含：

S21，利用输出轴限位检测器及输出轴限位感应块检测主电机输出轴的运行状态，得到所述输出轴运行状态信号；

S22，利用万向轴限位检测器及万向轴限位感应块检测万向轴的运行状态，得到所述万向轴运行状态信号；

S3，将步骤S1与S2测得的万向轴输出力矩信号及主传动运行状态信号输入到PLC控制器，进行逻辑判断及处理，该步骤具体包含：

S31，PLC控制器对输入的主传动运行状态信号进行逻辑判断及处理，如果判断结果主传动运行状态发生故障，PLC控制器向报警系统发出报警信号，使冷矫操作显示器的操作画面上进行故障显示，同时PLC控制器向主传动控制系统发出停止主传动运转信号，主传动停止运行，排除故障后重新从步骤S1开始上述过程；

S311，PLC控制器对输入的输出轴运行状态信号进行逻辑判断及处理：主电机输出轴每旋转一周，PLC控制器将接收一个输出轴旋转的脉冲信号，表示主电机输出轴旋转正常，如果在主电机输出轴规定旋转5次的时间内PLC控制 器判定未接收到一个输出轴旋转的脉冲信号，表示主电机输出轴没有正常工作，发生故障，存在危险，PLC控制器向报警系统发出报警信号，由报警系统进行操作画面的故障显示及红色闪烁灯闪烁报警信号，同时PLC控制器向主传动控制系统发出停止主传动运转信号，由主传动控制系统控制主传动停止运行，报警后需要人工现场检查主电机输出轴状态，待主电机输出轴正常后恢复生产，重新从步骤S1开始上述过程；

S312，PLC控制器对输入的万向轴运行状态信号进行逻辑判断及处理：万向轴每旋转一周，PLC控制器将接收一个万向轴旋转的脉冲信号，表示万向轴旋转正常，如果在万向轴规定旋转5次的时间内PLC控制器判定未接收到一个万向轴旋转的脉冲信号，表示万向轴没有正常工作，发生故障，存在危险，PLC控制器向报警系统发出报警信号，由报警系统进行操作画面的故障显示及红色闪烁灯闪烁报警信号，同时PLC控制器向主传动控制系统发出停止主传动运转信号，由主传动控制系统控制主传动停止运行，报警后需要人工现场检查万向轴状态，待万向轴正常后恢复生产，重新从步骤S1开始上述过程；

S32，PLC控制器对输入的万向轴力矩信号进行逻辑判断及处理，如果判断结果万向轴力矩超过设定的力矩上限值时称为出现大力矩，此时PLC控制器控制主电机速度降低，使其转速变慢，如果还出现大力矩，表示发生故障，PLC控制器向报警系统发出报警信号，使冷矫操作显示器的操作画面上进行故障显示，同时触发冷矫直机设备的快开保护功能，使矫直辊自动抬升，脱离钢板接触，排除故障后继续该步骤，该步骤具体指：

PLC控制器对输入的万向轴力矩信号进行逻辑判断及处理，在PLC控制器内设置万向轴力矩输出的上限值，到达这个上限值(出现大力矩)则不允许再加大万向轴力矩输出，需改用降低万向轴旋转速度来弥补(在PLC程序内实现，如果出现大力矩，PLC调整主电机旋转速度的参考值，并将此此信号发送主传动控制系统，控制主电机速度降低，使其转速变慢，达到万向轴旋转速度下降的目的)，即：即使负载需要继续增加万向轴力矩，通过闭环控制使其不再增加(出现此种情况，PLC进入到恒力矩控制模式，使力矩不再增加)，如果大力矩一直保持的话，在超过一定时间(5S)后就触发冷矫直机设备的快开保护功能(实现该功能的设备是现有技术，是针对冷矫直机设备保护而开发的一套设备， 其使矫直辊辊缝快速抬升，脱离和钢板的接触，达到快速释放力的作用)，矫直辊自动抬升，脱离钢板接触，从而避免了因扭矩过大而导致万向轴损坏的现象发生，大大降低了矫直机的故障率，在启动冷矫直机设备的快开保护功能后，操作人员检查现场状态，消除现场引起大力矩的故障，继续本步骤，如果现场无异常，那么矫直此钢板出现如此大的力矩，说明该钢板不能矫直或者需要模型优化，此时需停止主传动运行，进行相应处理。

本发明的实施从功能上弥补了现有矫直机万向轴保护装置存在的缺陷，保证了其能够长期工作在强震动，高负荷状态下的正常运行，同时又避免了矫直机恶性事故的发生，以保证生产正常稳定的运行。

综上所述，本发明的冷矫直机万向轴安全保护装置，可在冷矫直机对钢板进行矫直时，实时检测万向轴的运行是否出现异常，当矫直力矩达到一定值时，保护功能投入，从而避免了因较大力矩而使矫直机矫直万向轴损坏的现象发生，大大降低了冷矫直机的故障率。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。