板料清洗機(jī)輥筒傳動裝置的優(yōu)化改進(jìn)

陶中杰

（上汽大眾汽車有限公司沖壓中心，上海 201806）

0 引言

在汽車沖壓成形工序中，為保證汽車外覆蓋件的表面質(zhì)量及改善板材的拉伸性能，沖壓加工前要對板材進(jìn)行清洗和涂油。這道工序?qū)η逑从偷酿ざ群土蚝康燃夹g(shù)參數(shù)有特殊要求。同時要求清洗板材用的清洗油可循環(huán)利用，不會發(fā)生外泄污染周邊環(huán)境。因此，一般在拆垛機(jī)后面，噴油機(jī)或?qū)χ信_前設(shè)置專用清洗機(jī)。

沖壓11 線自動化生產(chǎn)條線配備的清洗機(jī)僅用于板料的清洗，適用于ST12、ST13、ST14，表面特征03、04、05 的鋼板、鋁料以及未涂層或鍍鋅的鐵板的清洗、刷凈和擠干。被清洗的板材必須具有DIN EN 10 029（7 mm/m 的測量長度）或者是DIN EN 10 131（3 mm/m 的測量長度）所規(guī)定的的平整度，從清洗機(jī)中出來的板材料上下表面都會有一層清洗劑膜。

1 問題

沖壓11 線清洗機(jī)自動化生產(chǎn)時，鋼板料從清洗機(jī)出口處向噴油機(jī)及對中臺輸送過程中，板料的前端及中部區(qū)域會彎曲上翹，導(dǎo)致料片撞擊噴油機(jī)或者越過對中臺的對中擋塊，如果是兩張對稱的料片，還會產(chǎn)生偏移及扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)卡料，損壞擠干輥光滑表面，導(dǎo)致長時間停機(jī)修理，增加維修成本。

2 優(yōu)化改進(jìn)

為了解決現(xiàn)有清洗機(jī)擠干輥卡料和利用率的不足,本實用新型提供一種新的傳動鏈輪，該鏈輪不僅可實現(xiàn)較高的傳動速比，解決卡料問題，而且結(jié)構(gòu)簡單、可靠，通用性強(qiáng)，還能將擠干輥的使用壽命延長一倍。

圖1 清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.1 清洗機(jī)工作原理

清洗機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，減速電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動下送料輥，下送料輥通過一對m=12、z=22 的聚氨酯材質(zhì)齒輪嚙合帶動上送料輥運(yùn)轉(zhuǎn)，這對具有聚氨酯類表面涂層的送料輥將鋼板拉入清洗機(jī)，通過從上至下的清洗油輸送管中連續(xù)流出的精細(xì)清洗劑進(jìn)行噴洗，鋼板上的污垢顆粒被溶解并被沖到油箱內(nèi)。同時，在鋼板運(yùn)行反方向相反的一對帶有軟貝倫鬃的毛刷輥（位于擠干輥和送料輥之間）完成清洗動作。此外，毛刷輥還在板材表面引起激烈的清洗機(jī)漩渦，在毛刷輥的后面還有2 個噴管，將清洗機(jī)噴流再次噴向板料的上表面和下表面。

下送料輥另一端的一個27/27 齒數(shù)的雙排鏈輪，與下擠干輥對應(yīng)端的一個38/38 齒數(shù)的雙排鏈輪通過鏈條連接，形成27/38 的傳動比；下擠干輥另外一端通過一對m=12、z=31 的聚氨酯材質(zhì)齒輪嚙合帶動上擠干輥運(yùn)轉(zhuǎn)；上下擠干輥之間壓力（8～12 MPa）可以通過上擠干輥兩端的連接油缸液控回路調(diào)節(jié)。擠壓除去大部分殘存在鋼板上的油液，并形成一個規(guī)定油膜（油膜總質(zhì)量≤1.5 g/m2），將料片送入噴油機(jī)或過渡皮帶機(jī)。

進(jìn)料輥和擠干輥正常生產(chǎn)時同時被驅(qū)動，如果清洗機(jī)停止，上進(jìn)料輥和擠干輥通過其兩端的液壓缸被提高，上擠干輥的液壓缸還用于調(diào)整符合板材厚度和留在板材上的清洗液劑量的擠干輥壓力。

2.2 卡料原因分析

（1）檢查清洗機(jī)機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。主要包括電機(jī)驅(qū)動軸、進(jìn)料輥和擠干輥的傳動齒輪、傳動鏈輪、鏈條以及輥面質(zhì)量，均未發(fā)現(xiàn)異常。清洗機(jī)擠干輥4 個軸承溫度監(jiān)測顯示值40～43 ℃，表明擠干輥軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（2）檢查清洗機(jī)液壓控制回路。清洗機(jī)液壓控制與若干控制進(jìn)料輥和擠干輥的調(diào)節(jié)高度相互關(guān)聯(lián)，由裝配在一塊液壓分配板上的液壓元件組成。液壓聯(lián)動裝置是一個氣壓驅(qū)動的活塞泵（壓縮空氣，0.6 MPa）,在液壓系統(tǒng)里壓力最高可達(dá)14 MPa。正常工作時，送料輥壓力3～5 MPa，擠干輥工作壓力6～12 MPa。現(xiàn)場檢查送料輥壓力5 MPa，擠壓輥壓力10 MPa，在正常范圍內(nèi)，表明清洗機(jī)液壓系統(tǒng)正常。

（3）檢查清洗機(jī)液壓及機(jī)械傳動正常，分析故障原因很可能是擠干輥與送料輥線速度出現(xiàn)誤差，由于送料輥和擠干輥共用一套驅(qū)動系統(tǒng)，速差來源于各輥之間磨損造成的直徑誤差，因此測量送料輥和擠干輥直徑（各測9 個點）。由于輥子呈鼓型，其最大值為輥子的實際直徑，測量結(jié)果見圖2?？梢钥闯?，進(jìn)料輥和擠干輥直徑分別為270 mm 和373 mm。進(jìn)料輥標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)為270 mm，因此其基本無磨損，而擠干輥的標(biāo)準(zhǔn)直徑為380 mm，由于清洗機(jī)使用中，板料因各種原因卡在清洗機(jī)內(nèi)造成擠干輥表面損壞，當(dāng)擠干輥損壞后必須進(jìn)行換料修磨，由于擠干輥表面采用的是特殊的3M 無紡布材料覆蓋而成，每次委外修理造成擠干輥直徑減小?？梢钥闯?，擠干輥直徑比原來減少約7 mm，可能會引起兩者速差較大的變化，因此需要計算其線速度。

圖2 擠干輥直徑測量結(jié)果

根據(jù)擠干輥直徑測量結(jié)果計算其線速度（表1）?？梢钥闯?，當(dāng)擠干輥直徑為373 mm 時，擠干輥的線速度（1567 mm/s）比送料輥（1597 mm/s）小30 mm/s，查閱清洗機(jī)資料，標(biāo)準(zhǔn)直徑為380 mm 的擠干輥與標(biāo)準(zhǔn)直徑為220 mm 的送料輥線速度計算結(jié)果均為1597 mm/s，對比之下可以看出，由于線速度差的存在，料片在送料輥與擠干輥之間產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象（圖3），當(dāng)料片送出清洗機(jī)時就會撞擊噴油機(jī)或越過對中擋塊，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致清洗機(jī)嚴(yán)重卡料，損壞擠干輥表面無紡布材料，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和較長時間的停機(jī)。

表1 線速度計算結(jié)果

圖3 擠干輥正常尺寸和磨損后線速度模擬圖

由于清洗機(jī)需要清洗的是鋼制料片，厚度0.5～2 mm，這種厚度料片有時會劃傷擠干輥表面，劃傷后清洗機(jī)無法將料片清洗干凈，需要更換劃傷的那部分表層。由于聚氨酯表層是分塊安裝在鋼制軸心上，只需換掉劃傷部分即可，為了使表面平整，需要進(jìn)一步研磨。這樣，經(jīng)過一次次研磨，擠干輥尺寸會逐次減小，當(dāng)直徑減小到引起擠干輥和送料輥的速差達(dá)到一定程度時，料片便會彎曲，清洗機(jī)無法正常工作。圖4 為劃傷后修復(fù)的擠干輥，深色部分為未損壞部分，淺色部分為更換后的部分。

圖4 劃傷后修復(fù)的清洗機(jī)擠干輥

2.3 解決方案

以往研磨兩次后的擠干輥直徑過小時，為了避免速差引起的料片彎曲等現(xiàn)象，一般更換新的擠干輥。經(jīng)以上分析可以看出，既然料片彎曲是由進(jìn)料輥和擠干輥的速差引起的，修正此速差就可以避免故障的發(fā)生。實際生產(chǎn)中，除了改變擠干輥直徑外，還可以通過改變傳動結(jié)構(gòu)來改善速差，改善傳動結(jié)構(gòu)主要有以下4 種方式：

（1）將進(jìn)料輥和擠干輥共用一套驅(qū)動系統(tǒng)改為單獨(dú)驅(qū)動，每一對輥子的線速度可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)方式也是新型清洗機(jī)采用的主流驅(qū)動方式。該方式可以有效避免此類清洗機(jī)卡料，直至擠干輥無紡布覆蓋層用光。但對11 線清洗機(jī)而言，如此改造將涉及增加驅(qū)動電機(jī)、改造外部罩殼、電氣程序修改、控制面板改造等多方面，另外整線至少需要停產(chǎn)3 d，維修費(fèi)用巨大，因此不具有現(xiàn)實可操作性。

（2）將上下進(jìn)料輥傳動齒輪齒數(shù)從22 齒增加至23 齒，可使擠干輥線速提升約1/22。

（3）將下擠干輥端部傳動雙排鏈輪齒數(shù)從38 齒降低至37齒，可使擠干輥線速提升約1/38。

（4）計算速差占擠干輥線速的比例。擠干輥的線速度為1567 mm/s，比送料輥（1597 mm/s）小30 mm/s，所占比例為1/52，相比而言更接近于1/38。綜合考慮得出,最簡單有效的方法是更改擠干輥的鏈輪齒數(shù)。

改變下擠干輥被動雙排鏈輪的齒數(shù)，將原來的38 齒改為37 齒（圖5）。計算進(jìn)料輥和擠干輥的線速度，得出其速度差已經(jīng)減少至12 mm/s，這個速差是否在允許范圍內(nèi)，需要在實際運(yùn)用中進(jìn)行檢驗。經(jīng)過實際檢驗得知，前后速差應(yīng)保持在3 mm/s 以內(nèi)。

3 改進(jìn)效果

對11 線清洗機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，將傳動鏈輪的齒數(shù)由原來的38 齒改為37 齒，改造后的線速度計算結(jié)果見表2，實踐驗證，提高擠干輥線速度可解決清洗機(jī)的卡料問題。清洗機(jī)傳動系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)產(chǎn)生的效益：①優(yōu)化后的傳動系統(tǒng)適用于擠干輥、送料輥、刷輥共用同一套傳動機(jī)構(gòu)的清洗機(jī)，對其他類似結(jié)構(gòu)的傳動裝置具有參考價值；②延長擠干輥的使用壽命，優(yōu)化前擠干輥的壽命為只能修磨3～4 次（最小374 mm），改進(jìn)后使用壽命可以提高研磨次數(shù)到8 次（最小365 mm），相當(dāng)于擠干輥的使用期限提高一倍；③節(jié)省備件采購費(fèi)用。

圖5 修改傳動鏈輪齒數(shù)

表2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后線速度計算結(jié)果