棒材定尺機(jī)常見(jiàn)故障探討

左家信，王婷婷

（1.江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰214429；2.北京京誠(chéng)瑞信長(zhǎng)材工程技術(shù)有限公司，北京 100076）

0 引言

棒材生產(chǎn)中，定尺剪切一般采用冷剪，常用的冷剪有兩種：飛剪（或擺剪）和冷停剪[1]。由于冷飛剪的剪切精度達(dá)不到特殊用戶的要求，所以冷停剪被越來(lái)越多的生產(chǎn)廠家采用。但是冷停剪定尺剪切，必須由定尺機(jī)配合冷停剪來(lái)完成定尺過(guò)程。因此，定尺機(jī)的定位準(zhǔn)確度及抗沖擊性能直接影響產(chǎn)品定尺精度和成材率。

南京鋼鐵股份有限公司的徐美艷[1]對(duì)輥道寬度950 mm，最大輸送重量為20 t的定尺機(jī)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并給出了一些改進(jìn)措施；安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司的李永強(qiáng)[2]對(duì)棒材機(jī)組定尺剪運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析，并給出了相應(yīng)的處理措施；中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司的王萬(wàn)姣等[3]分析了定尺機(jī)鎖不緊、定尺精度不準(zhǔn)的現(xiàn)象，并提出用碟簧加液壓的定尺機(jī)構(gòu)；宣化鋼鐵公司型棒廠的姜少華等[4]分析了定尺機(jī)的部分故障，給出了簡(jiǎn)略的處理方法；興澄特種鋼鐵有限公司的石建峰[5]對(duì)熱軋精整線定尺機(jī)的液壓系統(tǒng)故障和緩沖器故障進(jìn)行了分析；河北宣化鋼鐵有限責(zé)任公司的宋義峰[6]針對(duì)定尺機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障提出了改進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式等方法，以提高定尺機(jī)的抗沖擊性能及定尺精度[6]。文中以棒材車(chē)間常見(jiàn)的定尺機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行了分析，提出了解決方案。

1 常用定尺機(jī)結(jié)構(gòu)與原理簡(jiǎn)介

目前常用的定尺機(jī)組成分為有兩大類(lèi)：移動(dòng)小車(chē)式，長(zhǎng)軸擺臂式。

1.1 移動(dòng)小車(chē)式定尺機(jī)

移動(dòng)小車(chē)式定尺機(jī)分為軌梁式和框架懸臂梁式兩種[7-13]。

1）軌梁式（見(jiàn)圖1）。此結(jié)構(gòu)近些年被采用，棒材廠采用不多。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)，在落地軌道上行走。定尺擋板安裝在小車(chē)一側(cè)，通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)擺臂，實(shí)現(xiàn)擋板升降。小車(chē)通過(guò)夾軌器鎖緊，擋板后設(shè)有彈簧緩沖裝置。特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備工作重心低。機(jī)架承受載荷力矩小，軌梁可以承受大的沖擊載荷。小車(chē)鎖緊靠摩擦力，可以實(shí)現(xiàn)任何位置停車(chē)，完成無(wú)級(jí)定尺。

圖1 軌梁式定尺機(jī)

2）懸臂梁式（見(jiàn)圖2、圖3）。此結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍較廣，小車(chē)懸掛在懸臂梁上，由齒輪齒條傳動(dòng)，液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。定尺擋板安裝于小車(chē)下部。鎖緊裝置常見(jiàn)的有液壓缸鎖緊、氣缸鎖緊、彈簧鎖緊和插銷(xiāo)鎖緊等，由液壓缸或氣缸驅(qū)動(dòng)擋板升降。擋板通過(guò)擺動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)偏心軸，來(lái)實(shí)現(xiàn)偏心量調(diào)整。擋板緩沖裝置，常見(jiàn)的有彈簧緩沖、液壓緩沖和彈性阻尼緩沖三種形式。特點(diǎn)是：設(shè)備工作重心高，機(jī)架承受載荷力矩大，架空懸臂橫梁要有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受大的沖擊載荷。要有可靠的緩沖裝置吸收沖擊動(dòng)能。移動(dòng)小車(chē)定尺機(jī)為無(wú)級(jí)定尺。

圖2 懸臂橫梁式定尺機(jī)

圖3 懸臂橫梁式定尺機(jī)

1.2 長(zhǎng)軸擺臂式定尺機(jī)

長(zhǎng)軸擺臂式定尺機(jī)見(jiàn)圖4，主要由長(zhǎng)軸、移動(dòng)擺臂、固定擺臂、走行機(jī)構(gòu)以及擺臂驅(qū)動(dòng)氣缸組成。移動(dòng)擺臂由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪沿齒條行走。移動(dòng)擺臂后設(shè)置抱箍鎖緊，擋板由螺旋彈簧緩沖。移動(dòng)擺臂和固定擺臂均設(shè)有配重，以減少氣缸的驅(qū)動(dòng)力。

圖4 長(zhǎng)軸擺臂式定尺機(jī)

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地空間較小。設(shè)備工作重心低，機(jī)架承受載荷力矩小，主軸可以承受大的沖擊載荷。抱箍與主軸由多個(gè)螺栓把緊，正壓力大，鎖緊效果較好?？梢詫?shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)定尺。

2 定尺機(jī)常見(jiàn)故障

2.1 沖擊載荷引起的機(jī)架開(kāi)裂及部件損壞

隨著棒材廠的產(chǎn)量上升，冷停剪剪切噸位由650 t、850 t冷剪，發(fā)展到目前的1300 t冷剪。剪切力的增加，造成輥道上排料數(shù)增多，對(duì)定尺機(jī)沖擊載荷也相應(yīng)增加。實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)出現(xiàn)機(jī)架開(kāi)裂及部件損壞。

2.2 長(zhǎng)軸擺臂式定尺機(jī)長(zhǎng)軸撓曲

對(duì)于12 m定尺機(jī)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度在7.5 m左右，而16 m定尺機(jī)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度達(dá)11.6 m，長(zhǎng)軸會(huì)發(fā)生撓曲變形，造成小車(chē)行走困難，影響定尺精度。

2.3 移動(dòng)小車(chē)式定尺機(jī)擋板移位

定尺擋板移位的主要原因是，小車(chē)鎖緊裝置可靠度不足。鎖緊缸、夾軌器彈簧夾鉗等均靠摩擦力鎖緊，F(xiàn)=μN(yùn)(F為摩擦力，N為正壓力，μ為摩擦因數(shù))，當(dāng)壓緊力不夠，接觸面摩擦因數(shù)較小時(shí)，小車(chē)就會(huì)出現(xiàn)打滑移位。鎖緊裝置配合插銷(xiāo)鎖緊可以實(shí)現(xiàn)定尺長(zhǎng)度的可靠定位，對(duì)于6、9、12 m等常規(guī)定尺應(yīng)用較好。

2.4 緩沖裝置損壞

1）彈簧緩沖。彈簧緩沖裝置多采用圓柱螺旋彈簧或碟簧，見(jiàn)圖5、圖6。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但由于實(shí)際生產(chǎn)中的撞擊力能參數(shù)與鋼材直徑、排料數(shù)量、輥道線速度等因素有關(guān)，屬于高強(qiáng)度變載荷。所以在長(zhǎng)期使用當(dāng)中，彈簧容易變形失效，使得擋板縮回后不反彈或反彈量小，易造成定尺長(zhǎng)度偏長(zhǎng)，影響鋼材成材率。而且，彈簧安裝時(shí)預(yù)緊力較大，需要借助特殊輔助工具，且安裝時(shí)間較長(zhǎng)。

圖5 圓柱螺旋彈簧緩沖裝置

圖6 碟簧緩沖裝置

2）普通彈性阻尼緩沖。普通彈性阻尼存在使用溫度區(qū)間窄；存在老化現(xiàn)象，使用壽命較短；剛度大，力能曲線不夠平緩，不適合大的沖擊載荷。

3）液壓緩沖。移動(dòng)小車(chē)上的液壓緩沖裝置采用兩個(gè)對(duì)稱(chēng)液壓缸支撐擋板，見(jiàn)圖7，液壓缸行程為零，不做功。液壓系統(tǒng)在換向閥前安裝一套蓄能器，見(jiàn)圖8，并在換向閥組中加裝減壓閥和單向閥，以確保定尺精度。但是液壓系統(tǒng)主油路受到?jīng)_擊反作用力時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高壓，引起機(jī)架沖擊損壞和漏油等現(xiàn)象。

圖7 移動(dòng)小車(chē)

圖8 移動(dòng)小車(chē)液壓系統(tǒng)圖

3 定尺機(jī)常見(jiàn)故障解決辦法探討

3.1 定尺機(jī)沖擊載荷過(guò)大的問(wèn)題的探討

由沖擊載荷F=mv/t(F為沖擊載荷；m為來(lái)料質(zhì)量；v為來(lái)料運(yùn)行速度；t為撞擊時(shí)間)[14-15]，公式得知，排料質(zhì)量一定時(shí)，降低排料運(yùn)行速度，可以延長(zhǎng)撞擊時(shí)間降低沖擊載荷。具體的辦法采用變頻電動(dòng)機(jī)，通過(guò)變頻器調(diào)整輥道速度，在輥道兩側(cè)增設(shè)光柵檢測(cè)，進(jìn)行調(diào)速及停車(chē)控制。經(jīng)興澄鋼廠實(shí)際應(yīng)用，該方法有效地降低了沖擊載荷。由表1計(jì)算得知，輥道速度由1.5 m/s降低至0.5 m/s，沖擊載荷降低了5.6倍。

表1 常見(jiàn)規(guī)格排料的沖擊載荷

3.2 長(zhǎng)軸撓曲問(wèn)題探討

對(duì)于長(zhǎng)軸撓曲，建議將長(zhǎng)軸改為直徑較大的空心長(zhǎng)軸，增加抗彎剛度，減少長(zhǎng)軸撓曲。

3.3 定尺機(jī)擋板移位問(wèn)題的探討

減少定尺擋板的位移量，可以通過(guò)增加鎖緊裝置的摩擦力來(lái)解決。增加正壓力：對(duì)于液壓鎖緊缸，可以增大系統(tǒng)壓力，最大可以到40 MPa；對(duì)于彈簧鎖緊裝置，可以選用組合式蝶形彈簧彈簧；增大摩擦因數(shù)：可以將接觸面粗糙度加大，或?qū)搶?duì)鋼接觸改為橡膠墊與鋼接觸的形式。

3.4 緩沖裝置損壞問(wèn)題的探討

1）彈簧緩沖建議采用蝸卷彈簧緩沖，蝸卷彈簧在相同的安裝空間內(nèi)與其他彈簧相比可以吸收較大的能量，而且其板間存在的摩擦可以用來(lái)衰減振動(dòng)。

2）對(duì)于液壓緩沖裝置，建議修改為阻尼式液壓緩沖器，當(dāng)排料沖擊力使緩沖器高壓腔內(nèi)壓力升高時(shí)，高壓油通過(guò)阻尼孔流向低壓腔，由于液壓油總?cè)莘e不變，阻尼孔的限制，以及活塞直徑遠(yuǎn)大于阻尼孔直徑，活塞的速度受到限制，從而達(dá)到緩沖目的。

3）對(duì)于彈性阻尼緩沖器，建議采用新型高能彈性阻尼緩沖器緩沖，力能曲線優(yōu)于普通彈性阻尼，具有優(yōu)秀的即時(shí)反應(yīng)能力和動(dòng)勢(shì)能轉(zhuǎn)化能力，結(jié)構(gòu)緊湊安裝簡(jiǎn)單，耐溫區(qū)間廣。具有特殊的化學(xué)惰性，使用壽命長(zhǎng)。緩沖器貯存能量大，不需要維修，無(wú)老化現(xiàn)象，工作可靠。

4 結(jié) 語(yǔ)

文中對(duì)定尺機(jī)在生產(chǎn)中常見(jiàn)的故障進(jìn)行分析。輥道調(diào)速、增加鎖緊裝置鎖緊力和采用新型緩沖裝置等都可以提高定尺機(jī)的定尺精度和使用壽命。

光柵配合輥道調(diào)速，是降低沖擊載荷最有效的辦法，建議在預(yù)算范圍內(nèi)盡量采用變頻電動(dòng)機(jī)來(lái)控制軋件的速度以達(dá)到減小沖擊載荷的目的。在無(wú)法使用變頻電動(dòng)機(jī)的情況下，建議采用力能參數(shù)較好、耐溫區(qū)間廣的新型彈性阻尼，來(lái)吸收大的沖擊載荷。

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