橫切線鋼板堆垛不齊問題的分析與解決

李 寧

（馬鋼第四鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243000）

近年來，我國高端板材生產(chǎn)線不斷擴展，產(chǎn)能與日俱增，市場競爭日趨激烈?？傮w來說板材呈現(xiàn)明顯的供大于求的現(xiàn)象，板材市場面臨的挑戰(zhàn)日趨嚴峻。在此背景下，產(chǎn)品質(zhì)量成為各鋼鐵企業(yè)提升競爭力提高銷量的關(guān)鍵因素[1]，也是客戶衡量產(chǎn)品整體質(zhì)量的重要指標[2]。

馬鋼某廠橫切機組引進德國SMS公司技術(shù)，于2008年建成投產(chǎn)，主要是將熱軋卷開平矯直，定尺定寬剪切成鋼板，并進行堆垛打包。生產(chǎn)厚度范圍為5.0mm-25.4mm，寬度800mm-2130mm，屈服強度最大800Mpa，成品鋼板長度2000mm-16000mm，成品板垛最大高度400mm，最大重量10T。

1 問題的產(chǎn)生

本課題來源于該廠橫切機組堆垛工序。通常板垛內(nèi)鋼板數(shù)量在10張左右，但是在堆垛過程中由于設(shè)備或控制的原因，出現(xiàn)同一板垛內(nèi)的鋼板在長度和寬度方向均有參差不齊的現(xiàn)象，使整個堆垛顯得凌亂無章，堆垛質(zhì)量低下，在運輸過程中造成邊部不齊的部分刮蹭碰撞，進一步造成鋼板本身損傷，產(chǎn)生實質(zhì)性的質(zhì)量缺陷。

垛板臺設(shè)計為在兩側(cè)縱向排列帶有傳動和翻轉(zhuǎn)功能的馬蹄輥運送鋼板，兩側(cè)馬蹄輥正向距離即可運送鋼板的寬度，可以由帶有正反旋絲桿、銅螺母的調(diào)整裝置通過電機驅(qū)動同步開合，以符合成品鋼板寬度要求，長度由固定擋板和拍板器限定，固定擋板可在原位置升降，拍板器由電機驅(qū)動的絲桿、銅螺母調(diào)整長度位置，同時由階梯氣缸控制拍板位、等待位和通過位三個功能位置，拍板位即拍板器工作面與水平面豎直，即與固定擋板平行，等待位與豎直位夾角30度，工作時從該位置迅速動作至豎直位，完成一次拍板，通過位即拍板器與豎直位垂直，即抬起的位置，可允許鋼板直接通過。見圖1。

圖1 橫切機組堆垛工序

正常生產(chǎn)時，馬蹄輥翻轉(zhuǎn)到內(nèi)側(cè)位置，鋼板進入垛板臺后由馬蹄輥支承鋼板兩側(cè)長度邊沿，并轉(zhuǎn)動運送鋼板前行，待鋼板頭部到達接近拍器位置時，由減速光柵感應(yīng)控制馬蹄輥轉(zhuǎn)動減速，延遲一定時間后馬蹄輥由氣缸驅(qū)動向外側(cè)翻轉(zhuǎn)打開，鋼板在被拋下過程中仍然向前行進，即以一條帶有初速度的拋物線運行，在鋼板行進至該拋物線高度中部位置時拍板器在氣缸驅(qū)動下迅速從拍板等待位動作到豎直位，即拍向鋼板頭部，鋼板在拍擊下反向彈回，尾部頂在固定擋板后，落到升降臺框架承接板上，該鋼板被垛入，隨后馬蹄輥在氣缸驅(qū)動下翻轉(zhuǎn)到內(nèi)側(cè)位置，同時拍板器回復(fù)到30度位置，等待下一張鋼板進入。

鋼板沿長度方向進入垛板臺，沿寬度方向（操作側(cè)）移出垛板臺，在長度方向上，由固定擋板和拍板器確定端部整齊，在寬度方向由在傳動側(cè)擋板下沿靠齊鋼板。

圖2 鋼板頭部拍器位置

2 原因分析

經(jīng)過對上述過程進行研究分析，發(fā)現(xiàn)兩個非精確控制階段：

一是同步問題，單側(cè)3個氣缸控制三組馬蹄輥同步完成開合動作，同步性要求較高，兩側(cè)同時動作要求更高的同步性，以使鋼板能在下落過程中保持水平，圖3可知，從位置1到位置2，見圖4。當沒有達到同步的時候，鋼板下落過程中出一歪斜，在兩側(cè)護板上刮蹭，使歪斜進一步加劇，最終導(dǎo)致下落后鋼板不在預(yù)定位置，出現(xiàn)堆垛不齊的現(xiàn)象。

圖3 鋼板從位置1垛至位置2時的水平下落情況

圖4 優(yōu)化后堆垛步驟

二是拍板問題，這一問題分兩個階段，第一階段時馬蹄輥打開后到拍板器拍擊鋼板前。在這一階段，鋼板在按有初速度的拋物線向前運行，基本處于失控的狀態(tài)，其運動方向和速度均處在一個范圍內(nèi)，而不是一個精確的點，不同寬度、厚度、長度、速度的鋼板在此階段內(nèi)的狀態(tài)均有所不同，因此在與拍板器接觸時，鋼板的狀態(tài)均不相同。第二階段是拍板器拍擊后到鋼板落到升降臺承接板。在這一階段，鋼板在在下落過程中被拍擊，之后反向彈回，尾部頂?shù)焦潭〒醢?，之后落到升降臺承接板上，這一階段也處于失控的狀態(tài)，不同的鋼板在拍擊后的狀態(tài)也會不同。

3 措施制訂

針對同步問題，取消寬度方向原來采用的同步動作，調(diào)整傳動側(cè)馬蹄輥氣閥動作速度，使其打開動作速度保持在0.5秒之內(nèi)，調(diào)整操作側(cè)馬蹄輥氣閥動作速度，使其打開動作速度保持2秒之內(nèi)，以此形成單側(cè)延遲，讓鋼板傳動側(cè)邊部先落下，在馬蹄輥護板上靠邊對齊，操作側(cè)邊部再落下，達到寬度方向堆垛整齊。

原設(shè)計馬蹄輥使同一個動作完成垛板，即兩側(cè)馬蹄輥同步打開，現(xiàn)修改為兩個動作，傳動側(cè)馬蹄輥快速打開，操作側(cè)馬蹄輥慢速打開，于是鋼板水平下落的動作變成傳動側(cè)先下落，操作側(cè)后下落，以使鋼板兩側(cè)下落至升降臺的時間產(chǎn)生1-2秒的時間差，以便鋼板傳動側(cè)先落至升降臺，并形成一個短暫的停留，使鋼板傳動側(cè)在馬蹄輥傳動側(cè)護板上靠邊對齊，然后操作側(cè)再落下，鋼板便完成寬度方向?qū)R。

針對拍擊問題，考慮不同規(guī)格的鋼板在被拍擊的瞬間動能不同，最小規(guī)格為5mmX800mmX2000mm，最大規(guī)格為25.4mmX2100mmX16000mm，其質(zhì)量相差106倍，顯然，用相同的動力完成拍擊是不合理的。首先，拍擊動作的不確定性對鋼板堆垛有直接影響，因此先取消拍擊動作，使拍板器在工作時始終處于豎直狀態(tài)，被動接受鋼板垛入時的撞擊。其次，要對鋼板對拍板器的撞擊進行控制，即在馬蹄輥打開之前行進的減速階段需要進行調(diào)整，以控制鋼板行進速度，進而控制鋼板對拍板器的撞擊，相應(yīng)地馬蹄輥打開的延遲時間也需要進行調(diào)整，以保證鋼板在接觸到拍板器進行對齊之后再打開馬蹄輥完成堆垛。

4 措施實施

經(jīng)過論證，上述兩個方法可以有效改善垛板臺堆垛質(zhì)量，利用檢修時間分步完成實施，一是通過調(diào)整馬蹄輥打開氣閥排氣速度來馬蹄輥打開的時間差控制，實際上本步驟可進一步優(yōu)化，即修改程序使兩側(cè)氣閥控制信號分開下發(fā)，當馬蹄輥打開信號接收之后，傳動側(cè)氣缸立即完成動作，操作側(cè)可延遲2秒再完成動作，即可在不調(diào)整馬蹄輥動作速度的狀態(tài)下完成兩側(cè)動作時間差控制。

二是拍擊控制的修改，這一階段分為兩個步驟，首先取消拍擊動作，將程序中觸發(fā)拍板動作的信號斷開，當切換自動時拍板器動作至豎直位置，等待接板。其次是在操作臺控制電腦HMI畫面上增設(shè)減速速度調(diào)整窗口及延遲時間調(diào)整窗口，由操作人員在生產(chǎn)過程中根據(jù)所生產(chǎn)鋼板的規(guī)格進行動態(tài)調(diào)整。

5 結(jié)語

根據(jù)鋼板長度、寬度、厚度及在實際生產(chǎn)中的測試，形成數(shù)據(jù)設(shè)定表，見表1（部分）。

表1 鋼板長度、寬度、厚度測量

通過對鋼板堆垛過程中產(chǎn)生的劃傷、堆垛不齊等問題系統(tǒng)的分析，并予以改造，有效的解決了鋼板生產(chǎn)過程中的挫傷，在同類型生產(chǎn)線有較好的推廣意義。通過這系列的改造，使板材橫切及處理生產(chǎn)線板材成材率和合格率達標，產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證，取得了可觀的經(jīng)濟效益。