KEMI-TORNION AMMATTIKORKEAKOULU. TH2-servohydrauliikan kunnossapito

Transkriptio

1 KEMI-TORNION AMMATTIKORKEAKOULU TH2-servohydrauliikan kunnossapito Timo Halttu Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelman opinnäytetyö Konetekniikka Insinööri (AMK) KEMI 2011

2 Halttu Timo Opinnäytetyö I ALKUSANAT Tämä työ on tehty Kemi-Tornion Ammattikorkeakoulun konetekniiikan osastolle vuosina 2010 ja 2011 Outokummun Tornion tehtaiden kylmävalssaamo 2:lla. Haluan lausua kiitokset kunnossapitoinsinööri Niko Alaluusualle pitkäjänteisestä ohjauksesta ja valvonnasta sekä työnsuunnittelija Kimmo Aholalle ohjauksesta. Kiitokset myös koko RAP:n henkilökunnalle, jotka olivat tässä projektissa mukana. Kiitokset oppilaitoksen opettajille erittäin hyvästä opetuksesta ja opinnäytetyön ohjauksesta Timo Kaupille. Suurimmat kiitokset kotiin Marjolle, Cillalle ja Tessalle kannustuksesta ja avusta opintojen aikana.

3 Halttu Timo Opinnäytetyö II TIIVISTELMÄ Kemi-Tornion ammattikorkeakoulu, Tekniikan yksikkö Koulutusohjelma Kone- ja tuotantotekniikka Opinnäytetyön tekijä Timo Halttu Opinnäytetyön nimi TH2-servohydrauliikan kunnossapito Työn laji Opinnäytetyö päiväys sivumäärä liitesivua Opinnäytetyön ohjaaja TkL Timo Kauppi Yritys Outokumpu Stainless Oy Yrityksen yhteyshenkilö/valvoja Insinööri, mekaaninen kunnossapito, Niko Alaluusua Tämä opinnäytetyö on tehty Tornio Worksin kylmävalssaamo 2:n TH2-servohydrauliikan tämän hetkisen kunnon selvittämiseksi ja toiminnan parantamiseksi. Työ toimi osaksi apuna ja täydentävänä osana järjestelmän häiriöitä tutkivalle OK1-projektiryhmälle. Hydrauliikasta johtuvia näkyvimpiä hukkia ovat järjestelmän vuodot. Usein varjoon jäävät toiminnalliset viat, jotka ovat hetkittäisiä tai hiljalleen vaikuttavia, kuten esimerkiksi jonkin säätöarvon muuttuminen. Työlle asetettujen tavoitteiden saavuttamiseksi perehdyttiin järjestelmän toimintaan ja siihen liittyviin dokumentteihin sekä tutustuttiin alan kirjallisuuteen. Järjestelmästä otettiin öljy- ja suodatinnäytteitä sekä tutustuttiin analysoivasti tämän hetkisiin ennakkohuoltotöihin. Varaosavaraston kattavuus tutkittiin komponenttitasolla ja tehtiin ABC-analyysi. Työssä saavutettiin sille asetetut tavoitteet. Varaosavarastoon on tehtävä täydennyksiä, jotta järjestelmän mahdollinen vikaantuminen ei aiheuta suurta tuotannon menetystä. Myös varaosavaraston laajentaminen mahdollistaa ennakkohuollon tehokkaan toiminnan. Tämän hetkiset ennakkohuoltotyöt todettiin hieman riittämättömiksi, joten niiden tueksi lisättiin kolme ehdotusta mahdollisiksi ennakkohuoltotöiksi. Lisätyksi ehdotetut työt liittyvät järjestelmän säätöarvojen mittaamiseen, jotta ne säilyvät halutulla tasolla. Asiasanat: kunnossapito, hydrauliikka, ennakkohuolto.

4 Halttu Timo Opinnäytetyö III ABSTRACT Kemi-Tornio University of Applied Sciences, Technology Degree Programme Mechanical and Production Engineering Name Timo Halttu Title Maintenance of Hydraulic System TH2 in RAP5 Type of Study Bachelor s Thesis Date 25 September 2011 Pages appendixes Instructor Timo Kauppi, LicSc (Tech.) Company Outokumpu Stainless Oy Supervisor from Company Niko Alaluusua, B.Sc (Mech. Eng.) This thesis was carried out at the Outokumpu Stainless cold rolling mill 2. Its objective was to clarify TH2 servo-hydraulic system's present condition. The thesis partly helped the OK1 project that was investigating the system failures. The main losses in hydraulics are the leaks in the system. Because of this, not enough attention paid to functional faults, like of the system's parameters that can change over time. To reach the goal of the thesis, the function of the system it s documents and literature related to it was examined. Oil and filter samples were analyzed and current preventive maintenance was studied. Of the spare parts warehouse inventory coverage was studied at component level and the ABC analysis was made. The objectives set for the thesis were reached. The spare part warehouse need some supplemental purchases in order to prevent possible failure which would cause major losses in the production. Maintenance was considered to be slightly insufficient, so three proposals for possible maintenance were added. Those proposals contain measuring the system parameters so that they will remain on the desired level. Key words: maintenance, hydraulics, preventive maintenance.

5 Halttu Timo Opinnäytetyö IV SISÄLLYSLUETTELO 1. JOHDANTO KYLMÄVALSSAAMO Ruostumattomien nauha- ja levytuotteiden toimitustilat Prosessi Alkupää Valssainalue Uunialue Peittausalue Loppupää Prosessi ja kunnossapito KUNNOSSAPITO Kunnossapidon määritelmä Kunnossapidon tavoite Ennakoiva kunnossapito HYDRAULIIKKA HYDRAULIIKAN KUNNOSSAPITO SERVOTEKNIIKKA RAP5:n HYDRAULIIKKAJÄRJESTELMÄT TH2-SERVOHYDRAULIIKKA Säiliö, sivukierrot ja paluusuodatus Pumput ja paineensäätö Valssikidan raonsäätö ja valssausvoima Bullback Välivalssin taivutus Työvalssin poikkeutus ja välivalssin sivusiirto Pilottilinja TH2-JÄRJESTELMÄN servoventtiilit D660-sarja D790-sarja Servo- ja proportionaaliventtiileiden kunnossapito TH2-JÄRJESTELMÄN KUNNON MÄÄRITYS Öljy- ja suodatinnäytteet Servoventtiilin huolto VARAOSAKARTOITUS ABC-analyysi Varaosavaraston täydennys ENNAKKOHUOLTOTYÖT Ennakkohuoltotöiden riittävyys Ehdotukset uusiksi EHU-töiksi YHTEENVETO LÄHDELUETTELO LIITELUETTELO... 51

6 Halttu Timo Opinnäytetyö V KÄYTETYT MERKIT JA LYHENTEET TW Tornio Works KYVA kylmävalssaamo RAP5 kylmävalssaamo 2, rolling annealing and pickling TH2 työhydrauliikka 2 SAKO SAP- koodi / varaosanumero EHU ennakkohuolto

7 Halttu Timo Opinnäytetyö 1 1. JOHDANTO Outokumpu-konsernin toiminta keskittyy teräkseen ja teknologiaan. Outokumpu toimii yli 30 maassa ja työllistää noin 8500 henkilöä. Henkilöstö on jakautunut seuraavasti: Aasia 1 %, Pohjois- ja Etelä-Amerikka 5 % ja Eurooppa 94 %. Yrityksestä on noin 60 % suomalaisomistuksessa (kuva 1). /8/ Kuva1. Omistuksen jakautuminen /1/ Torniossa ja Kemissä toimivat Outokumpu Stainless Oy ja Outokumpu Chrome Oy kuuluvat Outokumpu-konsernin General Stainless liiketoiminta-alueeseen. Täysin integroitu ja ainutlaatuinen tuotantoketju alkaa Kemissä sijaitsevasta kromikaivoksesta ja jatkuu Torniossa sijaitsevan ferrokromitehtaan, terässulatoiden, kuumavalssaamon sekä kylmävalssaamoiden prosesseissa. Tornion terästehdas on maailman suurin yhtenäinen

8 Halttu Timo Opinnäytetyö 2 ruostumattoman teräksen valmistusyksikkö. Kemissä ja Torniossa työskentelee yhteensä noin 2400 henkilöä. Lisäksi terästuotannon välillinen vaikutus alueelle on noin 9000 työpaikkaa. Valmistusketju on kuvattuna kuvassa 2. /8/ Lopputuotannosta suurin osa ruostumattomista teräsnauhoista ja -levyistä toimitetaan Torniosta asiakkaille yli 60 eri maahan. Osa tuotannosta kulkee Röyttän sataman kautta laivoilla Terneuzeniin, Hollantiin. Siellä nauhat ja levyt leikataan asiakkaiden haluamiin mittoihin jatkokäsittelylaitoksessa, Outokumpu Stainless Oy:n tytäryhtiössä Outokumpu Stainless B.V:ssä. Röyttän satamassa Torniossa toimii Outokumpu Stainless Oy:n toinen tytäryhtiö, Outokumpu Shipping Oy. Se huolehtii Röyttän sataman tavaraliikenteestä ja vastaa kaikesta satamassa tapahtuvasta laivojen ahtaus- ja laivanselvitystoiminnasta. /8/ Kuva 2. Tornion tehtaiden tuotantokaavio /1/

9 Halttu Timo Opinnäytetyö 3 Opinnäytetyön aihe tuli Outokumpu Stainless Oy:n Kylmävalssaamo 2:n mekaanisenkunnossapidon insinööriltä Niko Alaluusualta. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin RAP5:n hydrauliikkajärjestelmää TH2 eli valssaimien servohyrauliikkajärjestelmää ja laadittiin ennakkohuolto toimenpiteitä. TH2-järjestelmään kuuluu kolmituolinen tandemvalssain (TCM) ja yksituolinen viimeistelyvalssain (SPM). Työ oli rajattu koskemaan kolmituolisen TCM-valssaimen servohydrauliikkaa. Työssä kartoitettiin servohydrauliikkajärjestelmän nykytila ja varaosavarasto komponenttitasolla sekä ennakkohuollon riittävyys. Nykytilan analysoinnin ja tämän hetkisten kunnossapitosuunnitelmien pohjalta suunniteltiin ennakkohuoltostrategia servojärjestelmälle sekä ehdotettiin täydennettäväksi varaosavarastoa kriittisillä komponenteilla.

10 Halttu Timo Opinnäytetyö 4 2. KYLMÄVALSSAAMO 2 RAP-lyhenne tulee englanninkielisistä sanoista Rolling, Anealing, Picling eli suomeksi valssaus, hehkutus, peittaus. RAP:in prosessi on jatkuvatoiminen eli siinä on yhdistelty yleensä erillisinä prosesseina toimivat kylmävalssaus, hehkutus ja peittaus, viimeistelyvalssaus sekä venytysoikaisu. RAP5-linjan laskennallinen kapasiteetti on 1,1 miljoonaa tonnia ruostumatonta terästä vuodessa ja se mahdollistaa perinteistä erillisprosessia lyhyemmät läpimenoajat ja hyvän tasaisen laadun. Tämä taas vaikuttaa tuotanto kustannuksiin laskevasti. /9/ 2.1. Ruostumattomien nauha- ja levytuotteiden toimitustilat Linjalla voidaan tehdä seuraavanlaisia tehdastoimitustiloja: 1 Kuumavalssattu, hehkutettu, peitattu 1H RAP-tuote, hehkutettu, peitattu, lujitettu viimeistelyvalssaimella 2E RAP-tuote, tandem-valssattu, hehkutettu ja peitattu 2B Kylmävalssattu, hehkutettu, peitattu, viimeistelyvalssattu 2D Kylmävalssattu, hehkutettu, peitattu TR Kylmävalssattu, hehkutettu, peitattu, lujitettu

11 Halttu Timo Opinnäytetyö 5 Kuva 3. Materiaalin reitit ja toimitustilat /2/ Kuvassa 3 on havainnollistettu eri toimitustilojen reitit. Linjalta saadaan ensimmäisen ajokierroksen tuloksena toimitustilan 1, 1H ja 2E tuotteita ja tarvittaessa voidaan ajaa toinen kierros jolloin tuloksena toimitustilat 2B, 2D, ja TR. Mustaksi nauhaksi tai mustaksi kuumanauhaksi kutsutaan kuumavalssattua ensimmäiselle kierrokselle tulevaa materiaalia. Kun tämä musta nauha on linjalla kertaalleen käsitelty, niin puhutaan kirkkaasta kuumanauhasta tai peitatusta kuumanauhasta. Toisen prosessikierroksen tuloksena saadaan kylmävalssattua nauhaa. /2/

12 Halttu Timo Opinnäytetyö Prosessi Kuva 4. RAP5:n prosessikaavio /2/ RAP5 on jatkuvatoiminen linja, jossa kaikki kylmä valssauksen osaprosessit on integroitu samaan linjaan. Kuvassa 4 havainnollistettuna valssausprosessi. Linjan kapasiteetti on t/a, josta kuumanauhaa t/a ja kylmänauhaa t/a. Kuumanauhan paksuus on 1,0-6,0 mm ja kylmänauhan 1,0-3,0 mm. Valmistettavien nauhojen leveys vaihtelee 950 mm:n ja 1650mm:n välillä. Kaikkien varaajien ollessa täynnä linjassa on n metriä nauhaa. /2/ Alkupää Aukikelaimet ja hitsauskone Korkeavarastosta rullat siirretään panganpoistoon, jossa sidepangat poistetaan ja kelataan romulaatikoihin. Pääntaivutusyksikkö taivuttaa nauhan pään, jotta aukikelaimella pujotus onnistuisi. Askelpalkit ja siirtovaunut siirtävät rullan aukikelaimelle. Aukikelain pujottaa nauhan oikaisukoneen kautta leikkurille, joka leikkaa nauhan pään tasaiseksi hitsausta varten. Leikkurilta nauha pujotetaan risteysasemalle ja edelleen hitsauskoneelle. Aukikelaimia on kaksi kappaletta, jotka pujottavat nauhaa normaalitilanteessa vuorotellen.

13 Halttu Timo Opinnäytetyö 7 Leikkurit leikkaavat nauhaa sen liikkuessa nopeudella 30 m/min. Aukikelaimen pujotusnopeus on 50 m/min. /6/ Nauhat hitsataan päistään toisiinsa laserhitsauskoneella täytelangalla. Hitsattavien nauhojen päät tasataan koneen yhteydessä olevalla leikkurilla. Hitsattu sauma hiotaan molemmin puolin ja leikataan reunoista. Hitsauksen jälkeen sauma koeponnistetaan. Laserhitsauksella saatu sauma on kestävä ja ylivalssattavissa. Sauman ylivalssattavuus on ehdoton edellytys valssaamon jatkuvatoimiselle prosessille. Hitsauskoneen jälkeen nauha ohjataan kellarissa sijaitsevaan nauhavaraaja 1:een. /2/ Nauhavaraaja 1 ja esikuumennus Nauha pysähtyy hitsauksen ajaksi, joten nauhaa syötetään tämän ajan valssaimelle hitsauksen ajaksi hidastaa. Nauhavaraaja 1:een mahtuu nauhaa 750 metriä. Se kulkee varaajassa kuudessa kerroksessa. Varaajan tarkoitus on mahdollistaa valssaimelle tasainen nopeus nauhan pysäyttävien osaprossesien aikana aikana. /2/ Varaajasta nauha kulkee esikuumennusyksikköön, jossa nauha pestään painepesureilla ja upotetaan n. 90ºC:een vesialtaaseen. Tämän jälkeen nauha kuivataan ja ajetaan esilämmitysuuniin, jossa lämpötila vaihtelee nauhan leveyden, paksuuden ja ajonopeuden mukaan ºC:n välillä. Nauhan lämpötilaksi pystytään nostamaan 120 ºC. Tämä helpottaa valssausta. Nauhan lämpötilan nosto myös ehkäisee muokkausmartensiitin muodostumista valssauksessa. Koreampi lämpötila mahdollistaa myös suuremman reduktion saavuttamisen valssaimella. /2/ Valssainalue Tandem-valssain ja rasvanpoisto RAP:n Tandem-valssain on Z-high-tyyppinen 6-korkea valssain, jolla nauhat ajetaan haluttuun paksuuteen. Valssaimen periaatteellinen rakenne näkyy hyvin kuvassa 5.

14 Halttu Timo Opinnäytetyö 8 Valssain rakentuu kolmesta peräkkäisestä valssituolista, joilla nauhaa pystytään ohentamaan yhteensä 50 %. Valssainta voidaan ajaa maksimissaan 250 m/min. Jäähdytykseen ja voiteluun käytetään valssausöljyä maksimissaan l/min. Valssaimella käytetään neljää erilaista valssia: tukivalssi (BUR) on halkaisijaltaan mm, välivalssi (IR) mm, sivutukivalssi (SSR) mm ja työvalssi (WR) mm. /2/ Valssaimen käyttö tapahtuu välivalssien avulla. Valssausvoima tuodaan tukivalsseihin kahdella hydraulisella HAGC-sylinterillä. Valssirakoa säädetään lineaariantureilla ja servoventtiileillä. Välivalsseille voidaan tehdä taivutusta, siirtää sivusuunnassa ja valsseja voidaan poikkeuttaa toisistaan. Valssaimen ohjaavahydrauliikka on TH2. Yleishydrauliikkana toimii TH3. Tässä työssä tullaan käsittelemään valssaimen servohydrauliikkaa TH2 ja sen ennakkohuoltoa. /2/ Kuva 5. Tandemvalssaimen rakennekuva (periaatteellinen) /2/

15 Halttu Timo Opinnäytetyö 9 Valssauksessa nauhan pintaan jää valssausöljyä, vaikka valssaimella on kaksi öljyn pyyhkijärullaparia. Pintaan jäänyt öljy poistetaan korkeapainepesureilla ja niitä seuraavassa huuhteluyksikössä. Huuhtelun jälkeen nauha harjataan harjakoneella ja kuivataan. Rasvanpoiston jälkeen nauhan on oltava kuiva ja öljytön, koska valssaimen vetoon vaikuttava rullasto on heti rasvanpoiston jälkeen. S-rullastolta nauha nousee toiseen kerrokseen nauhavaraaja 2:een. Tällä varaajalla mahdollistetaan tasainen ajonopeus prosessialueelle valssin vaihtojen aikana. Varaajaan mahtuu nauhaa 750 metriä. Varaajaa pyritään pitämään mahdollisimman täynnä. /2/ Uunialue Hehkutus, jäähdytys ja hilseenmurtaja Valssauksessa nauha pyrkii muokkauslujittumaan ja menettää sitkeysominaisuuksia. Hehkutuksella palautetaan nauhan lujuus, raekoko ja sitkeys. Hehkutus auttaa myös peittausta rikkomalla hilsettä nauhan pinnasta. Kuumanauhalla loppulämpötila on 1100 ºC ja kylmänauhalla 1150 ºC. Maksiminopeus uunialueella on 150 m/min. Nauhaa kannattaa uunialueella revolverityyppiset rullat, joiden vaihto tapahtuu nauhan pysähtymättä. /2/ Hehkutuksen jälkeen nauha on jäähdytettävä nopeasti. Jäähdytys tapahtuu hallitusti valitun käyrän mukaisesti. Jäähdytys koostuu yhdeksästä vyöhykkestä, joista ensimmäisessä käytetään vain ilmaa, vyöhykkeissä 2-7 ilmaa ja vettä, vyöhykkeet 8 ja 9 ovat ns. runsasvesiyksiköitä. Nauhan lämpötila jäähdytysvyöhykkeiden jälkeen on korkeintaan 80 ºC. Nauhan nopeus jäähdytyksessä on maksimissaan 150 m/min. /2/ Hilseenmurtajaa käytetään vain kuumanauhalle. Vedolla ja taivutuksella saadaan oikaistua nauhaa ja tehdään nauhan hilsekerrostumiin halkeamia, joiden kautta peittaushapot pääsevät tehokkaasti vaikuttamaan. Hilseenmurtaja taivutta nauhaa metallirullilla rikkoen sen hilsekerroksen. Harjausyksikkö puhdistaa nauhan ylä- ja alapinnalta. Nopeus hilseenmurtajalla on enintään 150 m/min. Tämän jälkeen nauha vielä kuulapuhalletaan tarvittaessa. Riippuen ajomoodista. /2/

16 Halttu Timo Opinnäytetyö Peittausalue Peittausprosessissa poistetaan edeltävissä prosessivaiheissa nauhan pintaan syntynyt hehkutushilsekerros ja hilsekerroksen ja teräksen rajapintaan syntynyt kromiköyhä alue. Näin teräksen pinnanlaatu ja korroosionkestävyys paranee. Peittauksessa on kaksi osiota, elektrolyytti- ja sekahappopeittaus. /2/ Elektrolyytti ja sekahappopeittaus Elektrolyyttipeittaus tapahtuu sähkövirran avulla neutraalissa elekrolyyttiliuoksessa (Na2SO4). Nauha upotetaan liuokseen, jossa sähkövirta johdetaan nauhan ja vastaelektrodin välille. Peitauksessa nauhaa polarisoidaan vuoronperään anodisen ja katodiseen potenttiaaliin ja virta kulkee elektrolyyttiliuoksen välityksellä. Nauha kulkee koko ajan ylä- ja alapuolisten eletrodiparien välissä. Näin kemiallinen reaktio liuottaa hilsekerrosta nauhan pinnasta. /2/ Sekahappopeittauksessa on tavoitteena poistaa elekrolyyttipeittauksessa jääneet hilsekerrosjäämät ja tämän kerroksen alle muodostuneen ns. kromiköyhän vyöhykkeen. Sekahappopeittaus perustuu edellämainittuja kerroksia liuottaviin kemiallisiin reaktioihin. Teräsnauha kuljetetaan kolmen kierrätyspiirin kautta, joissa jokaisessa on kaksi happoallasta. Peittaushappona on fluorivety- (HF), rikki- (H2SO4), ja typpihapon (HNO3) vesiliuos. /2/ Peitausalueen jälkeen sijaitseva nauhavaraaja tasoittaa ajonopeuden viimeistelyvalssaimen valssin vaihtojen ajaksi. Tähän varaajaan mahtuu 750 metriä nauhaa. Tätä varaaja pyritään pitämään mahdollisimman tyhjänä. /2/

17 Halttu Timo Opinnäytetyö Loppupää Viimeistelyvalssain ja venytysoikaisu Vimeistelyvalssain on ns. 4-korkea valssain. Sillä voidaan ajaa 4-korkealla moodilla kuumanauhaa ja 2-korkealla moodilla kylmänauhaa. 4-korkealla moodilla ajettaessa on käytössä tukivalssit ja työvalssit ja 2-korkeassa moodissa on käytössä vain työvalssit ja valssien taivutus. Kylmänauhaa valssatessa nauhan paksuus ei juurikaan muutu vaan tasomaisuutta ja pinnanlaatua pyritään parantamaan. Valssausnopeus on maksimissaan 350 m/min. Viimeistelyvalssainta käytetään TH2- ja TH3-hydrauliikoilla. Kuvassa 6 on kuvattuna molemmat moodit periaatekuvana. /2/ Kuva 6. Viimeistelyvalssaimen periaatekuva 4-korkea ja 2-korkea moodista /2/

18 Halttu Timo Opinnäytetyö 12 Venytysoikaisua käytetään vain kylmänauha-ajossa tavoitteena nauhan tasomaisuuden parantaminen. Oikaisu tehdään pelkällä vedolla tai kasettia käyttämällä. Laite sijaitsee S- rullastojen 12 ja 13 välissä ja vetojännitys tehdään S-rullastolla 13. Kasettia käytettäessä käytössä on myös öljyemulsio/tislattu vesiruiskutus. Maksiminopeus 350 m/min. /2/ Päällekelaimet ja nauhavaraaja 4 Ennen päällekelaimia nauha menee rasvanpoisto 2:n läpi. Siinä nauhasta puhdistetaan viimeistelyvalssauksessa jäänyt öljy ja emulsio. Varaaja 4 toimii viimeistelyvalssaimen valssinvaihtojen sekä tarvittaessa myös loppupään puskurina. Nopeus on maksimissaan 350 m/min. 4-varaajan jälkeen nauha tulee koneellisen pinnantarkastuslaitteen ja pystytarkastuspaikan kautta leimauslaitteelle, jossa tarvittaessa nauha voidaan leimata sekä ylä- että alapinnaltaan tuoteleimalla. Tämän jälkeen nauha kulkee loppupään valvomon läpi, jossa nauha tarkastetaan visuaalisesti ja nauhan laatu luokitellaan. /2/ Nauha katkaistaan leikkurilla, joka on tyypiltään samanlainen kuin alkupäässä. Leikkauksen jälkeen pujotetaan uusi pää vapaana olevalle päällekelaimelle. Loppupää ei pysähdy rullanvaihdon aikana, koska päällekelaimia on kaksi ja tulevat nauhat pujotetaan vuorotellen kelaimille. Loppupään maksiminopeus on 350 m/min. Päällekelaimilta rullat siirretään siirtovaunuilla sitomakoneille ja edelleen varastovaunuilla automaattiseen korkeavarastoon. /2/ 2.3. Prosessi ja kunnossapito Työvaiheiden integrointi tuo mukanaan myös erityyppisten laitteiden kunnossapitoon liittyvät haasteet. Kunnossapidon pitää olla tehokasta ja mahdollisimman ennakoivaa. Käyttöaste pitää pystyä pitämään korkeana ja kaikkien osaprosessien pitää toimia luotettavasti, koska jokainen osaprosessi on riippuvainen toisistaan. Esim. Tandemvalssauksen hydrauliikka ongelmat aiheuttavat kapasiteetin menetystä myös kaikissa muissa työvaiheissa. Hydrauliikkaongelmat saattavat pilata tuotenauhaa pitkiäkin pätkiä. Jonkin osa-alueen vikaantuminen ei ole niin iso ongelma perinteisessä

19 Halttu Timo Opinnäytetyö 13 tuotantoteknologiassa, koska työvaiheet ovat omilla linjoillaan ja jokaisella prosessivaiheella on oma etuvarastonsa. Tällainen prosessi on kuitenkin huomattavasti hitaampi ja kankeampi vaikka kaikki osaprosessit toimisivat moitteetta. /2/

20 Halttu Timo Opinnäytetyö KUNNOSSAPITO Kunnossapito on käsitteenä todella laaja ja sen toimet ovat erittäin monimuotoisia. Kunnossapidon tavoitteena voidaan pitää sitä, että käytössä olevat koneet ja laitteet pysyvät parhaassa mahdollisessa kunnossa ja niitä on mahdollisimman turvallista käyttää. Yleisesti kaikki yrityksen johdon tekemät toimet ja päätökset, jotka vaikuttavat laitteiden kuntoon, voidaan luokitella kunnossapidoksi. Erityisesti ennakoivan kunnossapidon merkitys on kasvanut merkittäväksi. Yleisesti on huomattu, että laitteiden ennakoivalla kunnossapidolla säästetään rahaa ja korjauksiin kuluvaa aikaa, kun laitteiden vikaantumista ja rikkoutumista estetään ja vikaantumisväliä pidennetään ennakko- ja määräaikaishuoltojen avulla Kunnossapidon määritelmä Kunnossapitoa määritellään SFS EN standardissa seuraavasti: Kunnossapito koostuu kaikista kohteen elinajan aikaisista teknisistä, hallinnollisista ja liikkeenjohdollisista toimenpiteistä, joiden tarkoituksena on ylläpitää tai palauttaa kohteen toimintakyky sellaiseksi, että kohdepystyy suorittamaan vaaditun toiminnon. /1/ Kunnossapidon tehtäviin voidaan sanoa kuuluvan seuraavat asiat: - laitteen toimintakunnon ylläpitäminen - laitteen käytön turvallisuus - laitteen laaduntuottokyky - laitteen elinjakson hallinta - oikeiden käyttöolosuhteiden noudattaminen - palauttaminen alkuperäiseen kuntoon - koneen modernisointi - suunnitteluheikkouksien korjaaminen - käyttö- ja kunnossapitotaitojen kehittäminen.

21 Halttu Timo Opinnäytetyö Kunnossapidon tavoite Kunnossapidon keskeinen tavoite on mahdollisimman korkea tuotannon kokonaistehokkuus ja hyvä käyttövarmuus. Oikealla tavalla toteutettuna nämä luovat mahdollisuuden hyvätasoiseen käytettävyyteen ja käyttöasteeseen. Paras mahdollinen käyttövarmuus merkitsee toiminnan luotettavuutta. /10/ 3.3. Ennakoiva kunnossapito Ennakoivassa kunnossapidossa seurataan kunnossapidettävän kohteen suorituskykyä ja sen parametrejä. Päämääränä voidaan pitää vähentää vikaantumisen todennäköisyyttä ja koneen tai osan toimintakyvyn heikkenemistä. Kunnossapito on aikataulutettua, jatkuvaa tai sitä tehdään vaadittaessa. Ajan kanssa saatujen tulosten perusteella voidaan suunnitella ja aikatauluttaa kunnossapidollisia tehtäviä. Ennakoivaan kunnossapitoon kuuluu muiden muassa: - tarkastaminen - kunnonvalvonta - testaaminen ja toimintakunnon toteaminen - käynninaikainen valvonta - vikaantumistietojen analysointi. Kunnonvalvontaa voidaan tehdä kohteen käydessä tai suunnitellun seisokin aikana. Kunnonvalvonnan avulla haetaan vikoja jotka oireilevat tai todetaan koneen tai laitteen olevan hyvässä toimintakunnossa. Kuvassa 7 näkyy suunnitellun kunnossapidon jakautuminen useisiin haaroihin. Ehkäisevä kunnossapito on lähinnä vikojen torjumista. Kunnostaminen on parhaillaan huoltoa ennen rikkoontumista ja parantava kunnossapito tekee koneesta tai laitteesta paremman ja luotettavamman. /1/

22 Halttu Timo Opinnäytetyö 16 Kuva 7. Kunnossapitolajit /1/

23 Halttu Timo Opinnäytetyö HYDRAULIIKKA Hydrauliikkajärjestelmät ovat tehonsiirtoketjuja, jotka muuttavat järjestelmälle annettavan mekaanisen tehon hydrauliseksi. Ketju myös välittää sen haluttuun kohteeseen ja muuntaa sen siellä takaisin mekaaniseksi tehoksi kulloinkin kyseessä olevan sovelluksen käyttöön. Tehon siirto voi olla hydrostaattisen tai hydrodynaamisen siirtomekanismin tuotos. Tehoa siirtävänä aineena on neste, johon teho sidotaan paineena ja tilavuusvirtana. /3/ Hydraulisen järjestelmän etuina muihin tehon siirtotapoihin verrattuna ovat suunnittelun vapaus ja yleensä komponenttien teho-painosuhteet. Suunnittelija ei myöskään ole sidottuna johonkin tiettyyn ennalta määrättyyn tehonsiirtorataan vaan teho voidaan siirtää tuottokohdasta käyttökohteeseensa kulloinkin sopivinta reittiä pitkin. Hydraulijärjestelmä vaatii sovelluksessa pienemmän tilan kuin muihin periaatteisiin perustuvat tehon siirtomenetelmät, koska komponentit ovat pienikokoisia suhteessa niiden tehoon. Taulukossa 1 on vertailtu mekaanista ja sähköistä tehonsiirtoa hydrauliseen siirtoon. /3/ Taulukko 1. Tehonsiirtotapojen vertailu Kriteeri Tehonsiirtotapa Hydraulinen Mekaaninen Sähköinen Teho-painosuhde Hyvä Hyvä Huono Säädettävyys Hyvä Huono Hyvä Hyötysuhde Kohtalainen Hyvä Kohtalainen Turvallisuus Hyvä Hyvä Hyvä Rakenteen muunneltavuus Hyvä Huono Erittäin hyvä Kustannukset Riippuvat suuresti säädettävyys asteesta Nykyaikainen hydrauliikka järjestelmä koostuukin tehonsiirron perusjärjestelmästä sekä siihen liittyvästä ohjausjärjestelmästä, joka yksinkertaisimmillaan hyödyntää manuaaliohjausta ja kehittyneimmillään mikroprosessoriohjausta, jolloin yleensä on kyse järjestelmän säädöstä. /3/

24 Halttu Timo Opinnäytetyö 18 Teollisuudessa hydrauliikkaa sovelletaan esimerkiksi työstökoneissa, puristimissa, valsseissa, paperikoneissa yms. Kullakin sovelluskohteella on omat erityisvaatimuksensa tehonsiirrolle sekä säädettävyydelle. Käytettävät järjestelmäsuureet, paine ja tilavuusvirta vaihtelevat suuresti sovelluskohteittain. Järjestelmän käyttöolot taas vaikuttavat käytettäviin komponentteihin ja väliaineisiin eli nesteisiin sekä materiaaleihin. /3/

25 Halttu Timo Opinnäytetyö HYDRAULIIKAN KUNNOSSAPITO Monimutkaisten hydrauliikkajärjestelmien vianetsintä on usein aikaa vievää ja vaikeaa. Itse vianetsintään käytettyjen työtuntien lisäksi kustannuksia tulee seisokkiajasta, joka on aina tuottamatonta, oli kyseessä sitten teollisuusjärjestelmä tai mobilekone. Hydrauliikassa esiintyvien komponenttien huolto- ja vaihtovälin määrittäminen on erittäin haastava osa ennakoivaa kunnossapitoa. Esimerkiksi komponenttien valmistajilla ei ole tuotteillensa useinkaan mitään käyttöikää määritteleviä arvoja valmiiksi määriteltynä. Esimerkiksi tässä työssä tutkittavan hydrauliikkajärjestelmän käyttäminen vikaantumiseen asti johtaisi melko suurella todennäköisyydellä erittäin suuriin taloudellisiin menetyksiin. Hydraulikomponenttien käyttöikää voidaan yrittää määritellä esimerkiksi kunnonvalvonnan, erilaisten laskentamallien tai tilastollisen seurannan avulla. Useinkaan hydraulikomponenteille ei ole luotettavia ja helposti käyttöiän määrittämiseen käytettäviä kunnonvalvontamenetelmiä. Kuitenkin joillekkin komponenteille voidaan käyttää kunnonvalvonnan ja ennakkon määritellyn määräaikaisvaihtovälin yhdistelmää, jossa käyttöiän määrittää ensin toteutuva vaihtoehto. Öljyille ja sylintereille on kohtuullisen helppoa järjestää käyttöiän määrittävää kunnonvalvontaa. Öljyjä voidaan analysoida helposti ja nopeasti. Sylintereiden vuodot ja kuluminen on helpohkosti havaittavissa. Venttiilien, letkujen ja putkistojen kunnonvalvonta on lähes mahdotonta. Tällaisissa tapauksissa on erityisen tärkeää määrittää määräaikaisvaihtoväli, jos halutaan suorittaa ennakoivaa kunnossapitoa. Huonona puolena määräaikaisvaihtovälille voidaan pitää sitä, että monet komponentit kestäisivät huomattavasti pidempään. Teollisuudessa kuitenkin määräaikaisvaihtoväli saattaa olla edullisempi ratkaisu, koska monesti komponentin kalliskin hinta alittaa lyhyenkin tuotannon seisauksen kulut. Määräaikaisvaihtovälejä on kuitenkin syytä tarkkailla määräajoin ja pitää yllä seurantaa vaihdettujen komponenttien kunnosta. Mikäli komponentit ovat jatkuvasti uutta vastaavassa kunnossa niin tulisi harkita vaihtovälin pidentämistä. Kuitenkin aika varoen, jotta rikkoontumisia ei pääsisi syntymään. Jonkin pienenkin komponentin rikkoontuminen saastuttaa helposti ison

26 Halttu Timo Opinnäytetyö 20 teollisuushydrauliikka järjestelmän ja näin voidaan kallista tuotantoaikaa tuhlata järjestelmien huuhteluihin, joka olisi ollut vältettävissä mahdollisella komponentin määräaikaisvaihdolla.

27 Halttu Timo Opinnäytetyö SERVOTEKNIIKKA Servotekniikassa on yleensä käytössä avoin- tai suljettusäätöpiiri. Avoimessa säätöpiirissä (kuva 8) annetaan asetuslaitteelle tai venttiilille käskyarvo, joka sitten ohjaa toimilaitteen tiettyyn tilaan. Toimilaitteella voi olla anturit, jotka mittaavat milloin laite saavuttaa annetun arvon tai tilan. Toimilaitteen oloarvoa ei mitata käynnin aikana tai jos mitataan, niin sitä ei käytetä hyväksi toimilaitteen säätämiseen. Näin mahdollisia häiriöitä, jotka muuttavat toimilaitteen toimintaa tai oloarvoa ei oteta huomioon käskyarvossa. Järjestelmä on siis altis ulkoisille ja sisäisille häiriötekijöille. Esim. laitteen kuormitus ja kitkat vaikuttavat oloarvoon. Kuva 8. Avoimen säätöpiirin periaatekuva. Suljetussa säätöpiirissä (kuva 9) olevien toimilaitteiden oloarvoa valvotaan jatkuvasti mittausantureilla. Antureiden avulla saatua arvoa verrataan eroelimessä kuinka hyvin se vastaa annettua käskyarvoa. Jos ja kun poikkeamia ilmenee käskyä korjataan siten, että poikkeama saadaan mahdollisimman pieneksi. Säätöpiiri säätää koko ajan annetun asetusarvon ja todellisen arvon eroa. Tällaisen takaisin kytkennän vuoksi järjestelmä sietää erittäin hyvin ulkoisia häiriötekijöitä verrattuna avoimeen säätöön. Kun avoimessa säädössä tulee poikkeama oloarvoon jatkaa laite toimintaansa väärällä toimilaitteen asetuksella. Kun taas suljetussa säätöpiirissä arvoa korjataan välittömästi. Toiminta voidaan ja kannattaa säätää niin nopeaksi, että mahdollinen tuote ei kärsi laadun heikkenemistä.

28 Halttu Timo Opinnäytetyö 22 Hydraulisessa servojärjestelmässä voi olla asema-, nopeus- ja voimaservo. Asemaservon tehtävänä on aikaansaada toimilaitteelle asema, joka seuraa suuretta. Hyötysuhde ei ole ratkaisevan tärkeä asemaservoissa, joten käytännön sovellutukset ovat yleensä venttiiliohjattuja. Nopeusservon tehtävänä on aikaansaada toimilaitteelle nopeus, joka seuraa käskysuurretta. Nopeusservo voi olla venttiiliohjattu tai pumppuohjattu. Pumppuohjattu nopeusservo on yleisempi. Toimilaitteena on yleensä hydraulimoottori. Takaisinkytkentä saadaan yleensä takometrigeneraattorilta, joka on kytketty moottorin akselille. Järjestelmä pitää moottorin pyörintänopeuden vakiona riippumatta kuormituksesta. Voimaservon tehtävänä on antaa toimilaitteelle voima, joka seuraa käskysuuretta. Voimaservo on usein venttiiliohjattu, koska tilanne on luonteeltaan staattinen, eikä hyötysuhde ole ratkaiseva. Voimaservolle on mahdollista saada aikaan vakiovoima tai momentti riippuen toimilaitteesta. Toimilaite voi olla sylinteri tai moottori. Kuva 9. Suljetun säätöpiirin periaatekuva

29 Halttu Timo Opinnäytetyö RAP5:N HYDRAULIIKKAJÄRJESTELMÄT Työhydrauliikkajärjestelmä TH0 toimii erillisinä kokonaisuuksina kylmävalssaamo 2:n siirtovaunuissa. Järjestelmän kokonaisuudet ovat aika pieniä ja yksinkertaisia. Siirtovaunuissa on sylinteri joka nostaa rullan varastopaikaltaan ja vaunu kuljettaa rullan uuteen varastopaikkaan tai prosessivaiheeseen. Tämä järjestelmä kuuluu kriittisyysluokittelussa luokkaan C. Vaunuja on aina kaksi rinnakkain toiminnassa ja toisen vikaantuessa ei tuotanto pysähdy. TH1-hydrauliikkajärjestelmä on Z-high-valssaimen hydrauliikkajärjestelmä. Järjestelmä on luokiteltu kriittisyys luokittelussa A-luokkaan. Järjestelmän vikaantuessa tuotanto pysähtyy ja aiheuttaa välittömästi mittavia tuotannon menetyksiä. TH2 on viimeistelyvalssaimen ja Tandem-valssaimen servohydrauliikkajärjestelmä. Järjestelmään kuuluu viimeistelyvalssaimella HAGC-sylintereiden säätö ja välivalssien taivutukset. HAGC-sylintereilä säädetään valssikita ja valssausvoima. Tandemvalssaimella järjestelmän piiriin kuuluu myös HAGC-sylintereiden säätö, välivalssien taivutukset, välivalssien sivuttaissiirto ja työvalssien offset-säätö. TH2-järjestelmä kuuluu kriittisyysluokituksessa luokkaan A. Mikäli järjestelmä vikaantuu tai menee häiriötilaan pysähtyy tuotanto välittömästi aiheuttaen suuria tuotannon menetyksiä. TH3 on ns. yleishydrauliikkajärjestelmä jonka piirissä toimivat erinlaiset luukut ja ovet sekä apulaitteet. TH3-järjestelmä on kriittisyysanalyysin perusteella luokiteltu kuuluvaksi A-luokkaan. Järjestelmän vikaantuessa tuotanto pysähtyy välittömästi aiheuttaen mittavia tuotannon menetyksiä.

30 Halttu Timo Opinnäytetyö TH2-SERVOHYDRAULIIKKA Tässä työssä käsitellään TH2-järjestelmää vain TCM-valssaimen osalta. Kuvassa 10 on kyseisen järjestelmän koneikon yksinkertaistettu kuvaus. TH2 HYDRAULIC SYSTEM RECIRCULATING CIRCUIT TO USERS HEAT EXCHANGER -Y101 -F111 -to -F116 -F101 COOLING WATER -B111 -to -B116 RECIRCULATION PUMPS -M101 MAIN PUMPS -M101 -to -M106 MAIN CIRCUIT S117 -S111, -to -S M102 RETURN -F101 Micro Filter DIRTY SIDE CLEAN SIDE TANK TANK Kuva 10. Yksinkertaistettu kaaviokuva TH2-järjestelmän koneikosta

31 Halttu Timo Opinnäytetyö Säiliö, sivukierrot ja paluusuodatus Säiliö on kahteen kammioon jaettu terässäiliö. Säiliön tilavuus on 8000 litraa. Säiliössä on huohottimia, joissa on suodatin Hydac 0005-L 003P. Säiliössä on myös öljyn lämpötilaanturi, pinnanmittausanturit sekä vedentunnistin. Nämä ovat kytkettynä automaatiojärjestelmään ja antureiden antamille arvoille on annettu hälytysrajat. Säiliössä on kytkettynä jatkuvatoiminen ns. munuainen, jossa on pieni suodatinyksikkö. Suodattimena on kaksi Hydacin 3 µm:n suodatinta. Tämä kierto kierrättää öjyä säiliön likaisesta kammiosta puhtaaseen kammioon pienen ruuvipumpun avulla. Pumppua pyörittää 810 W:n sähkömoottori. Pumpun tuotto on 3,2 l/min. Säiliön öljyä kierrätetään likaiselta puolelta puhtaalle puolelle myös sivukierron kautta jossa on lämmönvaihdin ja suodatinyksikkö. Öljyä kierrättää pumppu jonka maksimituotto on 896 l/min ja teho 37 kw. Sivukierron paine on säädetty 30 bariin. Suodatinyksikössä on kaksi 10 µm:n suodatinta. Öljyn ollessa liian lämmintä kierrätetään se 250 kw:n lämmönvaihtimen kautta, jossa kiertää lauhdevesi. Vesi on tullessaan n. 28 ºC ja sitä kiertää 450 l/min. Öljyn lämpötilaa tarkkaillaan koko ajan automaatiojärjestelmän toimesta. Mikäli öljyn lämpötila on liian alhainen ohjataan öljy automaattisesti ennen suodattimia suoraan pumpulta lievästi kuristettuna takaisin säiliöön, jolloin öljy lämpenee. Säiliöön virtaa järjestelmän paluuöljy joka menee 5µm:n suodattimien läpi takaisin säiliöön. Suodatinyksikössä on venttiilit joista voidaan ottaa paluuöljyn öljynäytteet ennen suodatusta Pumput ja paineensäätö Järjestelmän paine saadaan aikaan kuudella aksiaalimäntäpumpuilla, joita pyörittää kutakin 110 kw:n sähkömoottori. Pumppujen tuotto on 240 l/min kappaleelta. ja painetta pumput tuottavat 250 baria. Pumppujen painetta säädetään ns. DP-säädöllä joka säätää kaikille

32 Halttu Timo Opinnäytetyö 26 pumpuille saman paineen. Pumppujen jälkeen on painesuodatinyksikkö, jossa on painelähetin, joka lähettää paine tietoa automaatiojärjestelmään. Painelähettimen jälkeen on varoventtiili, joka on säädettynä 280 barin arvoon. Suodattimena on 5 µm:n painesuodatin. Koneikkoon kuuluu myös kuusi kappaletta 50 litran paineakkuja jotka tasaavat järjestelmän painevaihteluita ja ottavat vastaan pieniä painepiikkejä, jotta piikit eivät pääsisi vaurioittamaan järjestelmää. Akkujen tuotto ei kuitenkaan riitä järjestelmää ylläpitämään kuin hetken. Toiminta on lähinnä turvallisuuteen liittyvää. Jos paineen tuotto linjaan lakkaa, niin akut suojaavat vaarallisilta liikkeiltä säilyttäen paineen sylintereissä Valssikidan raonsäätö ja valssausvoima Valssikidan raonsäätö tapahtuu H.A.G.C-sylintereillä. Näitä sylintereitä on kaksi kappaletta aina yhdessä valssituolissa. Sylintereitä ohjataan MOOG D791- servoventtiileillä. Paine tulee venttiilille painelinjasta 250 barin paineella. Paineakkuyksikkö on kytkettynä linjaan ennen ohjaavaa venttiiliyksikköä. Paineakkuna on Hydakin 10 litran akku, joka on esitäytetty 200 bar:n paineella. Akun tehtävänä on tasoittaa paineiskuja sekä mahdollisen paineen katoamisen seurauksena estää laiteiston odottamattomat liikkeet. Venttiiliyksikössä on lukkoventtiili ennen servoa jota ohjataan erillisellä venttiilillä. Lukkoventtiili avataan mikäli käsky aukeamiselle on annettu ja sylinterille menevässä linjassa ei ole korkeampi paine kuin 250 bar. Sylinteriä ajetaan yksitoimisesti varrenpuolen 50 bar:n vastapainetta vastaan. Näin saadaan sylinterin liikkeet tarkoiksi. Servoventtiili säätää sylinterille menevän öljyn paineen ja virtauksen. Sylintereillä on asema-anturit. Valssituolin molemmilla sylintereillä on oma ohjauksensa. Servon jälkeisessä sylinterille menevässä linjassa paine ylittyy tapauksessa, jossa sylinterille kohdistuu isku valssauksessa tapahtuvassa erikoistilanteessa esim. nauhakatko tai ns. rytty, jossa teräsnauha ryttääntyy valssaimeen. Kun paine ylittyy, niin avautuu pikaavauksen varoventtiili. Tällöin sylinterin varrenpuolen paine työntää sylinterit ylös ja valssikidan rako aukeaa. Valssikita voidaan avata myös manuaalikäskyllä pika-avauksella.

33 Halttu Timo Opinnäytetyö 27 Tällöin lukkoventtiili sulkee painelinjan ja pika-avauksen venttiilit avautuvat ja varren puolelle sylinteriin ohjataa pullback- eli vastapainelinjasta 140 bar:n paine 8.4. Bullback H.A.G.C.- sylintereiden männänvarrenpuolelle ohjataan vastapaine joka on 50 baria. Sylintereitä ajetaan tätä painetta vastaan kuten edellisessä kappaleessa mainittiin. Ensin linjassa on paineakkuyksikkö. Paineakkuna on Hydakin 10 litran akku, joka on esitäytetty 210 bar:n paineella. Linjassa on akun jälkeen painelähetin ja paineen säätöventtiili, jossa paine on alennettu 50 bariin. Tämä paine ohjataan normaalissa ajotilanteessa valssaussylintereiden männänvarrenpuolelle suuntaventtiilin kautta. Jos tarvitaan pikaavaus, niin silloin suuntaventtiililä ohjataan linjaan 140 bar:n paine ja sylinterit avautuvat maksiminopeudella. Normaalitilanteessa esim. valssinvaihdossa sylinterit ajetaan auki pienemmällä 50 barin paineella Välivalssin taivutus Välivalssien taivutusta toteutetaan neljällä E-blockilla/valssituoli, joissa on kussakin kahdeksan sylinteriä (kuva 11). Taivutuksen hydrauliikan paine on 250 baria. Ohjaus on lähes samanlainen kuin H.A.G.C-sylintereillä mutta sylintereitä ajetaan kaksitoimisesti. Taivutuksen sylintereitä ohjaa MOOG D661 servoventtiili. Sylintereitä ajetaan 160 barin vastapainetta vasten joten sylinterin liikkeet ovat erittäin tarkat. Pika-avaus tapahtuu vastapaineella.

34 Halttu Timo Opinnäytetyö 28 Kuva 11. Välivalssin taivutuslohkopari eli ns. E-blogit 8.6. Työvalssin poikkeutus ja välivalssin sivusiirto Työvalsseja voidaan poikkeuttaa. Työvalssien poikkeutusta säädetään MOOG D661- servoventtiilillä joka säätää kaksitoimista sylinteriä. Sylinterissä on asemanmittausanturit. Molemmissa sylinterille menevissä linjoissa on painelähettimet. Sylinterin ohjaus tapahtuu samalla tavalla kuin E-blockien ohjaus mutta poikkeutusta ei ajeta vastapainetta vastaan vaan sylinterit ovat kaksitoimisia. Ylä- ja alatyövalsseja ohjaa kutakin oma sylinterinsä jolla on oma piirinsä. Sylinterit siirtävät kiiloja, joista ajetaan välys pois jättöpuolella olevilla kuudella sylinterillä, jotka sijaitsevat kaikki samassa palkissa. Näitä palkkeja on yksi kutakin työvalssia kohden. Nämä sylinterit ovat yksitoimisia ja jousipalautteisia. Näiden ohjaus tapahtuu suuntaventtiileillä. Säätö ei ole niin tarkkaa koska kiilasylinteri on ajettu asemaansa servoventtiilin ohjaamana ja nämä sylinterit ajavat kiiloja vasten välykset nollaan.

35 Halttu Timo Opinnäytetyö 29 Välivalssien sivusiirtoa toteuttaa neljä kaksitoimista sylinteriä/valssituoli eli yksi sylinteri kutakin valssia kohden. Sylintereissä on asemaanturit. Hydrauliikan paine piirissä on 140 bar. Sivusiirron sylintereiden ohjaus on samanlainen kuin työvalssien poikkeutuksen sylintereiden ohjaus. Servoventtiilinä on myös MOOG D Pilottilinja Servoventtiileitä ohjataan erillisellä 140 bar:n paineella toimivalla pilottipaineella. Linjan paine otetaan järjestelmän korkeapainelinjasta ja säädetään paineen alennus yksiköllä 140 bar:iin. Pilottipaineen tulopuolella ennen servoja on Hydacin 3µm:n suodattimella varustettu suodatinyksikkö. Jokaisessa venttiilistandissa on yksi kappale suodattimia. Venttiilistandeja on yksi kutakin valssituolia kohden. Näissä venttiiliyksiköissä on kaikki servoventtiilit paitsi valssausraonsäätöventtiilit ovat H.A.G.C-sylintereiden yhteydessä.

36 Halttu Timo Opinnäytetyö TH2 -JÄRJESTELMÄN SERVOVENTTIILIT Kylmävalssaamo 2:lla on käytössä elektronisesti takaisin ohjautuvia venttiileitä sekä mekaanisesti takaisin kytkeytyviä venttiilejä. Nämä kaksi venttiili tyyppiä poikkeavat ohjaukseltaan suuresti toisistaan D660-sarja Kylmävalssaamo 2:lla on käytössä kahden tyyppistä D661-sarjan venttiiliä: - D P80HABF6VSX2-B - D P60HABF6VSX2-B Tällaiset venttiilit ovat ns. EFB-venttiileitä (Electrical Feedback valve). Elektronisesti takaisin ohjattuventtiili. Kuvassa 12 esitellään yksinkertaistettuna TH2-järjestelmässä käytössä olevan D660-sarjan servoproportionaaliventtiilin toimintaa. Venttiilille tulee ulkoa asetusarvo (toimilaitteen oloarvo) sekä karan asennon oloarvo. Venttiili elektroniikka generoi näitä arvoja ja antaa esiohjaukselle virtausarvon joka taas säätää karan asennon. Karan liikettä seurataan ja korjataan koko ajan elektronisesti. /4/ - Virtauksen asetusarvo (aseman asetusarvo) U QS - Karan asennon oloarvo U LI - Erosuure U - Ohje esiohjaukselle, (elektroniikka generoi) I - Esiohjauksen virtaus pääkaralle Q V - Pääkaran liike X

37 Halttu Timo Opinnäytetyö 31 Kuva 12. D661 servoventtiilin toiminta /4/ 9.2. D790-sarja Kylmävalssaamo 2:lla on käytössä kahden tyyppistä D790-sarjan venttiiliä: - D S25JXQB6 VSX2-B - D S25JXQB6 VSX2-B D790-sarjan venttiilejä kutsutaan MFB (Mechanical Feedback Valve) venttiileiksi eli mekaanisesti takaisin kytkeytyvä venttiili. Kuva 13. MFB-venttiilin toimintaperiaate /5/

38 Halttu Timo Opinnäytetyö 32 Kuvassa 13 on kuvattu venttiilin toimintaa. Kun takaisinkytkentä voima tulee yhtä suureksi kuin magneettivoimat vääntömoottorissa, niin ankkuri/läppä yhdistelmä siirtyy takaisin keskiasentoon. Tasaisella paineella tilavuusvirta kuormalle on verrannollinen karan asemaan. Karan liike pysähtyy kun takaisinkytkentäjousen vääntövastus on yhtä suuri kuin sähkövirran aiheuttama voima säätömoottorin keloilla. Eli karan asema on verrannollinen syöttövirtaan. Mitä suurempi syöttövirta sitä enemmän kara liikkuu. /5/ 9.3. Servo- ja proportionaaliventtiileiden kunnossapito Tämän tyyppisille venttiileille eivät valmistajat anna mitään tarkkoja käyttöikäennusteita. Venttiilien käyttöikä vaihtelee suuresti käyttölämpötilan ja käytetyn paineen mukaan. Myös erittäin suuri vaikutus on käytössä olevalla öljyllä ja sen kunnolla venttiilin käyttöikään. Venttiileitä on syytä tarkkailla ja pitää seurantaa venttiileiden määräaikaisvaihdoista, häiriöistä ja häiriöistä johtuvista venttiilin vaihdoista. Näin saadaan kirjattua dataa, joka ajan kuluessa voidaan tulkita ja sen mukaan suunnitella venttiilien ennakkohuoltoa. Erittäin tärkeässä roolissa on öljyn puhtaus, koska tämän tyyppisissä venttiileissä on erittäin pieniä kanavia ja välykset pieniä. Pienetkin epäpuhtaudet aiheuttavat ventiilin vikaantumisen tai häiritsevät sen toimintaa aiheuttaen epätarkkuutta säädössä. Kuitenkin erittäin harvoin kara jumiutuu koska karavoimat servoventtiilissä ovat varsin suuret (>1000N). Yleisohjeena voisi ajatella, että hydraulista komponenttia ei tulisi häiritä kun se toimii normaalisti. Tämä varsinkin servoventtiileiden kanssa tärkeää, koska venttiilin irroittamisessa on aina riskinsä. Venttiiliä ei tulisi poistaa paikaltaan ellei vianhaku selkeästi osoita venttiilissä olevan vikaa. Mikäli järjestelmä pitää avata (esim. jonkun muun suoritettavan työn takia) ja venttiili poistaa sen paikalle pitää asettaa huuhtelulaatta. Ja takaisin asennus, kuin järjestelmän käyttöönoton yhteydessä eli huuhtelu. Mikäli venttiili pitää poistaa ympäröivä alue lohkolla tulee tarkoin puhdistaa ennen venttiilin irrroittamista. Venttiilin vaihdon yhteydessä syntyy helposti ongelmia uuden vaihdetun venttiilin kanssa jos puhtaudesta tingitään. /5/

39 Halttu Timo Opinnäytetyö 33 Servojärjestelmän likaantumisesta johtuvat häiriöt voidaan jakaa kahteen ryhmää: - Partikkelilikaantumisessa suuremmat partikkelit (> 40 µm) voivat tukkia venttiilin esiohjaus asteen. Venttilissä oleva esiohjauksen suodatin on juuri tälle kokoluokalle suunnattu suodatin. - Erittäin hienojakionen likaantuminen aiheuttaa erityisesti pääkaran ja holkin väliin kertyvää likaa. Silt-lika vaikuttaa pitkän päälle karan ja holkin teräviin ohjausreunoihin tylsistyttämällä niitä ja kasvattamalla sisäistä vuotoa. /5/

40 Halttu Timo Opinnäytetyö TH2-JÄRJESTELMÄN KUNNON MÄÄRITYS Tämä opinnäytetyö suunniteltiin tukemaan OK1-projektia, joka tutkii TH2-järjestelmän suurimpia vikaantumisen aiheuttajia ja pyrkii saamaan ratkaisut pisimpiä tuotantokatkoksia aiheuttaneiden häiriöiden toistumisen ehkäisyyn. Ryhmän jäsenet koostuivat Kylmävalssaamon käytön vastaavasta työnjohtajasta, kunnossapidon työnsuunittelijasta, sähkö- ja automaatiotyönjohtajasta, ennakkohuollon työnjohtajasta ja Tormets Oy:n hydrauliikan insinööristä. Projektissa annetiin tähän opinnäytetyöhön suunta ja muutamia tutkittavia asioita listattiin seuraavasti. - TH-2 järjestelmän tämänhetkisen tilan tasoa selvitetään ottamalla öljynäytteitä ja suodatinnäytteitä sekä lähettämällä laitteesta irroitettu servoventtiili tutkittavaksi. - Varaosakartoitus. Yksinkertainen analyysi tämän hetkisestä varastosta TH2 järjestelmän komponenteista sekä varaston arvosta (ABC-analyysi). - Tutustuminen analysoivasti tämän hetkisiin ennakkohuoltotöihin. Näitä edellämainittuja tutkimusmenetelmiä apuna käyttäen tuli luoda suunnitelma ennakkohuollosta TH2-järjestelmään Öljy- ja suodatinnäytteet Öljynä järjestelmässä on Shell Tellus S 46. Projektiryhmä otti öljynäytteitä painepuolelta järjestelmästä. Näytteiden analysointi osoitti öljyn olevan todella hyväkuntoista ja riittävän puhdasta servojärjestelmään. Öljyn luokitus ISO 4406-standardin mukaan on 13/12/9 (taulukot 3 ja 4). Öljynäyte otettiin myös linjaston paluusuodattimia ennen ja tulos oli heikompi. Toki paluulinjassa on aina jonkin verran epäpuhtauksia joita linjastosta irtoaa. Täytyy muistaa, että öljyn tehtävä on myös kuljettaa mahdolliset epäpuhtaudet pois järjestelmästä. Öljy oli

41 Halttu Timo Opinnäytetyö 35 ISO VG 46 mukaista ja kuivaa (20 ppm vettä). Hiukkasten suhteen sen sijaan öljy oli likaisempaa kuin servojärjestelmissä suositellaan. Servojärjestelmien puhtausvaatimus on nykyään 14/12/8-15/13/9 riippuen esim. paineesta ja järjestelmän kriittisyydestä jne. Taulukossa 2 näkyy hiukkasjakauma. Analysoidun öljyn luokitus 18/16/13 joka on huomattavasti alle suositusten. Kun otetaan huomioon painepuolen näyte, niin syytä huoleen ei ole. Paluupuolen vahva likaantuminen kuitenkin pitää ottaa huomioon suodattimien vaihtoa suunniteltaessa. Taulukko 2. Paluulinjan öljynäytteen hiukkasjakauma (Liite 5) Kumulatiivinen hiukkasjakauma Hiukkaskoko, µm ( c ) Hiukkastenmäärä/100ml > > > > > > > > ISO-puhtausluokka 18/16/13 Järjestelmästä otettiin myös pilottilinjan suodatinpatruuna, joka lähetettiin Colly Companylle analysoitavaksi. Suodatin oli määrä tarkastella siihen jääneitä epäpuhtauksia silmällä pitäen. (Liite 6) Suodatin oli silmämääräisesti ehjä ja puhtaan näköinen. Se käänteishuuhdeltiin ja hiukkasmäärien perusteella voitiin todeta, että suodatin ei ollut vielä vaihdon tarpeessa. Pääosa käänteishuuhtelussa irronneista hiukkasista oli ruskeita, metallinkiillottomia ja eimagneettisia hiukkasia. Mahdollisesti karstamaisia yms. sakkamaisia hiukkasia. Tuskin kuitenkaan ruostetta, sillä hiukkasissa ei ollut lainkaan havaittavissa metallimaisuutta. Huuhtelussa irtosi myös hieman metallinkiiltoisia hiukkasia. Nämä hiukkaset olivat

42 Halttu Timo Opinnäytetyö 36 kooltaan pääosin < 10 µm. Niiden määrä oli kuitenkin suhteellisesti todella alhainen. Kuvasta 14 voi hyvin havainnollistaa tuloksen. Kuva 14. Suodattimen käänteishuuhtelussa irronnutta epäpuhtautta Taulukko 3. Suositukset öljyn puhtausluokille eri järjestelmissä /6/

43 Halttu Timo Opinnäytetyö 37 Taulukko 4. ISO 4406:1999-puhtausluokitustaulukko /6/ Servoventtiilin huolto Järjestelmän kuntoa määritettäessä myös yksi D661-sarjan proportionaaliservoventtiili vaihdettiin ja järjestelmästä pois otettu lähetettiin Moog Oy:lle huoltoon / tarkastettavaksi. Moog Oy:lla venttiili purettiin ja tarkastettiin mahdollisten vaurioden selvittämiseksi. Kyseinen venttiili oli otettu järjestelmästä toimivana, joten ei ollut odotettavissakaan vaurioita. Venttiilin kunto oli hyvä ja tiivisteet ehjät. Venttilin elektroniikka oli kunnossa ja kara ei ollut kulunut. Venttiiliin uusittiin karkeasuodatin ja O-renkaat. Karkeasuodattimessa ei ollut silminnähden minkäänlaista epäpuhtautta, joten sitä ei nähty tarpeelliseksi lähteä käänteishuuhtelun avulla analysoimaan. Venttiilin kunto oli siis kaikin puolin hyvä. Tarkempaa analyysiä ei Moogilta saatu. /7/

44 Halttu Timo Opinnäytetyö VARAOSAKARTOITUS TH2-järjestelmän varaosien kartoitus komponenttitasolla lähdettiin tekemään tarkastelemalla järjestelmän piirustuksia ja listaamalla jokainen komponentti joka kuvissa näkyy. Kaaviopiirustuksia oli seitsemän (liitteet 1/1-1/7): - Koneikko - HAGC - HAGC Pullback - Pending - Offset - Shifting - Cluster adjust. Näiden piirustuksien komponentit tutkittiin järjestelmästä ja listattiin taulukkoon johon lisättiin mahdollinen SAKO-numero, komponentin tyyppi ja valmistaja sekä määrä (liitteet 2/1-2/7). Listauksesta jätettiin pois sylinterit. Putkistot ja putkistojen laipat eivät myöskään ole mukana. Komponentteja oli yhteensä 146 kpl johon ei laskettu mukaan letkuja eikä lohkoja. SAKO numerointi löytyi 66:lle eri komponentille. Taulukossa 5 näkyy jakauma komponenteista SAKO-numerolla ja ilman sekä varastossa olevien komponenttien määrä. Taulukko 5. Komponenttien jakauma komponentteja yhteensä SAKOllisia ei SAKOa SAKOllisia varastossa