棒材廠冷床裙板的改造與實(shí)踐

晏祥科

(三鋼集團(tuán)閩光棒材廠)

0 前言

福建三鋼閩光股份有限公司棒材廠1994年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為24萬(wàn)t/年。經(jīng)過(guò)技改2007年達(dá)103萬(wàn)t/年。隨著Ф16 mm～Ф20 mm兩切分及穿水冷卻工藝的應(yīng)用，原冷床裙板已嚴(yán)重制約軋線(xiàn)生產(chǎn)能力的發(fā)揮，須對(duì)冷床裙板傳動(dòng)及控制進(jìn)行改造。

1 概況

冷床裙板的作用是將成品倍尺分離、制動(dòng)并拋到冷床齒條上進(jìn)行冷卻。通過(guò)油缸驅(qū)動(dòng)連桿帶動(dòng)裙板進(jìn)行升降，使裙板做循環(huán)動(dòng)作：由高位降至低位、低位升至中位、中位升至高位。

2 存在的問(wèn)題

2.1 油缸行程短、裙板角度不夠

由于軋制速度快軋帶在傳動(dòng)輥道上跳動(dòng)嚴(yán)重，在裙板處于高位時(shí)，第一根鋼仍時(shí)不時(shí)會(huì)從輥道跳出裙板直接滑入齒形板，造成冷床亂鋼。經(jīng)分析為裙板高度不夠，即由于油缸行程相對(duì)不足造成裙板高位的高度不夠。原裙板角度20°，在軋制兩切分時(shí)第二根鋼較慢滑入齒形板影響生產(chǎn)節(jié)奏(如圖1所示)。

圖1 冷床裙板裝置橫截面示意圖

2.2 個(gè)別裙板油缸故障影響生產(chǎn)

整條裙板是由10根液壓缸同時(shí)驅(qū)動(dòng)同步長(zhǎng)軸，當(dāng)任一電磁換向閥不能正常工作時(shí)，對(duì)應(yīng)油缸將成為反向負(fù)載使長(zhǎng)軸出現(xiàn)卡阻點(diǎn)，導(dǎo)致裙板高低不一造成亂鋼、掛鋼、竄鋼(如圖2所示)。

圖2 改造前的控制閥組

2.3 裙板動(dòng)作沖擊大、不同步

裙板動(dòng)作沖擊大上、下銷(xiāo)軸易磨損甚至折斷，缸的支撐座易被撕裂，長(zhǎng)軸支撐座內(nèi)銅瓦磨損、長(zhǎng)軸支撐座撕裂下沉等都會(huì)導(dǎo)致裙板高低起伏，引起裙板動(dòng)作不同步。

2.4 冷床輸入輥道壽命短

輸入輥道表面硬度不夠，輥?zhàn)釉诤芏虝r(shí)間內(nèi)磨損凹槽較深，造成軋帶滑到裙板上太慢甚至滑不下來(lái)，引起掛鋼亂鋼事故。

3 改造措施

3.1 增加油缸行程與裙板角度

將油缸行程由100 mm增至120 mm，使裙板高位高于輥道面110 mm(增加了25 mm)，確保高位時(shí)第一根鋼在輥道上無(wú)法跳出;裙板角度由20°改為35°，確保鋼快速滑入齒形板。因油缸行程增加，原液壓系統(tǒng)流量已相對(duì)不足，須重新設(shè)計(jì)。具體計(jì)算如下：

1)系統(tǒng)壓力計(jì)算。裙板角度增大重量增加、裙板動(dòng)作摩擦力增大，需重新確定液壓系統(tǒng)工作壓力，以確保裙板動(dòng)作安全、可靠。裙板受力分析如圖3所示。

圖3 裙板受力分析

油缸輸出總液壓力計(jì)算(連桿總重量G1、裙板總重量G2、最大軋帶重量G3計(jì)算從略)：

式中：Fy——油缸輸出總液壓力(Fy=221900 N);

L1——油缸與長(zhǎng)軸形成的力臂;

β——油缸與撥叉形成的夾角;

G1——連桿總重量;

L2——裙板連桿與長(zhǎng)軸形成的力臂;

L3——連桿的長(zhǎng)度;

α——裙板與垂直線(xiàn)的夾角;

G2——裙板總重量;

G3——最大軋帶重量;

Fm——裙板動(dòng)摩擦力;

L4——軋帶到連桿的距離。

油缸頂升腔壓力：

式中：A1——油缸無(wú)桿腔面積;

p2——油缸回油腔壓力;

A2——油缸有桿腔面積;

ηcm——機(jī)械效率(取0.9)。

泵出口壓力：

式中：p1——油缸頂升腔壓力;

Δp——總壓力損失油取0.6 MPa缸回油腔壓力;

Δpe——壓力繼電器壓差，取 0.5 MPa［1］。

2)泵與蓄能器的流量計(jì)算(油缸所需總流量qg、單泵流量qb從略)：

蓄能器提供的流量：

式中：K——泄漏系數(shù)(取1.3);

qg——油缸所需總流量;

ηp——葉片泵總效率(取 0.6)［2］;

qb——單泵流量。

所需蓄能器容積：

式中：P0——蓄能器充氮壓力(取 6.5 MPa);

P1——系統(tǒng)最低工作壓力(取10.5 MPa);

P2——系統(tǒng)最高工作壓力(取11.5 MPa);

n——多變指數(shù)(取 1.25)［3］。

所需蓄能器個(gè)數(shù)(6個(gè)，考慮蓄能器皮囊損壞仍能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，特意多增2個(gè))：

40 L/個(gè) ×6個(gè) =240 L＞135 L

通過(guò)以上計(jì)算，得出：液壓系統(tǒng)工作最小設(shè)定壓力≥9.45 MPa;將油泵PFE-41056/1DV由一用一備改為兩用一備;蓄能器NXQ1-F40/31.5由原來(lái)的兩個(gè)，增至六個(gè)。

3)校核控制閥架元件的選型。原電磁換向閥與疊加式單向節(jié)流閥能滿(mǎn)足改造后的油缸通油能力，具體對(duì)照見(jiàn)表 1［4］。

表1 控制元件選型表

3.2 設(shè)計(jì)閥組的優(yōu)化

給每組閥增加一個(gè)溢流閥與單向閥(如圖4所示)，個(gè)別支路出現(xiàn)故障不影響生產(chǎn)。當(dāng)任一電磁換向閥不能正常工作時(shí)，靠相鄰兩個(gè)支路油缸帶著該故障支路油缸動(dòng)作，溢流閥與單向閥此時(shí)分別起超壓卸荷與負(fù)壓補(bǔ)油作用。同時(shí)可通過(guò)查找超系統(tǒng)壓力的壓力表，確定不正常的支路并留待計(jì)劃停機(jī)再處理。

圖4 改造后的控制閥組

3.3 改進(jìn)油缸安裝方式

讓高、低位對(duì)射光電管提前檢測(cè)到，利用支路換向閥閥芯回中位的節(jié)流過(guò)程，使油缸減速?zèng)_到位。將油缸安裝孔由Φ31.5 mm擴(kuò)至Φ40 mm，上銷(xiāo)改為Φ32 mm的階梯銷(xiāo)，銷(xiāo)軸與油缸通過(guò)軸套裝配;下銷(xiāo)Φ30 mm改為Φ35 mm以增加其強(qiáng)度，同時(shí)加長(zhǎng)上、下銷(xiāo)配合長(zhǎng)度以降低接觸應(yīng)力，并將下銷(xiāo)加工成階梯狀便于裝卸。

3.4 改用長(zhǎng)效耐磨輥

原輥?zhàn)硬牧蠟?5Mn熱處理，在鋼接觸到的輥面上加工出整圈凹槽并鑲焊上耐磨體。基于該輥極長(zhǎng)的壽命，每間隔1個(gè)耐磨輥布置1個(gè)普通輥，既利用原有備件又降低改造費(fèi)用。

4 改造效果

解決了長(zhǎng)期困擾棒材廠的冷床掛鋼、亂鋼、竄鋼問(wèn)題，為軋線(xiàn)提速創(chuàng)高產(chǎn)提供設(shè)備保障。大幅降低了設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間，節(jié)約了大量檢修人工與備件費(fèi)用。改造效果見(jiàn)表2。

表2 冷床裙板改造前后效果比較

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：21-33.

［2］ 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第5卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992：37-106.

［3］ 雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè).下冊(cè).北京：理工大學(xué)出版社，1998：1774.

［4］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第五版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：21-523.