德国Achenbach高速铝箔轧机板形显示故障检修实例
董清良 

摘要：大亚科技铝业公司2004年交付使用的一台德国阿申巴赫Achenbach（以下简称AB公司）铝箔粗轧机，各项性能指标均达标，当年达到设计产量。该机配备了先进的板形控制系统，但由于各种原因，运行三年来，出现几次板形显示故障，一度严重影响生产正常进行。本文的故障处理分析，供使用类似设备的厂家参考。

关键词：铝箔轧机  板形显示  故障检修
  
前言：板形公差是铝箔产品最重要的质量指标之一，是用来衡量板形平整度的尺子，它的提高更主要的是依赖于设备装备水平。板形自动控制系统（SFC）是高速现代化重要的标志，也是生产优质板带（箔）材的有效手段。本文简要介绍AB铝箔轧机板形显示原理，板形显示故障及其解决实例。

1．铝箔粗轧机设备主要技术参数
材料规格
轧制材料       AA1000系列铝和纯铝，3003、4004、4045、4343，状态H14
带材宽度    600~1200 mm
带材厚度       入口最大0.8 mm，出口最小0.012 mm
料卷重量       最大8000 kg (不含套筒)
轧制参数
轧制速度       0~670/2000 m/min
轧制力         最大6000 KN，最小60 KN 
支承辊         直径初始ø 750 mm最小ø 710 mm，长度1400 mm
工作辊         直径初始ø 260 mm最小ø 235 mm，长度1580 mm
电气参数
开卷电机功率   2 X 140 KW  DC
主电机         功率2 X 700 KW  DC
卷取电机功率   140 KW+ 250 KW  DC
直流驱动装置   西门子6R70系列
PLC           西门子S7-400系列CPU 414-3
自动化控制     
厚度控制方式   压上伺服控制调节和张力、速度反馈
自动化系统    AB公司开发的 OPTIROLL INTRAPLANT® 系统，主要包括
 SCA带厚测量和控制（美国Thermo Radiometrie M218测厚仪）；
 SFC板带平直度控制系统（实心驱动BFI板形辊）；
 铝箔产量、面积优化系统和过程参数记录。
其他系统
轧制油冷却     主油箱容积40000L，主泵流量2500升/分，油压力、温度自动控制。
油过滤器装置   AB公司SUPERSTACK® II板式过滤器，流量2750升/分。
灭火装置       高压CO2系统，德国TOTAL WALTHER公司产品。

2．阿申巴赫（AB公司）铝箔轧机板形检测原理
    目前，工业生产已采用的板形检测方法有20种以上,铝板带箔生产主要有下列4种：一、DAVY（SIEMENS/VAI）英国 VIDIMON ——空气轴承悬浮式 ；二、ABB瑞典——压磁式；三、德国Achenbach——BFI压电式；四、美国Thermo/ Radiometrie——X射线式。各种板形测量方式在力学性能、测量特性、测量精度、信号传输、维护保养等方面均有自己的特点，Achenbach公司的板形系统简要介绍如下。
2．1板形检测装置组成
AB公司制造的板形辊是采用BFI（Betriebs-Forschungs-Institut）技术生产，在实芯辊体上加工，按设定的位置和角度钻孔，外边间距26mm，中心区域间距52mm，将压电晶体圆柱形组件安装在孔内，引线通过中心孔→并行集线转换盒（Summing box）→电荷放大器（Charge amplifier）→脉冲编码调制器（PCM）&光电转换传送器（PCM Transmission unit）以下简称编码器→插头连接电缆→（PCM Rack ）解码器、控制器、存储器→AB的SFC-PC机。从压电晶体到解码器主要由BFI公司制造。从PCM框架到SFC-PC计算机总线连接，SFC到显示PC（VIS）、厚控PC（SCA）、预设定（PRE）PC采用TCP/IP通讯。脉冲发生器（Pulsgenerator）提供载波脉冲和每转一次的电荷放大器清零复位信号。
黄色区域内为辊旋转部件，黄色区域以外为固定部分，PCM旋转变换传送部件为精密机电一体化元件，通过电磁耦合给辊内电荷放大器等电子元件提供电源，测量信号通过光信号到传输到固定部分。
测量辊（Measuring roll）驱动侧采用自调心球轴承，操作侧圆柱形轴承，与驱动电机刚性直联接。SFC系统硬件组成原理框图见下图。


2．2板形控制原理及系统组成
由操作者给出标准板形参考曲线，铝箔轧制通常选择中部紧边部松的抛物线曲线，中高（BOW）值按道次、板厚以及轧制经验选择。当板形投入自动后，系统按指定的板形曲线自动调节喷液、弯辊和倾斜，同时有手动干预功能，可选择局部喷射或弯辊倾斜的手动调节。板形控制结构框图如下。
 

AB公司的板形冷却液喷射控制，采用上下支撑辊各一排104mm间距喷嘴，仅有通断控制，轧制时打开，固定流量冷却轧辊。上下工作辊各三排可独立控制的喷嘴，采用通用电磁阀驱动，两侧喷嘴间隔26mm，26个喷嘴，中间喷嘴间隔52mm，10个喷嘴，合计36个，对应36个传感器。工作辊喷嘴三排组合实现6级冷却，A=15%、B=35%、C=50%、A+C=65%、B+C+85%、A+B+C=100%，喷嘴连续通断控制。喷射梁横向移动功能使边部冷却更合理、板形更完善。
2．3 AB公司板形仪优点
AB轧机的BFI板形辊优势特点主要有：压电晶体传感器精度高（响应极限0.01N、宽度26mm）、响应速度快、无滞后、不需要电源、全量程线性度好。在实心辊表面钻孔，安装压电陶瓷传感器，固定后和辊一起磨削，传感器表面直接铝箔接触，受压时传感器产生电压信号，放大处理光电传输到板形计算机。辊为整体结构，辊驱动线速度与出口带速保持一致，对铝箔表面没有任何损伤，有很强的过载能力，不需要过载保护。辊旋转和非旋转部分电气线路采用光电和电磁耦合，抗干扰能力强，没有滑环，信号不失真，适合高速轧制环境。
2．4影响板形的因素
板形影响因素诸多，主要包括设备制造安装精度、设备选型、生产工艺和毛料条件。
设备制造和安装调整精度：轧辊的磨损，轧辊的几何公差，安装制造误差，各轴线平行度（尤其是板形辊、包角辊、展平辊平行度），卷取料卷形状。
检测和控制方式：自动板形控制系统中目标板形曲线优化程度，板形检测系统功能、电气控制灵敏性和零点漂移控制、喷液系统正常否、冷却油温度偏差、压力/位置检测元件功能、弯辊/倾斜控制执行元件功能。
生产工艺参数：粗糙度均匀性，原始凸度，热凸度，轧辊的弹性弯曲，弹性压扁，板面横向温度差、轧制线速度、来料板形误差、生产环境等。
3．Achenbach轧机板形显示故障检修实例
3．1  板形显示跳动实例（一）
2004年10月,刚刚投入生产仅半年的铝箔轧机出现板形显示跳动，并且越来越严重，从第一道次开始反映，逐步到第二道次、第三道次，后来单张（最后道次）也有问题。
故障描述：
轧制过程中板形显示整体跳动，MAX-URANGE值变化很大（从1000～9950），卷取张力AB-VIS显示的张力跳动严重，AEI-西门子卷取实际张力变化并不大，偶尔造成断箔刀动作。灵敏度选择在AUTO时，实际检测灵敏度会有LOW—MIDDLE或 MIDDLE—HIGH不规则转换，转换时板形显示阶跃跳变，操作手观察屏幕看的眼睛发晕。
故障时的显示波形如左图，跳动情况是从低灵敏度向高灵敏度转换，瞬间又回来，造成连续跳变。因此无法高速轧制。     
检查处理：
试验中，选择手动灵敏度LOW、MIDDLE或HGIH，板形显示基本正常，但有时仍跳动。SFC计算机示波器功能，显示波形正常，波形MV值有变化。
联系厂家AB公司，远程诊断/网络连接到德国AB公司，结果认为驱动侧轴承FAG 122M/C3有问题，（AB公司生产的轧机已经发现多起SFC辊此轴承出现异常），操作侧轴承SKF NU1026/C3。诊断：当天单张生产，板形跳动严重。用SFC示波器，观察生产时的检测波形，对比加油润滑情况下变化，确定轴承有问题。
结论：
AB公司工程师现场指导下更换板形辊轴承后，系统恢复正常。检查拆下的一对轴承，发现FAG 122M/C3确实已经有损坏。考虑板形辊拆装一次不容易，同时更换没有损坏的另一只轴承。质保期内出现的第一次板形显示故障，在专家指导下完成检修。
3．2 板形显示跳动实例（二） 
故障描述：
2005年4月，又陆续出现“板形显示跳动”，表现为非常频繁且严重，感觉与第一次轴承不好现象不同。
检查处理：
检查的示波器波形如左图。
在AB公司专家的书面指导下进行如下处理。
a．关闭所有补偿（SCOPE SETUP COMPENSATION：有phase（COS）、Amplitude（SIN）、Ramp、DC可选择）。 
b．空载1500RPM，观察波形。
c．停止驱动，在自由状态下观察波形，如果OK则驱动系统故障。
d．仍有问题，更换主柜上的PCM DECODER BOARD。更换此板后开始正常，几个小时后故障又出现。
e．测量电源装置，+21V=20.98V；+15V=15.08V；+5V=5.02V，属于正常范围。
f．编码器没有备件情况下处理：打开上盖，用压缩空气吹扫编码器内部，有少量积油，温度明显很高，吹扫处理后效果良好，但2～3个班下来又出现同样问题。
g．临时冷却处理（轴承座部位温度很高直接传到编码器），采用临时外部冷却装置吹轴承座，效果明显好转，但高速时仍有问题。
在AB公司专家来现场指导下进行如下处理。
检查生产记录，发现旋转变送器温度高达100℃以上，不正常。通常SFC旋转变送器55℃以上需要冷却，65℃属于极限温度，显然需要外部冷却。
冷却气体要求：干燥空气、压力0.1～0.5BAR，出口管径越大越好。使用来自轧机的冷冻干燥机、吸附式干燥器冷却空气。实际的压力调节到0.5BAR，原因是管道细、管路长。
SFC旋转变送器温度在AB记录曲线中可以看到连续的温度变化，在SFC计算机中可以找到当前值。
结论：
由于3#（AB）轧机出口侧速度高，SFC旋转变送器工作温度超过正常极限温度，造成工作不稳定，采用外部冷却后工作正常。开始的处理虽然有效果，应该是停机后自然冷却后编    码器正常，编码器温度高时故障重现，时好时坏给问题处理带来困难。质保期内出现的第二次板形显示故障，仍然是在专家指导下完成检修。
3．3板形显示跳动实例（三）
经历过两次板形显示故障处理后，积累了一些维修经验，购买了必要的备件和检测工具。2005年11月、12月，连续出现两次板形显示问题都很快解决，板形检测和显示正常情况下图形如下。

AB轧机板形显示图                      内部示波器波传感器形图
故障描述：
A、 轧制中的3#轧机设备突然板形乱跳，与上述图显示和示波器波形图比较有明显异常，很快板形显示全无。
B、处理正常后仅运行两天，设备高速生产（超过1400m/min）时板形跳动又出现。
检查处理：
问题A处理
?停机SFC计算机重新启动一次，重新轧制，开始正常，1300m/min以上故障又出现。试车运行过程中发现，速度1300m/min时板形乱跳，继续升速板形显示全无，即使降速仍没有板形显示，有时1200m/min时也出现板形消失。
?空运转试验，加速时比较正常，1500m/min出现异常，波形明显不正常。最后无论如何试验均无板形仪显示。
?打开编码器，检查没有发现高温、腔内部进油等异常。检查两个接头连接良好。手触摸编码器后部感觉有微微振动，有加/减速轴承卡阻感觉。编码器温度记录为55.5℃，属于正常温度。冷却空气压力正常，出口明显有热气排出，拆开上盖有正压力感觉。
?换编码器后，故障消除。
问题B处理
?分别更换控制板、PCM解码板、电荷放大器板，结果故障现象依旧。
?SFC辊轴承检查，声音比较大，用加长杆仔细听轴承，有一些缺油干摩擦杂音，其实并不缺油，按润滑规程加油。
?板形辊空运转，开始阶段有波形出现，升速后杂波严整，板形显示不正常。
?振动诊断分析：波形与轴承损坏时波形基本一致，确定轴承又一次损坏。
?轴承更换后一切恢复正常。
SFC辊轴承“正常”振动波形
SFC辊轴承“可能有问题时”振动波形
SFC辊轴承“损坏时”振动波形

结论：
A旋转编码器故障引起板形跳动，无法测量。以前的高温运行可能造成加速编码器损坏，可能是编码器内部轴承不良引起其他部位损坏。
B板形辊轴承损坏引起板形跳动，更换后正常。此次故障处理暴露出经验不足，更换轴承不足一年，就没有再考虑轴承可能出问题。轴承的失效也有渐进过程，开始故障呈现偶发给问题处理带来难度，使用振动诊断分析仪能够快速分析轴承引起的故障。
结束语：铝箔轧机板形仪装置，包括检测和显示控制设备是一套精密复杂的系统，先掌握原理再分析故障，总结故障规律，找出解决办法。同样的故障现象可能有不同的原因，本文介绍的故障也没有普遍性，供同行参考。 

单位：大亚科技丹阳铝业分公司设备部 董清良
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