現(xiàn)代鋁板帶熱軋機組導尺的結構分析

張翼航,王愛國

(1.中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471039;2.山東信通鋁業(yè)有限公司,山東 聊城 252100)

鋁板帶熱軋供坯生產(chǎn)工藝在鋁板帶材的加工工業(yè)中占據(jù)非常重要的地位,這種生產(chǎn)工藝具有生產(chǎn)的鋁合金品種多、覆蓋面廣、產(chǎn)品內部組織性能及表面質量好、板面平整度高、板帶材的縱向公差和橫向公差精度高等優(yōu)點。

導尺作為熱軋機組中必不可少的重要設備之一,主要有以下功能:(1)對中功能,將需要熱軋機軋制的坯料以軋制中心線為基準進行對中,確保在軋制過程中使板帶沿寬度方向獲得均勻對稱的厚差;(2)攏軋功能,在每個道次軋制時,使導尺的開口度比板材的實際寬度大5mm～10mm,將坯料攏住進行軋制,避免軋制過程中板材跑偏;(3)測寬功能,當導尺將板坯推到軋制中心位置后,導尺繼續(xù)往前推,使導尺夾緊坯料,此時導尺的開口度即為板坯的寬度;(4)在可逆軋制時,板錠即將從軋機出口甩出時,使導尺在較小壓力下夾持,可防止板坯被拋出過遠,減少輔助軋制時間,從而控制板帶材的溫降和終軋溫度,保證板帶材內部組織性能。

根據(jù)鋁板帶熱軋機組的特點,目前設計的導尺均為液壓驅動,齒輪齒條對搓式緊湊結構。常用的熱軋機組導尺主要有以下四種:傾斜式導尺(單液壓缸)、水平拉桿式導尺(雙液壓缸雙側配置)、雙側支撐水平式導尺(雙液壓缸)和單側支撐水平式導尺(雙液壓缸)。

1 傾斜式導尺(單液壓缸)

1.1 結構組成和工作原理

該型導尺主要由操作側導尺架1、立導輥2、下橫梁3、傳動側導尺架4、齒輪箱5、液壓缸6、聯(lián)接梁7、同步軸8等組成(圖1與圖2)。上、下聯(lián)桿分別與上、下齒條通過鉸接聯(lián)接。上、下齒條與傳動機體內的齒輪軸嚙合,兩齒輪軸通過聯(lián)軸器用同步軸聯(lián)接。液壓缸為中間銷軸型,頭部耳環(huán)與聯(lián)接梁鉸接。齒輪齒條和同步軸用來實現(xiàn)兩導尺架的同步移動以及每個導尺架的平行移動。當液壓缸開始驅動聯(lián)接梁向后移動時,帶動上、下齒條分別向左和向右做逆向運動,并使導尺的兩導尺架開始同時向軋制中心線運動,開口度減小,實現(xiàn)對坯料的推移對中。反之,當液壓缸縮回,聯(lián)接梁向前移動時,導尺架開口度打開。

圖1 傾斜式推床軸測圖

1-操作側導尺架;2-立導輥;3-下橫梁;4-傳動側導尺架;5-齒輪箱;6-液壓缸;7-聯(lián)接梁;8-同步軸

1.2 特點和適用范圍

傾斜式導尺(單液壓缸)的結構,僅在導尺兩個齒輪箱之間設置一臺液壓缸,用同步軸連接兩個齒輪箱。其中,齒輪箱中的齒輪齒條以一定傾角形式布置。這種傾斜式布置主要優(yōu)點是,可以保持導尺上立導輥與導尺配合使用的輥道上的錐輥的傾斜角度一致。這樣在導尺開合過程中,可以保證導尺上立導輥下端面與錐輥大端上端面的高差在工作過程前后始終一致,有效防止卡料、塞料問題。

這種結構形式的導尺,由于液壓缸作用力是先作用于聯(lián)接梁中部再傳遞給兩側的齒條,而且聯(lián)接梁尺寸較大,其強度和剛度限制了增大液壓缸的作用力,所以提供的夾持力有限。其次,這種傾斜式的結構形式,承擔設備自身重量主要集中在傳動側的傳動機體上,操作側導尺架間的下橫梁跨度較大,對下橫梁的剛度、加工工藝和裝配精度要求較高。由于連接操作側導尺架的下橫梁是傾斜式布置,在布置導尺的高度上,尤其要求注意預留的操作空間,避免聯(lián)接橫梁在最小開口度時與設備基礎干涉。

傾斜式導尺(單液壓缸),夾緊力較小,導尺架的開口度較小,導尺架的長度較短,適用于錠重與寬度較小的熱軋機組中的粗軋機前后,或1+1機組的熱精軋前。

2 水平拉桿式導尺(雙液壓缸雙側配置)

2.1 結構組成和工作原理

該型導尺由導桿1和導桿9、兩臺液壓缸2、操作側、傳動側導板3和導板4、齒輪5、齒條6、操作側、傳動側連桿7和連桿8等部分組成(圖3)。操作側導桿1與操作側導板3聯(lián)接,傳動側導桿9與傳動側導板4聯(lián)接,操作側、傳動側導板之間通過操作側連桿7、傳動側連桿8相互聯(lián)接,兩個液壓缸2分別與操作側、傳動側導板3和導板4聯(lián)接。當兩個液壓缸同時開始驅動推出時,操作側、傳動側導板相向運動,實現(xiàn)對坯料的推移對中。反之,當液壓缸縮回時,導尺架開口度打開。

1-操作側導桿;2-液壓缸;3-操作側導板;4-傳動側導板;5-齒輪;6-齒條;7-操作側連桿;8-傳動側連桿;9-傳動側導桿

2.2 特點和適用范圍

水平拉桿式導尺結構簡單、剛性一般,適用于薄板或者板帶重量較小的機組。并且該種形式的液壓缸的活塞桿與導板之間運動方向成水平方式配置,在其它方向上沒有分力,除了效率的問題,不存在其它力能損失。該設備采用齒輪、齒條、連桿和導桿聯(lián)接的機械同步方式使操作側、傳動側推板同步反向移動和平行移動。但是,這種在兩側均配置了液壓缸及導桿的布置方式,影響到設備在機組操作側的空間布置,以及影響到機組的操作,帶來不便。如果廠房位置受限,則無法采用該種形式的導尺。該設備的同步機構中連桿較長,在軋制方向上無別的支撐,且本身抗彎剛性有限。該種形式的導尺適用于廠房寬度寬敞,空間不受限的場合,板帶寬度不是太寬的熱粗軋機前后或1+1機組的熱精軋機前后。

3 雙側支撐水平式導尺(雙液壓缸單側配置)

3.1 結構組成和工作原理

該設備主要由齒輪箱7、操作側、傳動側導尺架3和導尺架5、立導輥4、導向裝置12及液壓缸8等部分組成(圖4和圖5)。當坯料順利導入平行段導尺架時,兩液壓缸活塞桿同時伸出時分別驅動下聯(lián)接橫梁移動。下聯(lián)接橫梁上裝有齒條,通過齒條和兩齒輪軸分別帶動上聯(lián)接橫梁移動。同步軸與兩齒輪軸相聯(lián)接,因此可以保證上、下兩對聯(lián)接橫梁的速度同步,且運動方向相反。這樣鉸接在兩橫梁前端的操作側、傳動側導尺架即可實現(xiàn)對坯料的推移和對中。反之,當液壓缸活塞桿伸出時,導尺架開口度即為打開。兩齒輪軸和同步軸實現(xiàn)兩上聯(lián)接橫梁和下聯(lián)接橫梁的機械同步。

圖4 雙側支撐水平式推床軸測圖

1-操作側支撐架;2-下聯(lián)接橫梁;3-操作側導尺架;4-立導輥;5-傳動側導尺架;6-上聯(lián)接橫梁;7-齒輪箱;8-液壓缸;9-上齒條;10-齒輪;11-下齒條;12-導向裝置

3.2 特點和適用范圍

該種形式的導尺結構剛性較大,又是雙液壓缸驅動,可以提供較大的推力及夾持力。但是該種形式的導尺同樣存在機組設備布置時操作側空間使用的問題。當設備空間足夠的情況下,雙支撐水平式導尺,適用范圍較廣,無論是鋁板帶熱粗軋機前后,還是1+1鋁板帶熱軋機中的精軋機前后,都可廣泛應用。我們在東輕2100mm鋁板帶熱軋機組和瑞閔2400mm鋁板帶熱軋機組中都采用了這種形式的導尺。

4 單側支撐水平式導尺(雙液壓缸單側配置)

4.1 結構組成和工作原理

該型導尺主要由操作側、傳動側導尺架2和導尺架5、立導輥3、齒輪箱7和兩臺液壓缸11等部分組成(圖6、圖7和圖8)。上、下聯(lián)桿分別與齒輪箱中的上、下齒條通過鉸接部分連接。上、下齒條與傳動機體內的齒輪軸嚙合,兩齒輪軸通過聯(lián)軸器與同步軸聯(lián)接。液壓缸為中間銷軸結構,頭部耳環(huán)與上聯(lián)桿鉸接。當液壓缸活塞桿同時伸出時,上聯(lián)接梁向左前移動,帶動上、下齒條反向運動,導尺的操作側、傳動側導尺架開始向軋制中心移動,實現(xiàn)對坯料的夾持、對中等作用。反之,當兩液壓缸活塞桿縮回時,兩導尺架即為打開。

1-下聯(lián)桿;2-操作側導尺架;3-立導輥;4-橫梁(一);5-傳動側導尺架;6-上聯(lián)桿;7-齒輪箱;8-下齒條;9-齒輪軸;10-上齒條;11-液壓缸,12-導輪

13-橫梁(二);14-車輪;15-襯板;16-車軸

圖8 單側支撐水平式推床軸測圖

單側支撐水平式導尺比之前的幾種導尺,增加了三組橫梁(一組橫梁(一)和兩組橫梁(二)),用于聯(lián)接相鄰輥道。并且在傳動側導尺架下端增加導輪,使導輪行走于橫梁(二)的上端面,不僅可以分散均衡支撐傳動側導尺架自身的重量,而且在料坯的夾緊、對中時可以分擔來自坯料的部分撞擊力,增強導尺架的抗擊能力。

在該設備中,橫梁(一)位于操作側、傳動側導尺架的中下部,并聯(lián)接于與導尺相配合的輥道上。在橫梁(一)內部設置了導尺的導向裝置,利于兩導尺架的行走,起到導向、導正的作用。其中,橫梁(二)為兩組,對稱配置在橫梁(一)的兩側見圖7)。橫梁(二)聯(lián)接于與導尺相關的輥道上。在下聯(lián)桿上對稱布置兩對車輪,這兩對車輪行走于橫梁(二)內的襯板上。橫梁(二)及下聯(lián)桿上車輪的設置,有利于分散并均衡支撐左導尺架及下聯(lián)桿的重量,緩釋導尺工作狀態(tài)時的部分沖擊力。

4.2 特點和適用范圍

單側支撐水平式導尺是通過兩臺液壓缸,上、下齒條和齒輪軸嚙合傳動帶動操作側、傳動側導尺架同步動作。同步軸與兩齒輪軸相聯(lián),以實現(xiàn)兩液壓缸動作的機械同步從而保證兩導尺架平行移動。這種型式導尺可僅在軋機機組的傳動側設置齒輪箱,使得機組操作側的可操作空間非常富裕,便于機組的整體布置和板帶材生產(chǎn)過程的操作和監(jiān)測。另外,兩液壓缸的工作位置與導尺架水平受力的高度位置一致,液壓缸的作用力直接作用在傳動側導尺架后相聯(lián)的上聯(lián)桿上,改善導尺架受力情況。但是這種結構的導尺在安裝過程中,由于所使用的橫梁需要與相鄰設備密切配合,安裝調試技術要求較高。

該導尺結構屬于一種重型導尺,此裝置能夠保證在板帶材運行過程中導尺仍能夠承受較大的夾持力,且剛性能夠滿足生產(chǎn)要求。適用于重錠的鋁板帶熱軋機組粗軋機前后,尤其是寬幅板帶、開口度大的熱粗軋機。

5 結束語

隨著國內外市場對高質量、新品種的熱軋鋁板帶的需求愈來愈多,導尺的型式選擇顯得尤為重要。合理的導尺配置不僅能大幅提升軋制線的自動化水平,提高生產(chǎn)效率,還能大幅提高產(chǎn)品質量和成品率,為企業(yè)在激烈的市場競爭中占據(jù)有利地位。