一種清除圓坯切割瘤裝置的適應(yīng)性分析

郝旭東

（太鋼煉鋼一廠， 山西 太原 030000）

引言

為了提高圓坯切割瘤去除效率，縮短切割瘤去除時(shí)間，節(jié)約人力物力成本，消除鑄坯物流鏈瓶頸，加快鑄坯發(fā)運(yùn)速度，提高鑄機(jī)連續(xù)澆鑄能力，進(jìn)而設(shè)計(jì)切割瘤裝置并進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用。清瘤裝置提供了一種使圓坯切割瘤快速去除的方法，能夠使圓坯切割瘤在線快速去除，不需要下線后再由人工除瘤，這樣鑄坯就可以及時(shí)轉(zhuǎn)入緩冷坑，減少了鑄坯在環(huán)境中的溫降，保證了鑄坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，提高了鑄坯的發(fā)運(yùn)效率。

1 切割瘤特性及清瘤裝置的可行性分析

高溫狀態(tài)下切割瘤與鑄坯附著力較小，清瘤裝置作用在鑄坯切割瘤的軸向力可將切割瘤快速刮掉[1]。鑄坯在切割完畢后，由切割輥道將鑄坯往出坯方向運(yùn)送，火切機(jī)后部光柵檢測(cè)到鑄坯切割前端面信號(hào)后，清瘤裝置正轉(zhuǎn)，鑄坯切割前端面通過清瘤裝置后切割瘤被迅速清除干凈。光柵檢測(cè)到鑄坯切割后端面信號(hào)時(shí)，清瘤系統(tǒng)反轉(zhuǎn)，鑄坯切割后端面通過清瘤裝置后，切割瘤被迅速清理，見圖1。

清瘤裝置在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到切割輥和運(yùn)輸輥之間的距離有限，清瘤裝置清除切割瘤的運(yùn)動(dòng)方式不能是直線式，所以選擇圓周運(yùn)動(dòng)作為清瘤裝置清除切割瘤的運(yùn)動(dòng)方式。另外，如果選擇圓周運(yùn)動(dòng)作為清瘤裝置的動(dòng)作方式，清瘤裝置運(yùn)動(dòng)過程中與前后兩個(gè)輸送輥保持200 mm 的安全距離。通過運(yùn)輸輥道尺寸來計(jì)算清瘤裝置的回轉(zhuǎn)半徑，確定清瘤裝置最大回轉(zhuǎn)半徑為900 mm。

2 清瘤裝置各部件的選型分析

2.1 清瘤裝置刀具結(jié)構(gòu)

圖1 圓坯切割瘤

清瘤裝置采用的是清瘤刀片刮除切割瘤，其工作原理就是利用旋轉(zhuǎn)的清瘤刀片對(duì)切割瘤施加軸向力將其除掉。清瘤裝置執(zhí)行端清瘤刀片的設(shè)計(jì)尤為重要。

清瘤裝置首先構(gòu)思的是清瘤刀片的結(jié)構(gòu)形式，由于圓坯切割端面是圓形，所以清瘤刀片必須制作成弧形，且要與圓坯切割端面的尺寸相匹配，否則會(huì)與鑄坯干涉，將鑄坯本體切除，產(chǎn)生廢品。根據(jù)輥道輥?zhàn)雍丸T坯端面尺寸計(jì)算清瘤刀片的弧形半徑，Φ390 端面的鑄坯清瘤刀片半徑為197.5 mm，Φ690端面的鑄坯清瘤刀片半徑為347.5 mm。

為避免運(yùn)動(dòng)過程中兩清瘤刀片間接觸面積過大，摩擦力過大，將清瘤刀片之間設(shè)計(jì)2 mm 的隔離套，每把清瘤刀片設(shè)計(jì)成等寬度，清瘤裝置設(shè)計(jì)所需刀片數(shù)目為6 個(gè)?？紤]到清瘤刀片安裝時(shí)中間有法蘭存在，選擇法蘭寬度為50 mm，所以選擇清瘤的刀片數(shù)量為5 個(gè)。

清瘤裝置回轉(zhuǎn)時(shí)的截面是長(zhǎng)方形，根據(jù)清瘤裝置回轉(zhuǎn)半徑構(gòu)建直角三角形進(jìn)行計(jì)算，確定清瘤刀片的寬度為120 mm。此寬度為與回轉(zhuǎn)半徑匹配的最小寬度。其結(jié)構(gòu)圖如下頁(yè)圖2 所示。

2.2 清瘤刀具布置

對(duì)于清瘤刀片的安裝布置，既要考慮全面覆蓋切割瘤的位置，又要盡量減少清瘤的數(shù)量。清瘤刀片沿圓周方向平行布置，并由焊接在主軸中間的法蘭2將其隔開，法蘭2 錯(cuò)位焊接在主軸上，法蘭2、3 都焊接在清瘤裝置主軸中間軸段，四根長(zhǎng)銷軸通過開口銷固定，以防止其軸向躥動(dòng)。這樣的安裝方式可使清瘤刀片裝拆方便快捷，清瘤刀片的安裝分布如圖3所示。

圖2 清瘤裝置的結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

圖3 清瘤裝置刀片分布示意圖

2.3 清瘤裝置動(dòng)力傳輸系統(tǒng)的適應(yīng)性分析

在設(shè)計(jì)分析了清瘤刀具的基礎(chǔ)上，將圓坯出坯輥道現(xiàn)有的電機(jī)減速機(jī)作為驅(qū)動(dòng)清瘤裝置的動(dòng)力源。電機(jī)型號(hào)為DRE160MC4，電機(jī)額定輸出功率為11 kW，額定轉(zhuǎn)速為1 475 r/min。去切割瘤刮刀裝置的動(dòng)力是電機(jī)通過減速機(jī)傳遞的。由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝位置可確定減速機(jī)和電機(jī)的安裝方向應(yīng)為垂直安裝，且減速機(jī)輸出軸的方向與電機(jī)軸方向垂直，所以選定的減速機(jī)為蝸輪蝸桿減速機(jī)。考慮到刮刀裝置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝位置以及工作過程的平穩(wěn)性，由前文知，去切割瘤刮刀裝置工作轉(zhuǎn)速為25 r/min，根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可確定所選擇的減速機(jī)傳動(dòng)比應(yīng)該為70，型號(hào)為KA107DRE160MC4/TF 的斜齒輪- 錐齒輪減速機(jī)。該減速機(jī)大多用于煉鋼機(jī)械、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、石油機(jī)械以及其他重型機(jī)械場(chǎng)合[2]。

為保證所選減速機(jī)的正常使用，需要校核其性能。已知電機(jī)輸出的功率為11 kW，減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為25 r/min，可得減速機(jī)的轉(zhuǎn)矩：

式中：T為理論計(jì)算轉(zhuǎn)矩；P為電機(jī)輸出的功率，取值11 kW；n為減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，取25 r/min。Tc為減速機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，N·m；K為工況系數(shù)，可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出特重沖擊載荷下取1。

把已知量帶入式（1）（2）可得：Tc=4 202 N·m。

由減速機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知，其公稱轉(zhuǎn)矩為Tn=5 220 N·m。則：Tc≤Tn。

因此本裝置選用KA107DRE160MC4/TF 型減速機(jī)降低了負(fù)載的慣量，而且降速同時(shí)提高了輸出扭矩，此減速機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，熱交換性能好，散熱快，運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，良好的機(jī)械性能能夠滿足刮刀裝置工作要求。

2.4 清瘤裝置主軸結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性分析

清瘤裝置的主軸利用現(xiàn)有出坯輥道的主軸進(jìn)行加工，先依據(jù)軸向定位原則確定主軸的各段直徑和長(zhǎng)度，因?yàn)橹鬏S實(shí)際工作中幾乎不受軸向力，軸承選用調(diào)心滾子軸承，其型號(hào)為NSK24024，基本尺寸為內(nèi)徑×外徑×厚度=180 mm×120 mm×60 mm，與其配合處的軸段直徑為120 mm，寬度為60 mm，兩端軸承處對(duì)應(yīng)的主軸尺寸相同[2]。根據(jù)清瘤刀片總寬度和兩端法蘭的厚度確定主軸中間的軸段長(zhǎng)度為442 mm，主軸的結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 主軸的結(jié)構(gòu)（單位：mm）

3 清瘤裝置的應(yīng)用情況

1）清瘤裝置安裝后，鑄坯在線即可將切割瘤清除干凈，下線后直接發(fā)運(yùn)或者吊入緩冷坑，提高了生產(chǎn)效率，見圖5。

圖5 清瘤效果圖

2）人工清瘤一次約20 min，在線清瘤完成后無需線外人工清瘤，降低了鑄坯由于等待而產(chǎn)生的溫降，有利于保證鑄坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的成形。

3）用清瘤裝置在線清瘤后可節(jié)約人力清瘤成本342 000 元/年（鑄坯人工去切割瘤每噸鋼0.75 元，圓坯每月產(chǎn)鋼量約為38 000 t，每年人工費(fèi)用可節(jié)約：0.75×38 000×12=342 000 元）。

4）清瘤裝置清瘤后，下線鑄坯可以及時(shí)發(fā)運(yùn)至型材廠，消除了物流瓶頸。

5）鑄坯切割瘤在線清除后，保證了圓坯連鑄機(jī)的連澆能力，確保了太鋼煉鋼一廠拳頭產(chǎn)品輪軸鋼生產(chǎn)任務(wù)的達(dá)產(chǎn)達(dá)效。

6）消除了人工清瘤作業(yè)過程中存在的灼燙、中暑等安全隱患。

4 結(jié)論

安裝清瘤裝置后，鑄坯切割瘤在切割完成向后運(yùn)輸過程中即可被清瘤裝置清除干凈，鑄坯切割產(chǎn)生的切割瘤無需下線后人工清理，鑄坯可以及時(shí)轉(zhuǎn)入緩冷坑，減少了鑄坯在環(huán)境中的溫降，保證了鑄坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，提高了鑄坯的發(fā)運(yùn)效率。同時(shí)，清瘤作業(yè)不影響鑄坯在輥道上正常運(yùn)送的時(shí)間，而且鑄坯下線后可直接發(fā)運(yùn)，保證了下道工序?qū)﹁T坯冷卻溫度的要求。