新型熱軋鋁板的高效垛板機開發(fā)設(shè)計

羅 濤,張順寧,魏 鵬,陳 磊

(二重(德陽)重型裝備有限公司,四川 德陽 618000)

根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)國內(nèi)鋁板熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的熱態(tài)定尺成品鋁板下線垛板方式,主要采用抱鉗或真空吸盤取料下線方式,單板垛板周期一般在2分鐘左右,導(dǎo)致生產(chǎn)效率低,成為板材生產(chǎn)的主要瓶頸,從而無法滿足鋁廠客戶高效生產(chǎn)的需求。傳統(tǒng)真空吸盤吸取方式,在高溫板面容易殘留吸盤印,影響表觀質(zhì)量;而抱鉗下料對表面損傷較小逐步成為首選;另外包括西南鋁2800 在內(nèi)幾條鋁熱軋生產(chǎn)線采用老式惰輥落料垛板方式,采用夾送輥方式送料,雖然效率較高,但對熱態(tài)鋁板表面損傷嚴(yán)重,不能滿足產(chǎn)品表面質(zhì)量需求,且設(shè)備托輥損壞頻繁,目前僅西南鋁還在少量垛板生產(chǎn)表面質(zhì)量要求不高的鋁板;西馬克為東輕設(shè)計的落料垛板機,也因自身結(jié)構(gòu)缺陷而廢棄。

經(jīng)過調(diào)研多個鋁廠的橫切機組所配置的多種垛板機結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)特點,工況遠好于熱軋生產(chǎn)線,開平切邊后冷態(tài)鋁板輕薄且規(guī)整,低溫狀態(tài)采用皮帶、吸盤或膠輥輸送,運行平穩(wěn)、沖擊小、覆膜后不傷表面,此結(jié)構(gòu)無法滿足高溫鋁板的垛板生產(chǎn)需求。

在新建鋁熱軋項目交流過程中,客戶希望有一種新型高效熱軋鋁板垛板機替代傳統(tǒng)的抱鉗、真空吸盤垛板機,在滿足產(chǎn)品高質(zhì)量要求的前提下,最大限度發(fā)揮板軋機生產(chǎn)的能力,提高生產(chǎn)線的年產(chǎn)量。

為此根據(jù)鋁廠客戶的需求,結(jié)合熱軋鋁板的特性以及傳統(tǒng)垛板機的生產(chǎn)特點,開發(fā)了一種更適用于大規(guī)格熱態(tài)鋁板垛板下線的高效垛板機,替代鋁板熱軋生產(chǎn)線中配置的傳統(tǒng)垛板機,如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)真空吸盤垛板機

1 新型垛板機設(shè)計依據(jù)

此次設(shè)計的垛板機主要是針對某鋁廠擬建2 600 mm 鋁板生產(chǎn)線配套的薄板下線需求所設(shè)計。

1.1 位置與功能

新型熱軋鋁板垛板機布置在定尺剪之后軋線末端,與軋線雙錐或直輥斜裝板坯輸送輥道對接,利用垛板機托輥裝置承接成品板材并輸送至指定垛板工位,通過托輥擺動實現(xiàn)自動垛板,由升降機和垛板小車配合將成品板垛移出軋制線。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)如下,成品規(guī)格可根據(jù)需求調(diào)整。

單塊板材厚度:max.60 mm

單塊板材寬度范圍:900～2 350 mm

單塊板材長度范圍:4 000～16 000 mm

單塊板材最大重量:約6.2 t

成品板材溫度:小于350 ℃

最大輸送速度:1.5 m/s

1.3 用戶需求

(1)希望采用自動落料的形式進行快速垛板,替代傳統(tǒng)的抱鉗和真空吸盤結(jié)構(gòu),從而解決生產(chǎn)線設(shè)計中的下料瓶頸,釋放軋機能力,提高產(chǎn)量;

(2)需保證長板材的順利輸送,需解決不規(guī)則頭部和邊部對輸送的影響,同時需避免輸送跑偏;

(3)需避免板材下表面擦劃傷,解決在熱態(tài)下板材踏腰而造成下表面擦劃傷;

(4)需解決板材下落過程中導(dǎo)向問題,避免板材不規(guī)則下落,砸傷下方板材上表面;

(5)考慮設(shè)置放毛氈裝置,替代低效的人工放墊操作以滿足生產(chǎn)節(jié)奏;

(6)要求設(shè)備可靠性高,便于維護,備件成本低。

2 新型垛板機設(shè)計

二重技術(shù)團隊與客戶進行了多次技術(shù)交流,充分了解了客戶的需求,同時調(diào)研分析了鋁加工行業(yè)各類型板材垛板機生產(chǎn)的優(yōu)缺點。結(jié)合板材生產(chǎn)工藝流程,通過計算分析、優(yōu)化定尺垛板生產(chǎn)工藝流程,利用三維設(shè)計開發(fā)出了一套更適合鋁熱軋板材下線的新型垛板機,如圖2 所示。

圖2 新型熱軋鋁板用垛板機

具備以下主要特點:

(1)優(yōu)化定尺垛板生產(chǎn)工藝流程后,大幅提高板材下線節(jié)奏,基本做到定尺板材在平均1 m/s 左右輸送速度下,連續(xù)垛板;

(2)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,便于安裝和維護;

(3)充分考慮了熱態(tài)鋁板容易踏腰、容易擦傷表面、邊部不規(guī)則的生產(chǎn)特性,進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計:配置了帶立導(dǎo)輥的側(cè)導(dǎo)板、集中傳動的托輥;

(4)在設(shè)備入口設(shè)置了自動墊毛氈機。

3 定尺垛板工藝分析計算

如圖3 所示,分析了鋁熱軋板材根據(jù)規(guī)格不同而細(xì)分的定尺垛板生產(chǎn)工藝流程,同時以厚度≤60 mm、板長≤16 m、輥道平均輸送速度1 m/s,簡要分析了薄板垛板機生產(chǎn)工藝條件。

圖3 板材定尺垛板生產(chǎn)工藝流程

4 新型垛板機結(jié)構(gòu)組成特點

新型垛板機主要由機架裝配、墊毛氈裝置、對中側(cè)導(dǎo)輥裝置、擺動托輥裝置、移動限位裝置、升降裝置、垛板小車、檢測裝置、液壓系統(tǒng)等組成,如圖4 所示。

圖4 新型垛板機組成

4.1 機架裝配

機架裝配為鋼結(jié)構(gòu),由立柱、連接橫梁和操作平臺組成,如圖5 所示。

圖5 機架裝配

4.2 墊毛氈裝置

墊毛氈裝置安裝在垛板機入口,軋線輸送輥道上方,用于根據(jù)工藝需要自動(手動)投放毛氈墊,用于分隔高溫板材,避免相互粘傷或擦傷。

該裝置由毛氈墊座、電機(或氣缸)驅(qū)動推料裝置和寬度絲杠調(diào)節(jié)裝置、毛氈整理臺等組成,如圖6所示。

圖6 墊毛氈裝置組成

毛氈墊座用于存放毛氈墊,采用人工整理填充,操作簡單快捷,一次填充可滿足8 塊16 m 長板材的墊鋪墊需求。毛氈墊座的數(shù)量根據(jù)產(chǎn)品最大寬度進行配置分布,通常可設(shè)置3 組或5 組,其中中間一組固定安裝在軋制線中心,兩側(cè)采用對稱安裝,可根據(jù)板寬變化進行對稱調(diào)節(jié)。同時配套有毛氈墊存放箱和人工整理臺,方便工作快速準(zhǔn)備填充。

推料裝置在氣缸或電機的驅(qū)動下,可實現(xiàn)毛氈墊的自動雙向周期性投放,投放速度與板材輸送速度匹配,配合板材位置跟蹤實現(xiàn)自動控制。

毛氈機寬度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)毛氈墊座及推料裝置的間距,可進行人工調(diào)節(jié)或根據(jù)二級模型數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的橫向分布。

4.3 對中側(cè)導(dǎo)輥裝置

對中側(cè)導(dǎo)輥裝置安裝在入出口機架橫梁的導(dǎo)向滑座上,沿軋制中心線對稱布置。對中側(cè)導(dǎo)輥裝置由滑動側(cè)導(dǎo)橫梁、側(cè)導(dǎo)板裝配、電機驅(qū)動絲杠對中裝置組成。導(dǎo)向滑座分為上導(dǎo)向滑座和內(nèi)側(cè)滑座,上導(dǎo)向滑座與軋線輥道錐度相同,確保托輥在開口度范圍內(nèi)與輥道錐度保持同一平面?；瑒觽?cè)導(dǎo)橫梁為整體鋼結(jié)構(gòu),安裝有滑板。側(cè)導(dǎo)板裝配分段安裝在側(cè)導(dǎo)橫梁的下支承臂上,便于吊裝,由側(cè)導(dǎo)板座、側(cè)導(dǎo)輥裝配和面板組成,且在入口設(shè)置為大喇叭口,可適應(yīng)邊部和頭部不規(guī)則的熱軋板材順利導(dǎo)入。相鄰側(cè)導(dǎo)輥之間開槽,留出托輥工作位擺放空間,托輥與側(cè)導(dǎo)輥布置位置能有效滿足鋁板平穩(wěn)導(dǎo)向、送料和落料垛板。

4.4 擺動托輥裝置

擺動托輥裝置由兩組獨立的托輥組、傳動系統(tǒng)和擺動缸組成,分別安裝在軋制中心線兩側(cè)的滑動側(cè)導(dǎo)橫梁上,兩側(cè)實心鋼托輥采用懸臂短直輥傾斜安裝,沿軋制中心線對稱布置,與軋線輥道同錐度設(shè)計,隨對中側(cè)導(dǎo)板裝置開口度調(diào)節(jié)而滿足不同板寬運輸,通過齒輪馬達驅(qū)動傘齒輪組集中傳動,保證與軋線輥道輸送速度匹配,且線速度相同。每個托輥裝配采用兩組軸承支承,確保輥子能承受較大的沖擊力,采用干油潤滑。每個托輥裝配可實現(xiàn)單獨快速更換。

由于長度較長,擺動托輥組重量較重,此處采用出力可靠的液壓缸驅(qū)動托輥組擺動,兩件液壓缸分別安裝在對中側(cè)導(dǎo)橫梁頭尾,避免出現(xiàn)滴漏油污染板面,兩側(cè)液壓缸采用液壓同步控制。

托輥在長期運輸熱態(tài)鋁板過程,可能出現(xiàn)不規(guī)則的板材邊部對托輥輥身沖擊或打滑,而造成輥身粘鋁現(xiàn)象,這是鋁熱軋生產(chǎn)過程無法避免的,需要定期清理涂油,可配置專用清輥器進行輥身清理。

4.5 移動限位裝置

移動限位裝置用于不同長度的定尺板材在垛板工位進行末端對齊限位,由帶齒條導(dǎo)軌、移動小車和擺動擋板組成。帶齒條軌道為H 型焊接件,沿軋制中心線倒裝在機架橫梁下方。移動小車由小車座、滾輪組、齒輪裝配、減速電機組成,上下兩排滾輪對稱安裝在車座兩側(cè)并布置在導(dǎo)軌上下面,減速電機驅(qū)動齒輪與齒條嚙合實現(xiàn)小車平穩(wěn)移動,通過編碼器反饋實現(xiàn)準(zhǔn)確定位,滿足不同長度板材末端準(zhǔn)確限位。擺動擋板安裝在小車座上,通過氣缸驅(qū)動實現(xiàn)擋板的擺動。

4.6 升降機與垛板小車

升降機采用螺旋升降機或剪式升降機形式。根據(jù)不同的堆垛規(guī)格設(shè)計升降機和垛板小車的能力。

垛板機小車通過軌道運行到垛板工位后,由升降機將其抬升至接料高度,抬升行程通過編碼器或位移傳感器控制。抬升后的垛板小車接料位與托輥始終保持恒定的距離,以避開托輥擺動軌跡為限,此距離越小越好,一方面減小板材滑落沖擊力,一方面可以避免板材出現(xiàn)不同步滑落時的傾斜幅度,從而避免砸傷下方的板材上表面。

升降機與垛板機小車采用自動定心結(jié)構(gòu)設(shè)計,確保垛板小車能準(zhǔn)確降下,車輪對齊軌道。

4.7 液壓與電控系統(tǒng)

液壓站與定尺剪共用,液壓閥臺就近布置在垛板機傳動側(cè)。

機上配置有編碼器速度和位置檢測、冷熱金屬檢測進行位置跟蹤、位移傳感器位置檢測、接近開關(guān)位置檢測等檢測手段。

采用生產(chǎn)線主控系統(tǒng)自動控制,同時設(shè)置就地操作臺。

5 總結(jié)

新型垛板機結(jié)構(gòu)簡單可靠、便于維護,與生產(chǎn)線自動化對接,減少人工干預(yù)。針對性地對結(jié)構(gòu)進行了細(xì)致的優(yōu)化設(shè)計,彌補了傳統(tǒng)垛板機的不足,能很好適應(yīng)熱態(tài)鋁板的特性,能最大限度保護熱態(tài)鋁板表面質(zhì)量;垛板動作時間較傳統(tǒng)抱鉗和真空吸盤垛板機大大縮短,一定程度釋放了軋機和定尺剪的設(shè)計能力,能大幅提高熱軋鋁板的生產(chǎn)線年產(chǎn)量。