一種擠壓鋁型材自動(dòng)牽引中斷設(shè)備的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張勇威，鄭雅如，唐鴻洋，王洪卓，孫曉麗

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

鋁型材牽引中斷設(shè)備是對(duì)從模具擠出的鋁材進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的牽引中斷，與擠壓機(jī)速度匹配，保證固定長(zhǎng)度的型材順利擠出的擠壓機(jī)后部牽引中斷設(shè)備，避免從模具出來(lái)的型材出現(xiàn)自動(dòng)彎曲、偏離軌道等現(xiàn)象，保證型材可以順利輸送至拉直機(jī)部位?，F(xiàn)代學(xué)者針對(duì)擠壓工藝等相關(guān)內(nèi)容展開了研究。首先，從對(duì)普通鋁型材牽引設(shè)備的研究來(lái)看，賓永鐘發(fā)明了一種普通鋁型材牽引設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，降低了勞動(dòng)力成本，體現(xiàn)了鋁型材牽引設(shè)備應(yīng)用的必要性；其次，從對(duì)鋁型材雙牽引技術(shù)研究方面來(lái)看，陳遠(yuǎn)企認(rèn)為社會(huì)生產(chǎn)對(duì)優(yōu)質(zhì)鋁型材的需求不斷增加，優(yōu)質(zhì)鋁型材生產(chǎn)中需使用雙牽引裝置對(duì)其進(jìn)行擠壓操作，以提高大型鋁型材的成品率，鑒于此，作者探討了鋁型材擠壓雙牽引關(guān)鍵技術(shù)，為現(xiàn)代牽引設(shè)備開發(fā)提供了有利的理論依據(jù)，該研究也體現(xiàn)出了鋁型材牽引設(shè)備的升級(jí)和改進(jìn)；第三，從對(duì)鋁型材雙牽引設(shè)備開發(fā)方面的研究來(lái)看，為了提高鋁型材牽引設(shè)備的工作效率，陳國(guó)在普通牽引設(shè)備研發(fā)的基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種簡(jiǎn)易雙牽引鋁型材牽引設(shè)備，滿足了鋁型材的連續(xù)擠出要求，牽引效率較高，是雙牽引鋁型材牽引設(shè)備開發(fā)的典型產(chǎn)品；第四，從對(duì)鋁型材雙牽引系統(tǒng)控制及測(cè)試方面的研究來(lái)看，唐躍躍主要介紹了鋁型材牽引機(jī)的結(jié)構(gòu)特征以及工作流程，并且利用臺(tái)達(dá)Ethernet 控制牽引機(jī)的兩個(gè)小車進(jìn)行無(wú)線控制；郭華等主要闡述了鋁型材牽引切割技術(shù)要求，并且通過(guò)模型以及牽引機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了雙牽引機(jī)運(yùn)動(dòng)模型，并且已經(jīng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試；何海 崗等利用軟件模擬了一模多孔鋁型材擠壓技術(shù)，并且提出了雙頭單軌牽引技術(shù)的工藝路線，使設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效的系統(tǒng)化控制；第五，從對(duì)鋁型材雙牽引設(shè)備存在的問(wèn)題以及應(yīng)用方面的研究來(lái)看，張君等研究了上夾式雙牽引裝置運(yùn)行過(guò)程中重心高導(dǎo)致的不穩(wěn)定問(wèn)題，研發(fā)了新型的側(cè)夾式雙牽引裝置；韓泓重點(diǎn)研究了運(yùn)行過(guò)程中對(duì)擠壓速度的控制問(wèn)題，并且設(shè)計(jì)了控制方式及具體實(shí)施方法，解決了由于擠壓速度過(guò)快導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷；蘇振楊等和隋永豐詳細(xì)闡述了鋁型材雙牽引機(jī)在行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，及其為現(xiàn)代擠壓生產(chǎn)提供的便利條件。

綜上所述，研究者們以普通的鋁型材牽引設(shè)備研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開發(fā)了鋁型材雙牽引設(shè)備，并對(duì)雙牽引技術(shù)、設(shè)備開發(fā)方案、系統(tǒng)控制及測(cè)試、設(shè)備運(yùn)行存在的問(wèn)題以及設(shè)備的廣泛應(yīng)用等方面展開了研究，這些理論基礎(chǔ)為本文提供了參考依據(jù)，但是缺少設(shè)備結(jié)構(gòu)的深入研究以及設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況的說(shuō)明，本文設(shè)計(jì)開發(fā)的一種新型鋁型材牽引中斷設(shè)備更為系統(tǒng)，并且具有一定的創(chuàng)新性。

1 鋁型材牽引中斷設(shè)備設(shè)計(jì)理念

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鋁型材生產(chǎn)的自動(dòng)化，全面加強(qiáng)實(shí)際生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)鋁型材生產(chǎn)行業(yè)更加標(biāo)準(zhǔn)化和高效化發(fā)展，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一種擠壓鋁型材自動(dòng)牽引中斷設(shè)備，分別通過(guò)主牽引和副牽引裝置在主動(dòng)力交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下連續(xù)反復(fù)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋁型材的牽引，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋁型材牽引的運(yùn)行控制，有效地減少了鋁型材在牽引過(guò)程中存在的偏差等缺陷問(wèn)題，提高了設(shè)備的精確度和實(shí)際效率。雙牽引裝置與普通牽引裝置相比，具有自動(dòng)牽引和自動(dòng)切割的功能，對(duì)不同噸位的擠壓機(jī)具有更好的匹配能力，能夠?qū)崿F(xiàn)不同工藝型材的牽引，提高了產(chǎn)品的成品率，并且通過(guò)雙牽引結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決了薄壁型材或者復(fù)雜斷面擠壓完成后存在的彎曲、波浪等問(wèn)題，尤其在牽引機(jī)交接過(guò)程中使型材交接更為穩(wěn)定，能夠更好地滿足對(duì)于高精度、快速響應(yīng)的要求。本文設(shè)計(jì)開發(fā)的鋁型材牽引中斷設(shè)備：一方面解決了現(xiàn)有設(shè)備成品率低、與不同噸位擠壓機(jī)匹配能力差、產(chǎn)品質(zhì)量低等問(wèn)題；另一方面滿足了工廠的生產(chǎn)需要。產(chǎn)品已應(yīng)用到實(shí)際擠壓生產(chǎn)中，是企業(yè)生產(chǎn)改進(jìn)的重要舉措。

2 鋁型材牽引中斷設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式

2.1 結(jié)構(gòu)組成

牽引中斷設(shè)備的動(dòng)作復(fù)雜程度較高，并且是往復(fù)性運(yùn)動(dòng)，信號(hào)接收難度較大，這就體現(xiàn)出牽引中斷設(shè)備結(jié)構(gòu)以及功能的技術(shù)研究十分關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)的鋁型材牽引中斷設(shè)備主要包括張緊裝置、副牽引、主牽引、防撞裝置、主動(dòng)力裝置、路軌裝置等，如圖1 所示，各裝置相互聯(lián)動(dòng)配合，使?fàn)恳袛嘣O(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)牽引中斷的功能，保證型材順利擠出。

圖1 鋁型材牽引中斷設(shè)備結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of Al profile traction interruption equipment

2.2 子結(jié)構(gòu)介紹

張緊裝置

牽引中斷設(shè)備的傳動(dòng)方式為鏈條傳動(dòng)，由于鏈條傳遞過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)彈性伸長(zhǎng)，為了使輸送機(jī)達(dá)到準(zhǔn)確的嚙合狀態(tài)，故使用張緊裝置提供預(yù)緊力，由兩個(gè)油缸分別控制兩個(gè)可移動(dòng)鏈輪，力的大小由路軌長(zhǎng)度和張緊位置而定，如圖2 所示。

圖2 張緊裝置Fig.2 Tensioning device

副牽引組件

副牽引是將擠出的型材牽引到出料輥道上，通過(guò)編碼器計(jì)算出所需長(zhǎng)度之后交接給主牽引，副牽引自動(dòng)完成鋸切，所以，副牽引具有牽引和切割的功能，如圖3 所示。

圖3 副牽引組件Fig.3 Auxiliary traction assembly

主牽引組件

主牽引是接過(guò)副牽引的型材之后，快速移動(dòng)至出料輥道末端位置，然后通過(guò)油缸控制撥叉，將型材移動(dòng)至冷床上，然后主牽引快速返回與副牽引交接，完成整個(gè)牽引工作，如圖4 所示。

圖4 主牽引組件Fig.4 Main traction assembly

防撞裝置

防撞裝置中兩個(gè)圓柱聚氨酯固定在路軌前后端，如圖5 所示，當(dāng)電氣出現(xiàn)失靈的問(wèn)題時(shí)，在牽引機(jī)快速行走過(guò)程中起到緩沖防撞的作用。

圖5 防撞裝置Fig.5 Anti-collision device

主動(dòng)力裝置

牽引機(jī)借助電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電機(jī)一般分為交流變頻電機(jī)、直流電機(jī)以及直線電機(jī)等，而電機(jī)裝置就是牽引機(jī)中的主動(dòng)力裝置。主動(dòng)力裝置安裝在路軌一側(cè)，如圖6 所示，由行走減速機(jī)和主動(dòng)鏈輪組成，為機(jī)器作業(yè)提供主要?jiǎng)恿χС帧?/p>

圖6 主動(dòng)力裝置Fig.6 Main power device

路軌裝置的組成

在牽引中斷設(shè)備中，牽引機(jī)具有較高的中心，實(shí)際的牽引和快速回程過(guò)程中容易出現(xiàn)擺動(dòng)與搖晃，這也會(huì)使型材出現(xiàn)平直度較差等問(wèn)題，所以，為了提升牽引機(jī)的穩(wěn)定性，在路軌設(shè)計(jì)方面需要重點(diǎn)研究。路軌是承接主牽引和副牽引小車行走的軌道，如圖7 所示，通過(guò)兩個(gè)變頻電機(jī)帶動(dòng)鏈條，鏈條兩端固定在小車上，實(shí)現(xiàn)加速、減速、勻速運(yùn)動(dòng)。

圖7 路軌裝置Fig.7 Track device

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 工作流程

牽引中斷設(shè)備的工作流程如圖8 所示，主要包括鋸切行走階段、平移行走階段、返回行走階段以及交接過(guò)程等四個(gè)環(huán)節(jié)，分為1 號(hào)牽引機(jī)（主牽引）和2 號(hào)牽引機(jī)（副牽引）分別相應(yīng)的作業(yè)，保證了型材的順利擠出。

圖8 牽引中斷設(shè)備工作流程Fig.8 Workflow of traction interruption equipment

3.2 設(shè)備工作能力論證

本文設(shè)計(jì)的鋁型材牽引中斷設(shè)備與2 750 t 擠壓機(jī)配套使用，導(dǎo)出輥道長(zhǎng)度為20 m，通過(guò)設(shè)備的實(shí)際工作數(shù)據(jù)測(cè)量，得出如表1 所示的參數(shù)信息，當(dāng)擠出型材長(zhǎng)度為34 m 時(shí)，該鋁型材牽引中斷設(shè)備的副牽引路程為16.04 m，小于且臨近導(dǎo)出輥道長(zhǎng)度，因此，擠出型材長(zhǎng)度為34 m，也是牽引機(jī)的最大工作能力。

表1 參數(shù)測(cè)定Tab.1 Parameter determination

3.3 不同型材實(shí)際工作參數(shù)對(duì)比

公司已經(jīng)試制完成了本文設(shè)計(jì)的鋁型材牽引中斷設(shè)備，并且在工廠投入使用。根據(jù)牽引中斷設(shè)備的工作流程和工作能力，分別選取不同擠壓工藝的型材進(jìn)行實(shí)際參數(shù)的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表2 所示。從表2 能夠看出，不同類型的型材通過(guò)2 750 t擠壓機(jī)擠出，經(jīng)過(guò)牽引中斷后的料長(zhǎng)均小于34 m，再次證明了該擠壓機(jī)在設(shè)計(jì)的工作參數(shù)下的切實(shí)可行性，滿足了不同客戶的要求。

表2 不同擠壓工藝型材的實(shí)際參數(shù)測(cè)量結(jié)果Tab.2 Measurement results of actual parameters of profiles with different extrusion processes

3.4 實(shí)際應(yīng)用

在鋁材的生產(chǎn)中，自動(dòng)牽引中斷設(shè)備具有重要的作用。一方面，能夠?qū)⑿筒膹某隹趭A住，牽引至要求的長(zhǎng)度，切斷之后移動(dòng)至冷床上；另一方面，能夠使型材擠壓過(guò)程中的擠出速度得以保持，確保鋁材不會(huì)出現(xiàn)形變現(xiàn)象，同時(shí)，也能夠?qū)π筒倪M(jìn)行鋸切分離，保證了型材的成材率。本次設(shè)計(jì)開發(fā)的鋁型材牽引中斷設(shè)備具有自動(dòng)牽引和自動(dòng)切割鋁型材的功能，保證了鋁型材順利擠出，是一種提高制品成品率和生產(chǎn)效率的鋁型材擠壓輔助設(shè)備，避免了薄壁型材和復(fù)雜斷面型材等出模后出現(xiàn)彎曲、扭擰以及波浪等缺陷。目前，該鋁型材牽引中斷設(shè)備已經(jīng)試制完成及應(yīng)用，體現(xiàn)出了該產(chǎn)品具有一定的實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)論

在實(shí)際應(yīng)用中，所擠出的鋁型材的寬度、高度、直徑、生產(chǎn)節(jié)拍及合金系列等不盡相同，設(shè)計(jì)牽引中斷設(shè)備的結(jié)構(gòu)時(shí)可根據(jù)具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)即可得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。通過(guò)理論和實(shí)踐相結(jié)合的方式，使設(shè)備達(dá)到最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)開發(fā)的鋁型材牽引中斷設(shè)備經(jīng)過(guò)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模擬驗(yàn)證、設(shè)計(jì)優(yōu)化、產(chǎn)品試制等環(huán)節(jié)，已經(jīng)在工廠投入使用，保證了型材的擠壓質(zhì)量以及擠壓效率，降低了勞動(dòng)工人的作業(yè)強(qiáng)度，證明了該產(chǎn)品具有一定的使用價(jià)值。通過(guò)本文的研究能夠認(rèn)識(shí)到鋁型材擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)牽引中斷技術(shù)十分關(guān)鍵，為了進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，需要全面提升自動(dòng)牽引中斷技術(shù)的研究水平，從而為生產(chǎn)工作創(chuàng)造便利和有利條件。