薄板橫切開卷線中矯直機結構探討

管 俊，蔣國美，吉素云

（江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 江都 225200）

薄板橫切開卷線中矯直機結構探討

管 俊，蔣國美，吉素云

（江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 江都 225200）

介紹下動式6重矯直機的結構特點。機器具有多組支撐輥獨立精確調整及快速換輥功能，有效提高了開卷線的作業率和帶材平直度。

機械制造；結構；矯直機；橫切開卷線

1 前言

隨著鋼材配送業和高端鈑金業的發展，用戶對橫切開卷線定尺剪切帶材的平直度有更高的要求，這一趨勢在薄板開卷線中尤為明顯。輥式板帶矯直機（以下簡稱矯直機）用來消除帶材的波浪彎和瓢曲等板形缺陷，是橫切開卷線中的關鍵設備。目前，開卷線中使用的傳統結構矯直機已不能適應這種要求，它們主要存在以下缺點：矯直機的整體剛性差；矯直輥輥徑大導致矯直時板材的塑性變形滲透率不夠；支撐輥組數少，支承輥高度調整沒有精密的位移傳感器和反饋系統，使支承輥調整對消除板形缺陷的目標性不強；換輥困難費時。

為此，研制了新系列矯直機，本文以寶鋼某配送中心使用的3×1800十七輥下調式6重矯直機為例，闡述了這一系列矯直機的結構和功能，并提出了矯直機今后的發展方向。

2 參數和結構

2.1 主要參數

薄板橫切開卷線加工的帶材厚度一般為0.5mm～3.0mm。在確定矯直機的主要參數輥徑和輥距時，既要滿足矯直最大厚度帶材時矯直輥的強度要求，又要滿足最小厚度帶材矯直效果的要求，以及連接矯直輥的萬向聯軸器的強度和軸頸強度。此矯直機的矯直輥輥徑為50mm，輥距為54mm。相應配置了七組支承輥。萬向聯軸器用漸開線花鍵聯接。

2.2 主機結構（圖1）

下調式矯直機通過抬起或降低下矯平輥來改變輥縫，輥縫的數值由下橫梁的直線位移傳感器精確顯示，并自動采集到PLC中，由電機減速機通過蝸輪蝸桿帶動螺桿旋轉，固定在下橫梁上的螺母使下橫梁上升或下降。矯直機的底座為封閉的箱型結構焊接件，里面為潤滑油池，蝸輪蝸桿浸在油中，滾動軸承也能得到良好的潤滑，提高了蝸輪蝸桿的傳動效率，降低了磨損，延長了壽命，傳動噪聲也明顯下降。因此，這種矯直機具有強大的在線壓下能力，通過兩組電機減速機的傳動裝置分別調整矯直輥入口側和出口側的輥縫，所有調整值可根據待矯帶材的原始狀態預先在PLC中設定。運行過程中操作者根據帶材的板形缺陷分別抬起或降下各組支承輥，以獲得理想的矯直效果。

調整矯直輥的輥縫時，四根螺桿頂端的球頭及下橫梁兩端的半圓塊起自位調節作用。螺桿球頭與球頭座補償了下橫梁傾斜角度的變化，而且球頭座頂面與下橫梁支承面之間有多組滾針和平直保持架組件，允許在下橫梁傾斜角度變化時球頭座與下橫梁在水平方向上有相對位移。這種滾針平面導軌既有較大的承載能力，又有極低的滾動摩擦系數，潤滑也很簡單。傳統結構是球頭座與下橫梁之間是滑動平面支撐，在巨大的矯直力作用下靜滑動摩擦阻力將阻止它們的相對水平位移，從而導致螺桿彎曲變形，造成螺桿與螺母之間摩擦轉矩劇增，不但加快磨損，甚至產生咬死。另外，這種平面滑動支承潤滑困難，在矯直力作用下根本無法形成油膜。

圖1 主機結構

矯直輥在矯直時不僅承受帶材彈塑性變形產生的徑向壓力，還承受由于帶材瓢曲部位的不同，下支撐輥進行不同高度的調整時所產生的軸向力。因此，矯直輥兩端采用滾針軸承，傳動端還有兩個方向的推力軸承予以軸向定位。

中間輥沒有軸承定位，允許在矯直輥軸承座的端面之間軸向浮動。中間輥兩端有端套，端套通過滾動軸承裝在中間輥端軸頸上。中間輥浮動到端套與軸承座端面接觸時產生滾動摩擦。考慮到矯直輥上可能粘附上帶材表面的污物，在中間輥上車出對稱的左右旋向的螺紋槽，以利于污物排出。

與傳統的支承輥結構不同，我們采用的支承輥實際上是心軸兩端固定支承的滾柱軸承單元，兩側有密封。它的承載能力遠大于傳統結構，因此，具有更長的使用壽命。支承輥的外圓表面為鼓形，可使軸承受力均勻，也不會損傷中間輥。當用戶不允許支承輥采用普通的油或脂潤滑方式時，可采用油氣潤滑。

為提高矯直機的整機剛性，四根拉桿直徑加大，并加熱預緊。四根螺桿也加大了直徑，并采用鋸齒形螺紋。因此，矯直機的整機綜合變形小于0.3mm。

為了改善帶材進入矯直機的咬入條件，在矯直機前設置有一對夾送輥。夾送輥的輥徑遠大于矯直輥輥徑，兩個夾送輥均為包聚氨酯的主動輥，增大了摩擦力。夾送輥的線速度略小于矯直輥的線速度，帶材在夾送輥與矯直輥之間產生一定的張力，形成微張力矯直，有利于矯直質量的提高。另外，夾送輥的存在使帶材在進入矯直機后不容易跑偏。

2.3 支承輥的調整和顯示

對于不同板形的帶材，矯直輥往往需要調成不同的輥形。矯直波浪彎曲的帶材要求矯直輥輥形為一直線；矯直瓢曲的帶材要按瓢曲的具體情況來確定矯直輥的輥形，或中間凸起，或中間凹下，或一邊凸起一邊凹下。這就要求對各組支承輥的高度分別進行不同的調整，使矯直輥按預定的曲線彎曲。此系列矯直機的支承輥交錯布置，支承輥輥徑近似等于兩倍的矯直輥輥徑，卷料寬度大于等于1600mm的矯直機共有7組支承輥，最外側的兩組支承輥在出廠前已調好，使用過程中一般不調，以防止破壞矯直輥的滾動軸承。

為了操作者便于調整矯直輥的輥形，中間5組支承輥的調整值用顯示屏直觀的顯示出來（圖2）。顯示屏上每一組支承輥的調整量和實際位置都有顯示，調整精度為0.01mm。通過與5組支承輥下面擺桿連接的直線位移傳感器采集數據，PLC通過直線位移傳感器采集的數據來確定各組支承輥的當前位置。顯示屏數值框中顯示各組支承輥當前位置的數值,表示每組支承輥當前的具體位置。

PLC根據當前輸入程序的要求，將給定的信號與反饋的信號進行比較，得到輸入信號的數字量，將此數字量輸入PLC的電機控制系統，電機控制系統控制支承輥的調整動作。通過直線位移傳感器采集數據，數據采集采用定時方式。數據通過PLC的比較和運算，得到反饋值Up，將Up值與給定信號U值比較，當差值Δu達到系統要求時，表示該組支承輥已達到預設的目標值，則停止此程序操作，支承輥調整完成（圖3）。

圖2 顯示屏

圖3 支承輥調整框圖

支承輥還有快速歸零功能,當操作者完成了快速換輥，或是為防止累計誤差，對支撐輥進行整體歸零。支承輥將自動先返回下限位,進行位置確認,然后回到各組支承輥處于同一水平位置,進行歸零動作。

調整時，如果板形的缺陷是對稱的，程序會自動計算出適當的輥形補償量，并自動調整到設定位置。如果板形的缺陷是非對稱的，每組支承輥的調整量將各不相同，操作者必須憑自己的經驗來確定各組支承輥的調整量。顯示屏上各組支承輥的位置的直觀顯示有助于操作者及時作出迅速調整。

各組支承輥的允許調整量是不同的，中間一組支承輥最大允許調整量為1.5mm，兩側支承輥的允許調整量逐漸減小。每組支承輥調整裝置上均有上下兩個電氣限位開關，保護矯直輥兩側軸承不受破壞。為了防止電氣元件失靈，還設置了機械保護裝置來保護矯直輥的軸承。矯直輥的軸承處用碟簧使其有一定的浮動量。有了這樣的雙重保護措施，即使出現調整量過大的操作失誤，也不會造成矯直輥或軸承的損壞。

2.4 快速換輥裝置

在高生產率的橫切開卷線中，為了提高機組的作業率，減少輔助時間，要求矯直機具有快速更換矯直輥系的功能，便于加工不同厚度的帶材。用于不銹鋼的開卷線為了便于清潔輥面，保證不銹鋼產品的表面質量，也要求快速換輥。具有快速換輥功能的矯直機在國外已有多年歷史，國內近年來進口的橫切開卷線中也有一些矯直機有此功能。

本系列矯直機配置了快速換輥裝置。上橫梁上的上支承輥在出廠前已經調好，作為基準在以后使用過程中不再調整。上矯直輥、中間輥和上支撐輥系統安裝在一塊平板上，此平板用螺釘和定位銷固定在上橫梁上。傳統的下支撐輥調整裝置是通過斜鍥使一組支承輥平行的上下垂直移動，實現矯直輥輥形的調整，這種結構將導致快速換輥裝置結構的復雜化。本系列矯直機是將支承輥與調整機構分離，每一組支承輥的支座前后兩端用拉桿和碟簧支承在平板上，支座的中間部分落在平板的長孔中，其下支撐面與下橫梁上的擺桿接觸。擺桿前端為擺動支點，后端有方孔。電動推桿推動偏心軸上的杠桿使偏心軸轉動，偏心軸軸頸套有方形滑塊，滑塊位于擺桿的方孔中,從而使擺桿作上下擺動,支承輥支座隨之升降。通過擺桿方孔附近的直線位移傳感器發出的信號顯示這一組支承輥的高度調整位置。上述電動推桿、偏心軸和擺桿等都固定在下橫梁上。擺桿的上支撐面在左右方向上加工成大圓弧面，支承輥在改變矯直輥輥形時能自動調心定位，不會損傷中間輥的輥面。

換輥時，先將上下矯直輥傳動端與萬向聯軸器脫開，然后將下橫梁上升，直到上下矯直輥接近接觸。這時將裝有上輥系的平板上的螺釘卸下，上輥系落在下矯直輥上。再將下橫梁下降一定高度，這時固定有下輥系的平板的前后兩端12個輥輪落在矯直機機架兩邊的導軌上，而不再隨下橫梁下降，下支撐輥支座與其調整機構分離。下橫梁則繼續下降至下死點。把換輥小車移到矯直機側面，操作者可以輕松的將輥盒從側面拉出放到小車上。再把更換的輥盒推入矯直機，以相反的順序重復以上操作，完成換輥過程。整個換輥過程大概需要25min～30min。

3 發展自動精密矯直機的設想

在帶材矯直過程中，矯直機各項工藝參數的選擇是決定矯直質量的關鍵。實際生產中，國內至今只能依賴操作人員通過肉眼對帶材板型的持續觀察，憑個人的經驗對工藝參數進行調整，因此，很難進一步提高帶材的矯直平直度和矯直機的自動化程度。

在國外，隨著帶材冷軋生產自動化技術的發展，帶材的板型檢測方法已從接觸式檢測發展到非接觸式檢測，近年來已有多家公司生產激光板型檢測儀，能對高速運動中的帶材實時檢測和反饋板型的三維信息。在2008年漢諾威國際金屬板材加工技術展覽會上德國 UNGERER，SUNDWIG公司和美國BRADBURY公司展示的自動矯直機都配置了板型檢測儀，對板型檢測并自動調整有關工藝參數，獲得良好的板材平直度。

目前，無論是停剪線或飛剪的橫切開卷線，其運行速度一般都在120m/min左右，遠低于冷軋機組的軋制速度，因此，橫切開卷線上的矯直機對板型檢測儀的要求可以相應降低。可以預見在不久的將來，無論是技術上和經濟上完全有可能把板型檢測儀應用到本系列矯直機上。同時，開發帶材矯直專家系統。這樣的矯直機不但能獲得更高的矯直精度，而且提高了操作的自動化程度，不需要依賴具有豐富經驗的熟練操作人員，成為真正的自動精密矯直機。這種自動精密矯直機不僅可以用在高檔薄板橫切開卷線中，而且可以用于矯直各種單張板材，尤其是一些高強度板、彈簧鋼板、沖壓件等，具有廣闊的市場。

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The structure of straightener in a cut-to-length line for thin sheet metal

GUAN Jun，JIANG Guomei，JI Suyun

（Jiangsu Yawei Machine-tool Co.，Ltd.，Jiangdu 225200，Jiangsu China）

The structural characteristics of lower-active six-lay straightener have been introduced.Many groups of back-up roller can be adjusted accurately and changed quickly.The productivity of the cut-to-length line has been improved and the sheet flatness has been increased.

Structure；Straightener；Cut-to-length line

TG385.5

B

1672－0121(2011)03－0031－03

2011-01-17

管 俊（1977-），女，工程師，從事板材加工設備開發設計