連退卷球機(jī)故障原因分析及改進(jìn)措施

張俊峰

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司, 上海 201900)

0 前言

在現(xiàn)代化冷軋生產(chǎn)機(jī)組中，圓盤剪及其配套的碎邊剪或者卷球機(jī)對(duì)機(jī)組生產(chǎn)率的影響越來越重要。寶鋼股份冷軋廠C612機(jī)組廢邊卷球機(jī)作為此連退機(jī)組非常重要的附屬設(shè)備，用于將圓盤剪剪切下來的帶鋼兩側(cè)的廢邊卷取為致密的鋼球，通過廢料系統(tǒng)輸出，主要處理厚度0.2～2.0 mm，屈服強(qiáng)度(YS/R0.2)：130～1200 N/mm2的帶鋼廢邊絲。廢邊卷球機(jī)自動(dòng)步能否正常運(yùn)行不但影響到圓盤剪的工作效率，而且與機(jī)組未切邊造成的返修量息息相關(guān)。此連退機(jī)組投產(chǎn)后的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常因?yàn)閺U邊卷球機(jī)的自動(dòng)步故障影響圓盤剪切邊，導(dǎo)致大量計(jì)劃切邊鋼卷到重卷機(jī)組進(jìn)行切邊，降低了連退機(jī)組產(chǎn)品成材率，并影響汽車板產(chǎn)品的交貨期。因此，通過科學(xué)方法降低廢邊卷球機(jī)自動(dòng)步故障率，降低連退廢邊卷球機(jī)造成的異常物流量是十分必要的。

1 廢邊卷球機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

廢邊卷球機(jī)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，廢邊卷球機(jī)為無張力有芯卷取形式，由儲(chǔ)料料倉、卷球機(jī)機(jī)架、滑動(dòng)底座、卷取芯軸裝置、芯軸油霧潤滑裝置、擺動(dòng)壓輥裝置、轉(zhuǎn)盤裝置、液壓剪和廢卷提升小車裝置、液壓氣動(dòng)閥臺(tái)等組成。工作原理為：切邊模式下，圓盤剪剪下的帶鋼兩側(cè)的廢邊絲，通過廢料溜槽滑落至儲(chǔ)料料倉，邊絲在料倉內(nèi)少量堆積后立即由二級(jí)推料板前進(jìn)推到卷球機(jī)廢料大小導(dǎo)板的位置，同步芯軸伸出位置到全部行程的2/3，一級(jí)推板前進(jìn)，卡爪抓取邊絲后推進(jìn)到邊部擋盤位置，卷取芯軸到達(dá)對(duì)面的移動(dòng)轉(zhuǎn)盤并支撐后，擺動(dòng)壓輥壓下，啟動(dòng)卷取主馬達(dá)，卷取芯軸開始卷取(一般選擇上卷取)，隨著廢邊卷徑的不斷增大，擺動(dòng)壓輥不斷被動(dòng)抬高，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定最大卷徑時(shí)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出卸卷自動(dòng)步信號(hào)，液壓剪(通常在剪切中位)剪斷廢料邊絲，200 r/min高速卷取收卷，轉(zhuǎn)20 s，芯軸停車，壓輥抬起，卷取芯軸拔出，移動(dòng)轉(zhuǎn)盤縮回打開，側(cè)移門打開，廢料小翻板打開，廢邊卷由于自重，沿著小導(dǎo)板斜面滾入提升小車廢料斗內(nèi)，再通過小車提升至廢料橫移車，由運(yùn)輸部料斗車運(yùn)至處理地點(diǎn)。

圖1 廢邊卷球機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

2 故障分析

2.1 卡爪結(jié)構(gòu)

原卡爪材質(zhì)使用后端部磨損嚴(yán)重，與邊絲燒結(jié)為一體，導(dǎo)致抽芯。原卡爪設(shè)計(jì)溝槽過深，邊絲易被溝槽卡住抽出，導(dǎo)致卡爪帶邊絲。圖2為卷球機(jī)芯軸邊絲纏繞照片。

圖2 卷球機(jī)芯軸邊絲纏繞照片

2.2 卷徑問題

卷球機(jī)上壓輥安裝在擺臂上，由氣缸推動(dòng)擺臂圍繞鉸接點(diǎn)做上下擺動(dòng)動(dòng)作，隨著卷球直徑的不斷變化，擺臂鉸接點(diǎn)的編碼器讀值發(fā)生變化，由變化量函數(shù)來確認(rèn)卷球直徑。廢邊卷與擺動(dòng)壓輥位置關(guān)系圖如圖3所示。

圖3 廢邊卷與擺動(dòng)壓輥位置關(guān)系圖

原有的卷徑計(jì)算公式

DS=24.05θ+349.2 mm

經(jīng)過實(shí)際測(cè)量，此計(jì)算公式不能應(yīng)用于所有卷徑計(jì)算，在實(shí)際使用過程中，往往造成卷徑值顯示的失準(zhǔn)，還需要數(shù)據(jù)修正。

2.3 邊絲纏繞在芯軸與轉(zhuǎn)盤之間

芯軸與轉(zhuǎn)盤間隙太大，芯軸與轉(zhuǎn)盤內(nèi)圈間隙量單側(cè)10 mm，纏繞邊絲的芯軸退出時(shí)，此處無法起到阻礙邊絲的作用，邊絲將輕松通過此處被拉到設(shè)備本體外，造成廢球無法掉落。邊絲拉出設(shè)備本體情況如圖4所示，芯軸與轉(zhuǎn)盤內(nèi)圈間隙圖如圖5所示。

圖4 邊絲拉出設(shè)備本體

圖5 芯軸與轉(zhuǎn)盤內(nèi)圈間隙圖

3 改進(jìn)措施

3.1 芯軸的卡爪

將卡爪外形更換為錐邊棱角圓弧形，提高強(qiáng)度。經(jīng)過方案比對(duì)，錐邊棱角鋒利形，使用時(shí)發(fā)現(xiàn)棱角易崩，造成帶邊絲；無錐頭形，使用時(shí)發(fā)現(xiàn)外圈摩擦，邊絲粘連；最后采用邊棱角圓弧形，使用至今效果良好，并擴(kuò)展制作新材料卡爪，材料強(qiáng)度提高到HRC55-60以上。

重新設(shè)計(jì)并委托修配改廠家制作，委托檢修單位對(duì)新制作的卡爪現(xiàn)場(chǎng)安裝。如圖6所示為新型卡爪設(shè)計(jì)圖，如圖7所示為卡爪改造過程圖。

對(duì)策實(shí)施后，通過生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一段時(shí)間的跟蹤，由于卡爪纏繞帶鋼邊絲造成的抓料及卸卷困難現(xiàn)象消失。

圖6 新型卡爪設(shè)計(jì)圖

圖7 卡爪改造過程圖

3.2 卷徑優(yōu)化

為了計(jì)算方便和直觀，將擺動(dòng)壓輥的擺臂水平角度為0，向上為正，向下為負(fù)值。

由圖3可得

(1)

簡化后

(2)

式中，DS為廢邊卷球?qū)嶋H直徑，單位mm；θ為壓輥擺臂的擺角測(cè)量值；定義上壓輥在水平位置的角度為0，向上讀值為正，向下讀值為負(fù)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)上壓輥鉸接點(diǎn)中心到上壓輥軸中心L=600 mm，上壓輥直徑DR=900 mm，上壓輥鉸點(diǎn)中心到芯軸中心垂直方向的距離A=860 mm，上壓輥鉸接點(diǎn)中心到芯軸中心水平方向距離B=500 mm，由公式(2)可得到廢邊卷球的直徑DS與上壓輥臂的擺動(dòng)角度θ的之間的關(guān)系，如表1所示。

表1 廢邊卷直徑與擺動(dòng)壓輥擺臂角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由于來料邊絲的不均勻性，廢邊卷球機(jī)對(duì)邊絲卷取過程中，實(shí)際的卷球并不規(guī)則，所以對(duì)廢邊卷直徑的數(shù)值顯示要求也不能過于精確，由于公式(2)計(jì)算過程比較繁瑣，為了簡化，根據(jù)表1顯示數(shù)據(jù)，采用二維坐標(biāo)，得出廢邊卷直徑DS與擺動(dòng)壓輥擺臂的擺角θ關(guān)系，如圖8所示。

圖8 廢邊卷直徑與擺臂角度線性關(guān)系圖

由圖8得

DS=20.756θ+830.55

(3)

通過公式(2)計(jì)算出廢邊卷球直徑與表1中的廢邊卷球直徑之間相差不大，可以滿足此連退機(jī)組的控制要求。

由公式(3)得

(4)

編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)m與壓輥擺臂旋轉(zhuǎn)的角度θ關(guān)系為

(5)

式中，m1為編碼器每轉(zhuǎn)一圈的脈沖值，例如1024等，i為編碼器軸與鉸點(diǎn)軸之間的傳動(dòng)減速比(如兩軸同心則i值取1)。

由公式(3)公式(4)可以得到絕對(duì)值編碼器的脈沖數(shù)m與廢邊卷直徑DS的關(guān)系為

(6)

通過以上計(jì)算，明確了編碼器的旋轉(zhuǎn)脈沖數(shù)m與廢邊球DS之間的關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)步時(shí)廢邊卷直徑的函數(shù)計(jì)算。目前，此連退機(jī)組卷徑自動(dòng)控制比較穩(wěn)定，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、減少設(shè)備維護(hù)量有著重要的意義。

3.3 重新設(shè)計(jì)了銅合金套

由圖5可以看出，原設(shè)計(jì)芯軸和轉(zhuǎn)盤之間間隙為10 mm，為了盡量減少它們之間的間隙，而且避免芯軸與轉(zhuǎn)盤之間的磨損，特設(shè)計(jì)制作銅合金襯套安裝在芯軸和轉(zhuǎn)盤之間，增加銅襯套后，單邊間隙縮小為1 mm。圖9為芯軸與轉(zhuǎn)盤間隙改造圖。

圖9 芯軸與轉(zhuǎn)盤間隙改造圖

通過減小芯軸與轉(zhuǎn)盤之間的間隙，在現(xiàn)場(chǎng)使用過程中，完全避免了卸卷時(shí)，芯軸將邊絲抽出轉(zhuǎn)盤的現(xiàn)象，同時(shí)也很好地解決了落料豎卷的現(xiàn)象。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況跟蹤

本文重新設(shè)計(jì)了芯軸的卡爪、優(yōu)化了卷徑計(jì)算參數(shù)、重新設(shè)計(jì)了銅合金套，通過幾個(gè)月的實(shí)施和現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，整理出了現(xiàn)場(chǎng)故障跟蹤表，如表2所示。日期9月15日以前的數(shù)據(jù)為活動(dòng)中卷球機(jī)，9月16日以后為活動(dòng)后卷球機(jī)?；顒?dòng)中卷球機(jī)總投入次數(shù)726次，故障66次，卷球機(jī)故障率9%，活動(dòng)后卷球機(jī)總投入381次，故障19次，故障率5%。

表2 卷球機(jī)現(xiàn)場(chǎng)故障跟蹤表

通過表2數(shù)據(jù)顯示，采取有效的改進(jìn)措施后，使卷球機(jī)故障率居高問題得到很好的解決，生產(chǎn)運(yùn)行良好，綜合故障率由原先的平均9%，控制在5%左右。

5 結(jié)束語

碎邊剪、壓塊機(jī)、廢邊卷球機(jī)，是冷軋?zhí)幚砭€配套圓盤剪的關(guān)鍵設(shè)備，綜合來看，碎邊剪、壓塊機(jī)均有其各自的缺點(diǎn)，只有卷球機(jī)更適用于機(jī)組速度較高，板型變化范圍較大的機(jī)組，從制造和維護(hù)成本而言，廢邊卷球機(jī)相對(duì)壓塊機(jī)又具有一定優(yōu)越性。長遠(yuǎn)來看，通過不斷地改進(jìn)和優(yōu)化廢邊卷球機(jī)，其在冷軋?zhí)幚砭€中，將發(fā)揮越來越重要的作用。