一種新型板帶夾送矯直機(jī)

李小軍，韓繼紅

如今，夾送矯直機(jī)廣泛應(yīng)用于酸洗冷連軋聯(lián)合機(jī)組、連續(xù)式酸洗機(jī)組、無頭軋制冷連軋機(jī)組等冷軋帶鋼生產(chǎn)線上。由于來料在熱處理、軋制和其他生產(chǎn)、運輸過程中產(chǎn)生的各種應(yīng)力變形和缺陷，都需要通過矯直機(jī)進(jìn)行矯直，使其能夠在平順狀態(tài)下進(jìn)入軋制生產(chǎn)線。

1 夾送矯直機(jī)的功能

夾送矯直機(jī)位于冷軋機(jī)組頭部，與開卷機(jī)聯(lián)合工作以實現(xiàn)對帶頭矯直。主要工作過程是把來料帶鋼通過夾送輥自動送進(jìn)矯直機(jī)內(nèi)，由矯直機(jī)對帶頭和帶尾進(jìn)行矯直，以便于實現(xiàn)全自動穿帶。由于帶材一般都有很大變形或者表面有嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，在矯直過程中矯直輥磨損非常嚴(yán)重，所以在生產(chǎn)過程中需要頻繁更換受損的矯直輥，嚴(yán)重影響機(jī)組的生產(chǎn)效率。為此，本次設(shè)計的夾送矯直機(jī)都配有一套換輥裝置，能大大節(jié)約換輥時間，提高生產(chǎn)效率。

2 夾送矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)特點

該矯直機(jī)為輥式矯直機(jī)，只對連續(xù)軋鋼過程中的鋼帶頭尾進(jìn)行矯直，屬于改進(jìn)型矯直輥單側(cè)傾斜布置的矯直機(jī)。

在酸洗冷連軋、連續(xù)式酸洗線上，這種結(jié)構(gòu)的夾送矯直機(jī)也被稱作直頭機(jī)。由于其所軋制的來料多為熱軋帶材，表面大多會有氧化鐵皮，在矯直過程中，會有大量氧化鐵皮碎渣掉落，造成環(huán)境污染。因此，該矯直機(jī)在輥系下加設(shè)一套帶負(fù)壓的管道接渣除塵系統(tǒng)，可將氧化鐵皮粉末吸入收集器中，從而減輕軋制生產(chǎn)車間的環(huán)境污染程度。

3 工作順序

開頭機(jī)將帶材頭部打開送入夾送矯直機(jī)內(nèi)，光電開關(guān)檢測到帶頭信號并經(jīng)延時，上夾送輥落下,同時夾送輥啟動，上夾送輥轉(zhuǎn)動；夾送輥夾緊帶材送入矯直機(jī)內(nèi)。同時，開頭機(jī)鏟頭縮回，保護(hù)導(dǎo)板擺起，防止帶材甩尾時“抽傷”鏟頭。上夾送電機(jī)上安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器計算出帶頭出矯直機(jī)的距離，上矯直輥壓下裝置由打開位置壓下至下極限位置停止，此時矯直機(jī)的上輥與下輥必須重合。然后，根據(jù)來料厚度，由上矯直輥微調(diào)裝置對矯直輥的重合量進(jìn)行調(diào)整，該微調(diào)裝置可以對每個上矯直輥進(jìn)行單獨調(diào)整（見圖1）。

圖1 夾送矯直機(jī)簡圖

4 矯直機(jī)換輥車的特點

以前該類矯直機(jī)的換輥過程都比較繁瑣，需要先利用天車等輔助設(shè)備將機(jī)架頂蓋拉到打開的位置，使矯直輥完全暴露，在將舊矯直輥吊走之后，才能更換新輥。因矯直機(jī)換輥致使生產(chǎn)線長時間停運，影響全線生產(chǎn)效率。

而本文所述新改進(jìn)型矯直機(jī)均自帶一套專用換輥裝置，其輥系以“總成”的形式整體拉出或推進(jìn)至機(jī)架內(nèi)的工作位置，換輥效率有極大提高。

具體的換輥工作程序：

（1）上矯直輥壓下，將上矯直輥輥系放在支撐塊上（支撐塊放置在軸承座預(yù)設(shè)位置上），上矯直輥輥系由人工輔助與上矯直輥微調(diào)裝置分離。

（2）換輥軌道升降液壓缸動作，使換輥軌道從機(jī)架上升起，在下矯直輥輥系的軸承座上人工放上支撐塊，為保證放置位置正確，軸承座上設(shè)有定位卡口。

（3）人工輔助將矯直機(jī)換輥車與矯直輥機(jī)架連接在一起，依托換輥車將整個矯直輥輥系拉出矯直機(jī)機(jī)架，由天車將舊輥系吊走。

（4）換上新的矯直輥輥系，將新輥系用換輥車推入到矯直機(jī)內(nèi)，按照拆卸矯直輥的反向程序?qū)⑿螺佪佅蛋惭b好即可。

從實際使用情況看，這種換輥方式不僅大大節(jié)省了作業(yè)時間，換輥程序得到簡化，工人勞動強(qiáng)度也得以減輕，換輥效率有極大提高。

由于我們在機(jī)組頭部采用上下通道的雙開卷形式的設(shè)計，所以對于上下通道的1#、2#夾送輥矯直機(jī)，根據(jù)其上下通道的高度差，在上通道的1#夾送輥矯直機(jī)旁設(shè)置一剛性平臺，根據(jù)矯直機(jī)換輥需要，由天車將換輥小車吊至相應(yīng)位置。這樣，只用一臺換輥車就可以使1#、2#夾送輥矯直機(jī)的換輥要求都得到滿足，節(jié)約設(shè)備制造成本（見圖2）。

圖2 矯直機(jī)換輥車簡圖

5 設(shè)計計算

5.1 理論計算

為便于計算矯直力，根據(jù)矯直機(jī)結(jié)構(gòu)，可將其進(jìn)行簡化（見圖3）。

圖3 結(jié)構(gòu)和受力簡圖

根據(jù)受力關(guān)系

P4、P5、P6同理可得。

由于只是對帶頭和帶尾進(jìn)行矯直，所以此處不考慮“相對曲率”變化情況。

式中，t—矯直輥之間的間距，此處t=250 mm。h—帶鋼最大厚度，h=4.5 mm；b—帶鋼最大寬度，b=1 280 mm。

假定鋼板的每段都能達(dá)到屈服，則有：

則最大壓力

5.2 有限元計算

根據(jù)矯直機(jī)結(jié)構(gòu)和受力的特點，我們把矯直輥輥系結(jié)構(gòu)簡化為平面應(yīng)變模型。其中，將矯直輥簡化為剛體，鋼板簡化為柔性體，根據(jù)帶材的來料情況，鋼板的厚度為2～4．5 mm，為了得到最大的矯直力，在此采用的鋼板厚度為最大厚度4．5 mm。單元采用183號8節(jié)點四邊形單元，接觸單元采用169號、174號單元，劃分后得到共7352個單元、12885個節(jié)點（見圖4、圖5）。

圖4 整體單元

圖5 鋼板的局部單元圖

通過多次模擬計算發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)上矯直輥的壓下量至少為2．8 mm時，才能使鋼板的表面彎曲產(chǎn)生屈服。

通過計算，我們得到鋼板的應(yīng)力分布情況（見圖6），其中最大應(yīng)力為468．22 MPa，大于屈服應(yīng)力440 MPa，說明能夠達(dá)到矯直目的。該最大應(yīng)力的具體位置靠近第二上矯直輥（見圖7）。

由上矯直輥第二輥的壓力大小分布圖以及矯直力分布數(shù)據(jù)可知該矯直輥處單位帶材矯直力為51．68 N/mm （見圖 8）。

圖6 矯直結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布

圖7 最大應(yīng)力局部分布圖

圖8 矯直輥矯直力分布圖

由于最大板寬為1 280 mm，所以根據(jù)有限元計算出的最大矯直力為 51．68×1 280=66 150．4 N，與理論計算結(jié)果比較接近。

6 結(jié)語

今后，如果能以該夾送矯直機(jī)替代以往在酸洗冷連軋、連續(xù)式酸洗、無頭軋制冷連軋機(jī)等機(jī)組中普遍使用的七輥矯直機(jī)和五輥矯直機(jī)，不僅能夠克服這兩種矯直機(jī)換輥難的不足之處，節(jié)約換輥與維修時間，而且由于其將夾送輥把和于矯直機(jī)機(jī)架外側(cè)，減小了矯直機(jī)機(jī)架尺寸，將更便于加工制造。