淺析鋼卷翻轉(zhuǎn)工作平臺(tái)的方案優(yōu)化

王文東，付 君

(1.萊蕪鋼鐵集團(tuán)板帶廠，萊蕪 271104；2.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所，濟(jì)南 250100）

鋼鐵是工業(yè)的糧食，我國(guó)近年來良好的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，極大的推動(dòng)了國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)的大發(fā)展，隨之帶來對(duì)鋼材的需求量不斷上升。加快鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改造，提高鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)效率和安全系數(shù)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下現(xiàn)代化企業(yè)管理的需要。帶鋼是鋼鐵企業(yè)主要產(chǎn)品，根據(jù)帶鋼生產(chǎn)工藝要求，需要對(duì)帶鋼進(jìn)行退火處理，而鋼卷位置的變動(dòng)成為退火過程中的必要工序，研究一種簡(jiǎn)易、靈活的鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)構(gòu)，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

1 鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)的作用

鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)顧名思義，就是對(duì)鋼卷進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和輸送，在帶鋼生產(chǎn)過程中，需要對(duì)鋼卷進(jìn)行退火處理，而鋼卷的常態(tài)為橫向平臥，鋼卷退火時(shí)的狀態(tài)為縱向豎立，所以在對(duì)鋼卷新型退火處理前，需要將鋼卷位置進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，鋼卷重量一般在10噸至30噸之間，用人工翻轉(zhuǎn)不現(xiàn)實(shí)，只能依靠翻轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行專業(yè)翻轉(zhuǎn)。在帶鋼生產(chǎn)車間，對(duì)鋼卷翻轉(zhuǎn)完成后，需要用吊鉤等輔助設(shè)備將帶鋼進(jìn)行轉(zhuǎn)移托運(yùn)。

2 鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)的現(xiàn)狀

目前，用于實(shí)現(xiàn)鋼卷翻轉(zhuǎn)及輸送功能的設(shè)備基本上是通過不同的裝置來實(shí)現(xiàn)的，即將鋼卷放置在翻轉(zhuǎn)機(jī)上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，吊運(yùn)至輸送設(shè)備輸送，這樣的翻轉(zhuǎn)及輸送過程是由兩個(gè)不同的裝置，即翻轉(zhuǎn)機(jī)和輸送臺(tái)車分別完成的。常見鋼卷翻轉(zhuǎn)機(jī)主要有以下兩種。

2.1 機(jī)械式翻轉(zhuǎn)機(jī)

機(jī)械式翻轉(zhuǎn)機(jī)的主要功能是將鋼卷由立式翻轉(zhuǎn)成臥式，或由臥式翻轉(zhuǎn)成立式。其主要特點(diǎn)是:（1）該設(shè)備適用于10 t至30 t的鋼卷，翻轉(zhuǎn)時(shí)間為20秒至30秒;（2）對(duì)安裝場(chǎng)地要求不高;（3）該設(shè)備在翻轉(zhuǎn)過程中采用液壓傳動(dòng)方式;（4）因?yàn)殇摼淼耐７盼恢孟鄬?duì)集中和固定，所以擺放鋼卷時(shí)必須要進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的操作。

2.2 液壓驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)

液壓驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)有以下的主要特點(diǎn):（1）由于常見尺寸一般都比較大(內(nèi)徑508 mm、外徑1 900 mm、高1 500 mm)，所以要求的鋼卷的轉(zhuǎn)彎半徑也較大；鋼卷的重量也較大(30噸)，所以在進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時(shí)就需要較大的驅(qū)動(dòng)壓力；（2）通過兩個(gè)對(duì)稱液壓缸的運(yùn)動(dòng)來完成托板2的上升和下降；與液壓缸連接的兩托板在接觸到鋼卷時(shí)，在外負(fù)載的作用下，液壓缸內(nèi)的壓力不斷升高，在液壓系統(tǒng)中裝有壓力繼電器，當(dāng)壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)定值時(shí)，壓力繼電器發(fā)出電信號(hào)，通過換向閥的功能，加上其他基本回路，就可實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)鎖緊，從而支撐住鋼卷；（3）該設(shè)備由于尺寸和重量都比較大，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)計(jì)為實(shí)軸，所以必然要求轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑和長(zhǎng)度都比較大；（4）翻轉(zhuǎn)支架和翻轉(zhuǎn)鋼卷所需的動(dòng)力由翻轉(zhuǎn)液壓缸來提供。

2.3 功能對(duì)比

通過以上兩種翻轉(zhuǎn)機(jī)的特點(diǎn)比較，可以看出上述兩類翻卷機(jī)存在很多弊端，主要缺點(diǎn)為:（1）功能單一，設(shè)備使用率不高；（2）在實(shí)際工作過程中，往往要求鋼卷要實(shí)現(xiàn)由臥式到立式以及從立式到臥式兩種情況的翻轉(zhuǎn)過程，但上述翻卷機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單向翻轉(zhuǎn)；（3）機(jī)械式翻卷機(jī)的底座是固定的，這樣會(huì)在一定程度上影響車間布局；（4）占地面積較大，且底座固定，不便于行走臺(tái)車的安裝和使用；（5）采用實(shí)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的直徑和長(zhǎng)度都設(shè)計(jì)的比較大；鋼卷本身的轉(zhuǎn)彎半徑也比較大，以至在進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時(shí)需要較大的驅(qū)動(dòng)力（6）吊裝次數(shù)增多，生產(chǎn)效率比較低。通過以上對(duì)兩種翻卷機(jī)的分析可知，該類機(jī)型的性價(jià)比很低。所以對(duì)傳統(tǒng)形式的翻卷機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)是非常有必要的。

3 鋼卷輸送機(jī)的優(yōu)化方案

考慮到帶鋼帶卷的重量和體積比較大，且翻轉(zhuǎn)動(dòng)作是在可移動(dòng)的車體上完成的，在進(jìn)行翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的方案設(shè)計(jì)時(shí)，就要充分考慮承載方式、翻轉(zhuǎn)方式和驅(qū)動(dòng)方式。由于液壓驅(qū)動(dòng)可提供較大的驅(qū)動(dòng)力，且可保證帶卷翻轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)性，故驅(qū)動(dòng)方式考慮采用液壓方式驅(qū)動(dòng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮以下兩種方案：

3.1 方案一

翻轉(zhuǎn)平臺(tái)繞一實(shí)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其簡(jiǎn)化模型如圖1所示，根據(jù)分析圖1所示的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：（1）在翻轉(zhuǎn)過程中鋼卷的重心位置0點(diǎn)距離翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心a店距離較遠(yuǎn)，導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)力矩較大，為了克服較大的阻力矩，所需的驅(qū)動(dòng)力F較大；（2）距離L較大，翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的支撐軸受力也比較大，其直徑、長(zhǎng)度將會(huì)設(shè)計(jì)的比較大；（3）由于所設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)輸送工作臺(tái)承重較大，且體積也較大。采用圖示的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，為了滿足使用要求，翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的體積和質(zhì)量也將被設(shè)計(jì)得比較大。

圖1 方案一

圖2 方案二

以上所述的不足之處會(huì)使機(jī)器在生產(chǎn)過程中帶來一些問題，比如軋廠所使用的上述形式的翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)，因所需要的功率、體積都比較大，承受的載荷也比較大，在使用過程中，一根直徑420毫米、長(zhǎng)4 400毫米的翻卷機(jī)回轉(zhuǎn)軸就因疲勞強(qiáng)度嚴(yán)重不足而出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象，裂紋長(zhǎng)度達(dá)到200～240毫米。這種翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)之所以會(huì)有上述缺點(diǎn)，主要還是因?yàn)樵诜D(zhuǎn)過程中鋼卷重心位置距翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離比較遠(yuǎn)，翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)載阻力力矩較大所造成的。

3.2 方案二

對(duì)方案一中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過減少帶卷重心和翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離，達(dá)到降低阻力矩的目的。如圖2所示，設(shè)計(jì)采用兩個(gè)托輥分左右支撐住整個(gè)工作臺(tái)，將方案一中的回轉(zhuǎn)軸去掉，通過兩個(gè)托輥的支撐作用，翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作時(shí)仍然是圍繞該“回轉(zhuǎn)軸”進(jìn)行

翻轉(zhuǎn)的，但實(shí)際上這根回轉(zhuǎn)軸并不存在，即為一根虛擬軸。采用方案二的結(jié)構(gòu)，鋼卷的重心0點(diǎn)與翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心a點(diǎn)間的水平距離變得很小，有時(shí)甚至可以重合。這樣的結(jié)構(gòu)可以徹底克服方案一中結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)更加緊湊、合理，既實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)的功能，又可有效降低翻轉(zhuǎn)所需要的功率，節(jié)約了能源和材料。

4 結(jié)束語

綜合上述兩種方案，在新型鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中，對(duì)鋼卷翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用同心回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，即如方案二所示，鋼卷和翻轉(zhuǎn)平臺(tái)同心旋轉(zhuǎn)，極大的減少了鋼卷翻轉(zhuǎn)阻力矩；同時(shí)將單軸支撐變?yōu)殡p托輥支撐，降低了單軸的應(yīng)力，增大了翻轉(zhuǎn)平臺(tái)的受力面，使翻轉(zhuǎn)平臺(tái)工作更平穩(wěn)。

[1]李立斌.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社，2002.

[2]安子軍.機(jī)械原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]李桂國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)與理論[M].北京:科學(xué)出版社，2003.