新型帶鋼刷洗噴嘴角度自動調節(jié)裝置

滕英才

(中冶南方工程技術有限公司，湖北 武漢 430223)

0 前言

帶鋼處理線中的清洗段的刷洗裝置主要用來去除帶鋼表面的氧化鐵皮，以及酸洗或堿洗作業(yè)線中殘留的大量微小異物，提高帶鋼表面質量［1-3］。刷洗裝置中的噴嘴，用來沖洗帶鋼上下表面的氧化鐵皮，同時也具有冷卻刷毛、防止刷毛熱硬化破碎的作用［4-6］。

刷洗作業(yè)中，隨著刷輥刷毛的消耗和其他因素的影響，刷輥會產生振動和壓下(或壓上)，導致過鋼線也在不斷地變化。在刷洗作業(yè)初期，噴嘴會向刷輥和帶鋼前面的指定區(qū)域進行噴水，當刷洗作業(yè)工作一段時間后，過鋼線會隨著刷輥的振動和壓下(或壓上)而發(fā)生偏移。如果噴嘴的噴射角度固定不變的話，冷卻水就不能噴到刷輥的正確位置上，刷輥和帶鋼之間的摩擦系數增大，刷毛的研削量劇增，導致刷輥刷毛異常磨損，勢必會引起刷輥產生較大振動，帶來高分貝的噪音，直接降低了刷輥的使用壽命，增加生產成本［7-8］。針對上述問題，開發(fā)出一種噴嘴角度可以自動調節(jié)的裝置，該裝置可以隨著上下刷輥的位置改變自動調節(jié)噴嘴的噴射角度，從而使噴嘴噴出的冷卻水始終噴到刷輥和帶鋼的合理區(qū)域，進而有效地避免刷輥異常磨損現象的發(fā)生，延長刷輥的使用壽命，降低生產成本。

1 噴嘴角度自動調節(jié)裝置的結構形式

如圖1所示，噴嘴角度自動調節(jié)裝置安裝在刷洗裝置的傳動側，主要由旋轉體、上調節(jié)桿、連桿、下調節(jié)桿、平衡彈簧以及彈簧支架等組成。噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體中心始終位于刷洗裝置上刷輥和下刷輥的中心線上。噴嘴的最佳噴射方向即指向刷輥與鋼板相切點前面的指定區(qū)域。

圖1 噴嘴角度自動調節(jié)裝置Fig.1 Auto-spray device which can automatically adjust spray angle

1.1 噴嘴角度自動調節(jié)原理

如圖1所示，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的上調節(jié)桿右端與上噴嘴噴管驅動側末端通過鍵連接，上調節(jié)桿左端與旋轉體相連接，上噴嘴噴管在上調節(jié)桿的帶動下可以繞自身軸線轉動。下調節(jié)桿右端與下噴嘴噴管驅動側末端連接，下調節(jié)桿左端與平衡彈簧上端的活動鋼片接觸，下噴嘴噴管在下調節(jié)桿帶動下可以繞自身軸線轉動。下調節(jié)桿與上調節(jié)桿之間由連桿連接，使上、下調節(jié)桿運動保持同步，即當工況發(fā)生變化，旋轉體中心向下運動時，上調節(jié)桿和下調節(jié)桿同時向下運動(逆時針旋轉)，下調節(jié)桿壓住鋼片壓縮彈簧一起向下運動;當旋轉體中心向上運動時，上調節(jié)桿和下調節(jié)桿同時向上運動(順時針旋轉)，鋼片在平衡彈簧彈力作用下，協助下調節(jié)桿一起向上運動。

上述平衡彈簧有兩個，兩個平衡彈簧套在兩個與彈簧支架連接的螺絲桿上，彈簧支架通過下軸承座鎖緊架固定在刷洗機架上，平衡彈簧下端由螺母頂住，螺母可以調節(jié)平衡彈簧的平衡力，平衡彈簧的作用是平衡下調節(jié)桿，保持下調節(jié)桿與上調節(jié)桿同步轉動。

刷洗裝置的噴管和調節(jié)桿之間的連接如圖2所示，噴管的驅動側與連接軸一端通過鍵連接，連接軸的另一端與調節(jié)桿一端通過鍵連接，連接軸為空心軸形式，端頭用塞子堵住?？招妮S由軸承和法蘭支承，可以繞自身軸線旋轉，即當旋轉體上下移動時，旋轉體帶動上調節(jié)桿，上調節(jié)桿帶動下調節(jié)桿一起繞上、下噴管的軸線轉動，從而實現噴嘴角度的自動調節(jié)。

圖2 調節(jié)桿與噴管的轉動原理圖Fig.2 Adjustment lever and spout rotating schematics

1.2 旋轉體結構

如圖3所示，旋轉體中關鍵的部分是彈性組件。彈性組件又名橡膠彈簧，是一種緩沖裝置，它同時具有彈簧、緩沖器和軸承的三大功能，是多用途多功能的緩沖裝置。與鋼彈簧相比彈性組件具有很多優(yōu)點:高自然阻尼、抗沖擊性能好、隔絕振動以及抗腐蝕和長壽命，噴嘴角度自動調節(jié)裝置選擇彈性組件作為彈簧扭轉件，另一個原因是彈性組件可以在±30°范圍內自由扭轉，且工作時無噪聲，無需潤滑。由于噴嘴角度自動調節(jié)裝置很多情況下，旋轉體只發(fā)生扭轉，噴嘴角度不變化，所以彈性組件會成為噴嘴角度調節(jié)裝置的重要部件。

如圖4所示，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體與上調節(jié)桿相連，旋轉體可以繞自己的中心點旋轉一定角度，正常工作時，旋轉體菱形兩端與上下刷洗輥軸承座相接觸，使旋轉體中心始終保持在上下刷洗輥軸承座位置的中心線上。當刷洗輥振動、壓下或壓上導致過鋼線發(fā)生變化時，旋轉體會帶動上、下調節(jié)桿一起運動，使旋轉體中心始終都保持在上下刷洗輥軸承座位置的中心線上。應用實踐表明，旋轉體中心保持在上下刷洗輥軸承座位置的中心線上時，上下噴嘴噴射角度最佳。

圖3 彈性組件Fig.3 Elastic component

圖4 旋轉體結構Fig.4 Rotating structure

2 不同工況下噴嘴角度自動調節(jié)裝置的動作分析

(1)帶鋼厚度變化。如圖5所示，在帶鋼厚度分別為16 mm和2 mm時，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的位置是不同的，圖中虛線表示的是帶鋼厚度為2 mm時，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的位置，即位置二。當帶鋼厚度由16 mm變?yōu)? mm時，下刷輥不動，即過鋼線位置不變，上刷輥要壓下，此時噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體中心將跟隨上刷輥向下移動，且有輕微的轉動，根據上述原理，上調節(jié)桿和下調節(jié)桿在旋轉體的帶動下也繞著各自的旋轉軸線轉動(順時針)，轉動角度約0.89°，可以忽略不計。由此可知，當帶鋼厚度發(fā)生變化時，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體會隨著上刷輥的升降繞中心旋轉，噴嘴角度幾乎不變，可確保冷卻效果。

圖5 不同帶鋼厚度下噴嘴角度自動調節(jié)裝置的動作Fig.5 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in different strip thickness

(2)由板形及振動引起的過鋼線變化。刷洗作業(yè)中，由于板形或其他因素的影響，刷輥會產生振動和壓下，導致過鋼線也在不斷地變化，這時上刷輥和下刷輥要及時調整位置來達到良好的刷洗效果。不管過鋼線的位置怎么變化，上刷輥和下刷輥的運動方向肯定是一致的，即當過鋼線上移時，上、下刷輥同時向上移動;當過鋼線下移時，上、下刷輥同時向下移動，這樣勢必帶動噴嘴角度調節(jié)裝置的旋轉體跟著刷輥向相同的方向運動。如圖6所示，圖中過鋼線一對應旋轉體的初始位置一，過鋼線二對應的旋轉體位置二，是在上、下刷輥上移的情況下旋轉體到達的位置，如圖中虛線所示。由此可知，在由板形及振動引起的過鋼線變化的情況下，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體會隨著上、下刷輥的運動向相同方向運動，旋轉體的移動帶動上、下調節(jié)桿繞各自的旋轉軸線轉動，即噴嘴角度可自動調節(jié)。

圖6 過鋼線變化情況下噴嘴角度自動調節(jié)裝置的動作Fig.6 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in different pass line

(3)同一規(guī)格帶鋼刷洗裝置刷毛磨損。刷輥在使用過程中，磨損程度越來越嚴重，隨著刷輥刷毛的消耗，刷洗升降裝置會不斷地調節(jié)上、下刷輥的位置。假設上刷輥和下刷輥刷毛的磨損量相同，刷毛磨損量按25 mm選取，這時，上刷輥會向下壓下25 mm，下刷輥會向上壓上25 mm，盡管上、下刷輥位置改變，但上、下刷輥軸承間的中心線位置是不變的，這時噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體中心不動，即上、下調節(jié)桿的位置不變，噴嘴的噴射方向不變。旋轉體繞中心旋轉，這時其內部的彈性組件發(fā)生扭轉，扭轉角度大約為12.78°。如圖7所示，噴嘴角度自動調節(jié)裝置的旋轉體由位置一轉到位置二，粉色虛線為刷毛磨損情況下的旋轉體旋轉位置。由此可知，在刷毛磨損情況下，噴嘴的噴射角度不變。

圖7 刷毛磨損情況下噴嘴角度自動調節(jié)裝置的動作Fig.7 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in brush wear

3 結論

帶鋼處理線刷洗裝置的刷輥在使用過程中，如果冷卻介質不足或噴嘴的噴射角度不正確，刷輥與帶鋼高速摩擦，刷輥表面產生高溫，導致刷毛燒焦。噴嘴角度自動調節(jié)裝置的開發(fā)不僅能有效解決上述問題，還能提高帶鋼表面的質量，因此，該裝置的投入使用在生產效率和節(jié)約成本方面起著舉足輕重的作用。文章介紹的噴嘴角度自動調節(jié)裝置已在國內某鋼廠進行了推廣應用，現場應用效果顯著。

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