大型圓材收集平托裝置的技術(shù)改進(jìn)與性能提高

劉德金 李克涵 金海濤

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029)

·革新與改造·

大型圓材收集平托裝置的技術(shù)改進(jìn)與性能提高

劉德金①李克涵 金海濤

(北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029)

型鋼收集平托裝置是在瑞典惠斯頓杠桿原理基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的改進(jìn)，經(jīng)過(guò)多列并行機(jī)構(gòu)所組成的這種型鋼移送裝置，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊、無(wú)擦傷和低噪音的移鋼功能。經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)改進(jìn)比較，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，為該機(jī)構(gòu)的推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

軋鋼精整設(shè)備 收集裝置 惠斯頓杠桿 平托裝置 機(jī)械設(shè)計(jì)

1 前言

大圓材收集平托裝置其形式可以說(shuō)是五花八門、各式各樣，如電動(dòng)回轉(zhuǎn)式、液壓升降式、鏈條傳動(dòng)式、曲柄搖桿式等等，它與使用場(chǎng)合和工藝要求有很大關(guān)系，關(guān)鍵在于能否高效、可靠、合理的運(yùn)用機(jī)械設(shè)備。好的機(jī)械設(shè)備與機(jī)構(gòu)可以使設(shè)備大大簡(jiǎn)化，動(dòng)作簡(jiǎn)單。從工藝布置上，也會(huì)更加合理、有效，將會(huì)帶來(lái)成本的降低和生產(chǎn)效率的提高。這是設(shè)計(jì)始終追求的目標(biāo)。

該院為某鋼鐵公司設(shè)計(jì)了一條彈扁圓鋼生產(chǎn)線，年產(chǎn)量為60萬(wàn)t優(yōu)特鋼，其中圓鋼收集線即采用了收集平托裝置，這是繼日照、八鋼、榮鋼等生產(chǎn)線后設(shè)計(jì)的又一套新穎、獨(dú)特的收集平托裝置，其水平有了明顯的提高，達(dá)到并接近目前國(guó)際水平。設(shè)計(jì)中不僅吸取了前幾次設(shè)計(jì)的長(zhǎng)處，而且在結(jié)構(gòu)上也有了創(chuàng)新和改進(jìn)。設(shè)計(jì)中進(jìn)行了多方案比較與合理改進(jìn)，并征求了甲方的意見(jiàn)。為了提高使用壽命，降低能耗和投資成本，采用左右雙傳動(dòng)裝置，使傳動(dòng)受力合理，為防止?jié)q緊軸與托盤干涉，首次采用懸臂漲緊輪結(jié)構(gòu)，擺臂可設(shè)計(jì)得更短，使負(fù)載力矩、電機(jī)功率減小，明顯地降低成本和能耗。

就該機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、原理及主要關(guān)鍵部件的技術(shù)改進(jìn)和提高作一簡(jiǎn)要敘述。表1為收集平托裝置主要技術(shù)性能。

表1 收集平托裝置主要技術(shù)性能

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

收集平托裝置位于中小型車間成品收集線上，型材經(jīng)冷剪剪切定尺后，由剪后收集輥道輸送到橫移臺(tái)架，再經(jīng)幾段鏈?zhǔn)綑M移臺(tái)架到達(dá)振動(dòng)裝置，由振動(dòng)裝置進(jìn)行收集，振動(dòng)裝置收集到一定數(shù)量后，由收集平托裝置把這一批成品料一次性托起、橫移、落下，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊平托移鋼，以防止成品之間外表面的磨擦和劃傷，降低噪音等。該收集平托裝置旋轉(zhuǎn)一周即把棒料平托到輸出輥道上，輸出輥道上裝有平輥和立輥，很容易把料輸送到打捆輥道上進(jìn)行打捆、稱重并收集入庫(kù)。

圖1 平托機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1-左傳動(dòng)裝置; 2-收集平托裝置; 3-右傳動(dòng)裝置; 4-驅(qū)動(dòng)電機(jī); 5-帶輪聯(lián)軸器; 6-制動(dòng)器; 7-減速機(jī); 8-傳動(dòng)底座; 9-聯(lián)軸器; 10-滾動(dòng)軸承座; 11-支座; 12-主傳動(dòng)軸; 13-托臂

圖2 平托機(jī)構(gòu)斷面圖

14-托盤; 15-鏈條漲緊裝置; 16-鏈條; 17-帶臂的鏈輪; 18-托盤調(diào)整裝置; 19-感應(yīng)板; 20-平衡重; 21-振動(dòng)裝置

本收集平托裝置為電動(dòng)步進(jìn)啟停式結(jié)構(gòu)，間斷工作，也可連續(xù)工作。該機(jī)構(gòu)共分三部份組成，見(jiàn)圖1、圖2。

2.2 工作原理

本新型收集平托裝置的運(yùn)行軌跡為圓，詳見(jiàn)圖2，其運(yùn)動(dòng)方程為(xA)2+(yA-H)2=L2，詳見(jiàn)圖3，控制非常容易，在工作中托盤永遠(yuǎn)保持水平狀態(tài)。當(dāng)振動(dòng)裝置(21)中料已滿發(fā)出信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)收集平托裝置旋轉(zhuǎn)，令待命的托盤(14)把全部型材緩慢托起，而后快速旋轉(zhuǎn)平移，當(dāng)型材接近輸出輥道上時(shí)，托臂(13)繼續(xù)緩慢旋轉(zhuǎn)放料，當(dāng)料完全落入輸出輥道上時(shí)，托臂(13)得到停止信號(hào)后繼續(xù)快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，最后慢速返回到原待命位置停下，等待下一次再啟動(dòng)工作，其控制過(guò)程速度圖詳見(jiàn)圖4。

圖3 運(yùn)動(dòng)學(xué)簡(jiǎn)圖

圖4 速度圖

收集平托裝置的工作原理是，托臂旋轉(zhuǎn)通過(guò)鏈條帶動(dòng)托盤做平面運(yùn)動(dòng)，托臂與托盤可360o旋轉(zhuǎn)，托臂兩側(cè)帶有個(gè)軸孔，一側(cè)是通過(guò)平鍵與主軸連接，另一端與托盤固定軸連接，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，托臂隨著主軸做圓周運(yùn)動(dòng)；托盤通過(guò)軸安裝在托臂上，托盤14的軸心圍繞主軸12做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)托臂的水平中心線圍繞主軸軸心線做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度α?xí)r，托盤的垂直中心線向順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一個(gè)角度α，確保托盤保持開(kāi)口始終向上做平動(dòng)，保持托盤開(kāi)口始終向上是通過(guò)鏈條來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即托盤絕對(duì)轉(zhuǎn)速為零。帶臂的鏈輪17和隨動(dòng)鏈輪傳動(dòng)速比為1，鏈條隨著托臂的旋轉(zhuǎn)而擺動(dòng)，托盤也隨著鏈條的擺動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，與托臂的旋轉(zhuǎn)方向相反，同樣轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度α。托盤運(yùn)轉(zhuǎn)一周為一個(gè)工作周期。托盤調(diào)整機(jī)構(gòu)是調(diào)整托盤在初始狀態(tài)下的垂直度，當(dāng)調(diào)整完成后就不再動(dòng)了，在工作時(shí)不再進(jìn)行調(diào)整。傳動(dòng)底座和傳動(dòng)支座為焊接結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)相連。見(jiàn)圖1、圖2、圖3、圖4、圖9。

3 平托裝置的技術(shù)改進(jìn)與提高

收集平托裝置用于冷、熱軋中小型車間的收集線上，對(duì)軋材進(jìn)行運(yùn)輸橫移處理，較好的解決了成批型材的橫移問(wèn)題，起到了高效、平穩(wěn)運(yùn)送型材的作用。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)小巧靈活，工作平穩(wěn)可靠，維修操作方便，是目前較為理想的軋材平托設(shè)備。由于我國(guó)科技的發(fā)展和整體技術(shù)水平的提高，軋鋼技術(shù)與生產(chǎn)正在向著大型化、快速化發(fā)展，涉及到的收集技術(shù)與裝備也在不斷發(fā)展，采用該裝置后除減少事故率有效增加產(chǎn)量外，產(chǎn)品質(zhì)量也有明顯提高(特別是對(duì)特鋼產(chǎn)品)，其生產(chǎn)節(jié)奏得以加快，更多的贏得生產(chǎn)時(shí)間。本收集平托裝置設(shè)計(jì)獨(dú)到合理，技術(shù)先進(jìn)，易于控制和自動(dòng)化水平高。人性化的設(shè)計(jì)理念，全自動(dòng)化操作，避免了任何人為的失控，這是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)之初的目標(biāo)之一，其技術(shù)水平接近于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，能滿足快節(jié)奏的生產(chǎn)要求，為用戶獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，有著廣泛的應(yīng)用推廣價(jià)值。

收集平托裝置不受平移距離和料長(zhǎng)的限制，可任意設(shè)計(jì)成所需尺寸。國(guó)外公司比如美國(guó)MOEGAN公司和意大利POMINI公司對(duì)收集平托裝置都有研究。該院在深入研究國(guó)外同類產(chǎn)品并結(jié)合工程實(shí)踐和多年設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)收集平托裝置經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參考吸取國(guó)外技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，較好的解決了國(guó)內(nèi)現(xiàn)存的實(shí)際問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好。與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，它更符合中國(guó)國(guó)情，為滿足生產(chǎn)需求，做了以下技術(shù)改進(jìn)。見(jiàn)圖1、圖2。

1)在12m范圍內(nèi)布置了7個(gè)托臂，八個(gè)傳動(dòng)支座，數(shù)量與間距可根據(jù)需要來(lái)確定。在主軸兩端設(shè)有單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的左、右傳動(dòng)裝置。主軸共有四根由聯(lián)軸器連接起來(lái)，托臂與主軸采用鍵連接保證其托料同步性。原采用脹套結(jié)構(gòu)工作不可靠，帶來(lái)托盤偏斜角度更大，調(diào)節(jié)起來(lái)也麻煩。

2)為保證托盤的水平垂直度，在平托裝置的支座(11)上，設(shè)有托盤調(diào)整裝置(18)，分別安裝在主軸和傳動(dòng)底座上，通過(guò)調(diào)節(jié)連接螺桿的長(zhǎng)度，使帶臂的主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)托盤相位的目的。采用連接螺桿、螺母很容易進(jìn)行調(diào)節(jié)和固定托盤的水平垂直度，因此保證了機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行。最初設(shè)計(jì)并未設(shè)置此托盤調(diào)整裝置。當(dāng)位置變化較大時(shí)，也可調(diào)節(jié)漲緊輪和鏈條的位置，來(lái)保證托盤運(yùn)行時(shí)的水平垂直度，使托盤在同一平面內(nèi)，避免托盤傾斜，每個(gè)托盤工作受力均勻，運(yùn)行軌跡更加精準(zhǔn)。見(jiàn)圖2、圖5。

圖5 托盤水平度調(diào)整機(jī)構(gòu)

圖6 鏈條張緊機(jī)構(gòu)

圖7 張緊機(jī)構(gòu)剖視圖

13-托臂; 15-鏈條漲緊裝置; 17-帶臂鏈輪; 18-托盤調(diào)整裝置

3)在擺臂上安裝了鏈條懸臂漲緊裝置，采用連接螺桿、螺母來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)和固定。原來(lái)漲緊輪軸較長(zhǎng)，影響托盤旋轉(zhuǎn)。見(jiàn)圖6、圖7、圖8。

4)電動(dòng)平托裝置僅需主軸與傳動(dòng)軸合為一體，省去一根軸，使傳動(dòng)更為簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，減輕了重量。比較電動(dòng)鏈條傳動(dòng)式，需要主軸和傳動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置都放在地基上，占地面積大。見(jiàn)圖1、圖2。

5)加強(qiáng)了設(shè)備與基礎(chǔ)的連接，將傳動(dòng)底座(8)、平托裝置支座(11)用螺栓固定在地基上，設(shè)有防滑筋，更有利保證了平托裝置整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。見(jiàn)圖1、圖2。

6)在平托裝置的托臂(13)上，采用了懸臂漲緊裝置(15)，保證橫移運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，托盤不會(huì)發(fā)生歪斜，使平托裝置工作安全可靠。解決了運(yùn)料過(guò)程中托盤旋轉(zhuǎn)不會(huì)碰到漲緊裝置，使得托臂可做的更短、設(shè)備更緊湊。見(jiàn)圖6、圖7、圖8。

7)安裝調(diào)整十分容易，感應(yīng)板(19)可360o旋轉(zhuǎn)，停在任意位置，運(yùn)動(dòng)位置都由極限開(kāi)關(guān)來(lái)控制，保證動(dòng)作準(zhǔn)確無(wú)誤。見(jiàn)圖2。

8)電動(dòng)平托裝置采用了制動(dòng)器，保證了平托裝置在電控失靈或停電時(shí)以及正常維修下，都不會(huì)發(fā)生意外事故，使設(shè)備更加安全可靠，見(jiàn)圖1。

9)采用圓和錐相切的托盤，解決了運(yùn)料過(guò)程與外部設(shè)備互不干涉的問(wèn)題，使得接料與落料時(shí)更加順暢。見(jiàn)圖2。

在目前現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)步飛速發(fā)展的時(shí)代，更環(huán)保更節(jié)能的產(chǎn)品，具有獨(dú)到的設(shè)計(jì)，在保證軋件質(zhì)量的前提下，還能降低噪音，工作又安全可靠，更顯示出本機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性，有充分的理由相信本機(jī)構(gòu)會(huì)越來(lái)越多的被大家所采納，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，取得應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。

4 平托裝置的新特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

1)電動(dòng)型鋼收集平托裝置的特點(diǎn)是：分左、右傳動(dòng)從兩端輸入，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)經(jīng)兩級(jí)減速后，通過(guò)聯(lián)軸器直接帶動(dòng)平托主軸旋轉(zhuǎn)，四根主軸用三個(gè)齒性聯(lián)軸器和兩個(gè)夾克聯(lián)軸器，交替布置連接以減少安裝誤差對(duì)傳動(dòng)帶來(lái)的不利影響。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊新穎，獨(dú)特的設(shè)計(jì)減少了一根傳動(dòng)軸(傳動(dòng)軸和平托軸合二為一)，采用懸臂漲緊輪裝置，因此重量大為減輕，電機(jī)功率小更節(jié)能。

2)該裝置的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、生產(chǎn)節(jié)奏快、工作效率高、故障率少、維護(hù)調(diào)整方便。

(2)本機(jī)構(gòu)設(shè)有制動(dòng)器，工作更加安全、可靠，在任何狀態(tài)下都不會(huì)存有潛在的危險(xiǎn)，比如有事故或突然停電極為不安全的情況下，也不會(huì)引起任何事故。

(3)為了停位更加精準(zhǔn)，主傳動(dòng)軸(12)上帶臂的鏈輪(17)設(shè)有調(diào)整裝置(18)，能非常容易的調(diào)節(jié)托盤(14)水平垂直位置，這對(duì)機(jī)構(gòu)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)十分有利，詳見(jiàn)圖2、圖9。

(4)另設(shè)有平衡重(20)可降低對(duì)設(shè)備的沖擊力，減小電機(jī)功率。

3)該裝置的缺點(diǎn)是：

(1)當(dāng)平移距離較短時(shí)，擺臂也短，如果托盤做的較大就可能機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中，托盤會(huì)碰到主軸過(guò)不來(lái)。只有加大托臂的長(zhǎng)度。

圖8 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)剖視圖

圖9 平托裝置立體圖

10-滾動(dòng)軸承座; 11-傳動(dòng)支座; 12-主傳動(dòng)軸; 13-托臂; 14-托盤; 15-鏈條漲緊裝置; 16-鏈條; 17-帶臂的鏈輪; 18-托盤調(diào)整裝置; 19-位置感應(yīng)板; 20-平衡重; 22-隨動(dòng)鏈輪

(2)運(yùn)動(dòng)副較多，需要良好的潤(rùn)滑條件做為保證，各潤(rùn)滑點(diǎn)要定期添加干油。

5 結(jié)論

在設(shè)計(jì)收集平托裝置過(guò)程中，通過(guò)研究機(jī)構(gòu)的組成和工作原理得知，在其回轉(zhuǎn)過(guò)程中，擺臂逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)，托盤順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)，安裝在擺臂上的鏈傳動(dòng)裝置絕對(duì)轉(zhuǎn)速為零，保證了它的托盤開(kāi)口始終朝上?？刂茢[臂的角速度，在接鋼、放鋼時(shí)低速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了無(wú)沖擊、無(wú)擦傷并具有明顯降低噪音的效果，無(wú)論是單根還是多根軋件，都能平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確的移送到位。在實(shí)踐中我們積累了幾點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與大家共享：

1)本裝置適用于軋鋼生產(chǎn)線上各類型鋼產(chǎn)品移送的要求，如型鋼、鋼管等，在無(wú)沖擊、無(wú)擦傷、降低噪音方面效果明顯。不同的需求僅需改變托盤的形狀和數(shù)量以及托臂的長(zhǎng)度即可。

2)要始終保證托盤的水平垂直度，主動(dòng)鏈輪與被動(dòng)鏈輪的傳動(dòng)速比必須為1，即鏈傳動(dòng)的托盤絕對(duì)轉(zhuǎn)速為零。

3)在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)托盤有傾斜時(shí)(這是不可避免的問(wèn)題)，生產(chǎn)前可通過(guò)托盤調(diào)整裝置(18)和鏈條漲緊裝置(15)來(lái)調(diào)節(jié)，使托盤始終保持垂直狀態(tài)。

4)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、生產(chǎn)節(jié)奏快、工作效率高。

[1]陶維瑛.TAO Wei-ying 惠斯頓杠桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].包鋼科技,2001(2).

[2]張麗英.-大棒冷床上鋼機(jī)構(gòu)的三種方式 .機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011(3).

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:13-97.

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Technology and Performance Improvement for Hold up the Planar Motion Device of Big Rounds Collection

Liu Dejin Li Kehan Jin Haitao

(Beijing Metallurgical Equipment Research & Design Co., Ltd. of MCC Group, Beijing 100029)

Hold up the planar motion device of section steel collection is the new improvements based on the Whiston leverage of Sweden, after many parallel bodies formed out of this steel transfer device can be achieved without impact, no abrasions and low noise shift steel features. After several design improvements compared gained some experience, and the structure and working principle of the analysis, promote the use of the institution to provide the theoretical basis and practical experience.

Steel rolling finishing equipment Collection devices Whiston leverage Hold up the planar motion devices Mechanical design

TG333.62

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.015

2015-01-15)

①作者簡(jiǎn)歷：劉德金，男，1951年出生，畢業(yè)于江西理工大學(xué)冶金機(jī)械專業(yè)，學(xué)士，高級(jí)工程師