大型圓材收集平托裝置的技術改進與性能提高

劉德金 李克涵 金海濤

(北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029)

·革新與改造·

大型圓材收集平托裝置的技術改進與性能提高

劉德金①李克涵 金海濤

(北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029)

型鋼收集平托裝置是在瑞典惠斯頓杠桿原理基礎上進行了新的改進，經過多列并行機構所組成的這種型鋼移送裝置，可以實現無沖擊、無擦傷和低噪音的移鋼功能。經過多次設計改進比較，總結出一些經驗，并對其結構和工作原理進行分析，為該機構的推廣應用提供了理論依據與實踐經驗。

軋鋼精整設備 收集裝置 惠斯頓杠桿 平托裝置 機械設計

1 前言

大圓材收集平托裝置其形式可以說是五花八門、各式各樣，如電動回轉式、液壓升降式、鏈條傳動式、曲柄搖桿式等等，它與使用場合和工藝要求有很大關系，關鍵在于能否高效、可靠、合理的運用機械設備。好的機械設備與機構可以使設備大大簡化，動作簡單。從工藝布置上，也會更加合理、有效，將會帶來成本的降低和生產效率的提高。這是設計始終追求的目標。

該院為某鋼鐵公司設計了一條彈扁圓鋼生產線，年產量為60萬t優特鋼，其中圓鋼收集線即采用了收集平托裝置，這是繼日照、八鋼、榮鋼等生產線后設計的又一套新穎、獨特的收集平托裝置，其水平有了明顯的提高，達到并接近目前國際水平。設計中不僅吸取了前幾次設計的長處，而且在結構上也有了創新和改進。設計中進行了多方案比較與合理改進，并征求了甲方的意見。為了提高使用壽命，降低能耗和投資成本，采用左右雙傳動裝置，使傳動受力合理，為防止漲緊軸與托盤干涉，首次采用懸臂漲緊輪結構，擺臂可設計得更短，使負載力矩、電機功率減小，明顯地降低成本和能耗。

就該機械設備的設計、結構、原理及主要關鍵部件的技術改進和提高作一簡要敘述。表1為收集平托裝置主要技術性能。

表1 收集平托裝置主要技術性能

2 設備結構和工作原理

2.1 設備結構

收集平托裝置位于中小型車間成品收集線上，型材經冷剪剪切定尺后，由剪后收集輥道輸送到橫移臺架，再經幾段鏈式橫移臺架到達振動裝置，由振動裝置進行收集，振動裝置收集到一定數量后，由收集平托裝置把這一批成品料一次性托起、橫移、落下，可以實現無沖擊平托移鋼，以防止成品之間外表面的磨擦和劃傷，降低噪音等。該收集平托裝置旋轉一周即把棒料平托到輸出輥道上，輸出輥道上裝有平輥和立輥，很容易把料輸送到打捆輥道上進行打捆、稱重并收集入庫。

圖1 平托機構簡圖

1-左傳動裝置; 2-收集平托裝置; 3-右傳動裝置; 4-驅動電機; 5-帶輪聯軸器; 6-制動器; 7-減速機; 8-傳動底座; 9-聯軸器; 10-滾動軸承座; 11-支座; 12-主傳動軸; 13-托臂

圖2 平托機構斷面圖

14-托盤; 15-鏈條漲緊裝置; 16-鏈條; 17-帶臂的鏈輪; 18-托盤調整裝置; 19-感應板; 20-平衡重; 21-振動裝置

本收集平托裝置為電動步進啟停式結構，間斷工作，也可連續工作。該機構共分三部份組成，見圖1、圖2。

2.2 工作原理

本新型收集平托裝置的運行軌跡為圓，詳見圖2，其運動方程為(xA)2+(yA-H)2=L2，詳見圖3，控制非常容易，在工作中托盤永遠保持水平狀態。當振動裝置(21)中料已滿發出信號時，驅動收集平托裝置旋轉，令待命的托盤(14)把全部型材緩慢托起，而后快速旋轉平移，當型材接近輸出輥道上時，托臂(13)繼續緩慢旋轉放料，當料完全落入輸出輥道上時，托臂(13)得到停止信號后繼續快速旋轉運行，最后慢速返回到原待命位置停下，等待下一次再啟動工作，其控制過程速度圖詳見圖4。

圖3 運動學簡圖

圖4 速度圖

收集平托裝置的工作原理是，托臂旋轉通過鏈條帶動托盤做平面運動，托臂與托盤可360o旋轉，托臂兩側帶有個軸孔，一側是通過平鍵與主軸連接，另一端與托盤固定軸連接，當電機帶動主軸旋轉時，托臂隨著主軸做圓周運動；托盤通過軸安裝在托臂上，托盤14的軸心圍繞主軸12做圓周運動，當托臂的水平中心線圍繞主軸軸心線做逆時針旋轉一個角度α時，托盤的垂直中心線向順時針方向旋轉一個角度α，確保托盤保持開口始終向上做平動，保持托盤開口始終向上是通過鏈條來實現的，即托盤絕對轉速為零。帶臂的鏈輪17和隨動鏈輪傳動速比為1，鏈條隨著托臂的旋轉而擺動，托盤也隨著鏈條的擺動而旋轉，與托臂的旋轉方向相反，同樣轉過一個角度α。托盤運轉一周為一個工作周期。托盤調整機構是調整托盤在初始狀態下的垂直度，當調整完成后就不再動了，在工作時不再進行調整。傳動底座和傳動支座為焊接結構與基礎相連。見圖1、圖2、圖3、圖4、圖9。

3 平托裝置的技術改進與提高

收集平托裝置用于冷、熱軋中小型車間的收集線上，對軋材進行運輸橫移處理，較好的解決了成批型材的橫移問題，起到了高效、平穩運送型材的作用。電動機驅動方式，結構小巧靈活，工作平穩可靠，維修操作方便，是目前較為理想的軋材平托設備。由于我國科技的發展和整體技術水平的提高，軋鋼技術與生產正在向著大型化、快速化發展，涉及到的收集技術與裝備也在不斷發展，采用該裝置后除減少事故率有效增加產量外，產品質量也有明顯提高(特別是對特鋼產品)，其生產節奏得以加快，更多的贏得生產時間。本收集平托裝置設計獨到合理，技術先進，易于控制和自動化水平高。人性化的設計理念，全自動化操作，避免了任何人為的失控，這是設計開發之初的目標之一，其技術水平接近于發達國家的水平，能滿足快節奏的生產要求，為用戶獲得更大的經濟效益，有著廣泛的應用推廣價值。

收集平托裝置不受平移距離和料長的限制，可任意設計成所需尺寸。國外公司比如美國MOEGAN公司和意大利POMINI公司對收集平托裝置都有研究。該院在深入研究國外同類產品并結合工程實踐和多年設計、開發收集平托裝置經驗的基礎上，參考吸取國外技術的優點，較好的解決了國內現存的實際問題，現場使用效果良好。與國內外同類產品相比，它更符合中國國情，為滿足生產需求，做了以下技術改進。見圖1、圖2。

1)在12m范圍內布置了7個托臂，八個傳動支座，數量與間距可根據需要來確定。在主軸兩端設有單獨驅動的左、右傳動裝置。主軸共有四根由聯軸器連接起來，托臂與主軸采用鍵連接保證其托料同步性。原采用脹套結構工作不可靠，帶來托盤偏斜角度更大，調節起來也麻煩。

2)為保證托盤的水平垂直度，在平托裝置的支座(11)上，設有托盤調整裝置(18)，分別安裝在主軸和傳動底座上，通過調節連接螺桿的長度，使帶臂的主動鏈輪轉動一定的角度，來達到調節托盤相位的目的。采用連接螺桿、螺母很容易進行調節和固定托盤的水平垂直度，因此保證了機構的正常運行。最初設計并未設置此托盤調整裝置。當位置變化較大時，也可調節漲緊輪和鏈條的位置，來保證托盤運行時的水平垂直度，使托盤在同一平面內，避免托盤傾斜，每個托盤工作受力均勻，運行軌跡更加精準。見圖2、圖5。

圖5 托盤水平度調整機構

圖6 鏈條張緊機構

圖7 張緊機構剖視圖

13-托臂; 15-鏈條漲緊裝置; 17-帶臂鏈輪; 18-托盤調整裝置

3)在擺臂上安裝了鏈條懸臂漲緊裝置，采用連接螺桿、螺母來進行調節和固定。原來漲緊輪軸較長，影響托盤旋轉。見圖6、圖7、圖8。

4)電動平托裝置僅需主軸與傳動軸合為一體，省去一根軸，使傳動更為簡單，簡化了結構，使結構更加緊湊，減輕了重量。比較電動鏈條傳動式，需要主軸和傳動軸，驅動裝置和傳動裝置都放在地基上，占地面積大。見圖1、圖2。

5)加強了設備與基礎的連接，將傳動底座(8)、平托裝置支座(11)用螺栓固定在地基上，設有防滑筋，更有利保證了平托裝置整體的強度和穩定性。見圖1、圖2。

6)在平托裝置的托臂(13)上，采用了懸臂漲緊裝置(15)，保證橫移運行時的穩定性，托盤不會發生歪斜，使平托裝置工作安全可靠。解決了運料過程中托盤旋轉不會碰到漲緊裝置，使得托臂可做的更短、設備更緊湊。見圖6、圖7、圖8。

7)安裝調整十分容易，感應板(19)可360o旋轉，停在任意位置，運動位置都由極限開關來控制，保證動作準確無誤。見圖2。

8)電動平托裝置采用了制動器，保證了平托裝置在電控失靈或停電時以及正常維修下，都不會發生意外事故，使設備更加安全可靠，見圖1。

9)采用圓和錐相切的托盤，解決了運料過程與外部設備互不干涉的問題，使得接料與落料時更加順暢。見圖2。

在目前現代化技術進步飛速發展的時代，更環保更節能的產品，具有獨到的設計，在保證軋件質量的前提下，還能降低噪音，工作又安全可靠，更顯示出本機構的優越性，有充分的理由相信本機構會越來越多的被大家所采納，廣泛應用于各行各業，取得應有的經濟效益。

4 平托裝置的新特點及優缺點

1)電動型鋼收集平托裝置的特點是：分左、右傳動從兩端輸入，由電機驅動硬齒面圓柱齒輪減速機經兩級減速后，通過聯軸器直接帶動平托主軸旋轉，四根主軸用三個齒性聯軸器和兩個夾克聯軸器，交替布置連接以減少安裝誤差對傳動帶來的不利影響。傳動機構緊湊新穎，獨特的設計減少了一根傳動軸(傳動軸和平托軸合二為一)，采用懸臂漲緊輪裝置，因此重量大為減輕，電機功率小更節能。

2)該裝置的優點是：

(1)設備結構緊湊、占地面積小、生產節奏快、工作效率高、故障率少、維護調整方便。

(2)本機構設有制動器，工作更加安全、可靠，在任何狀態下都不會存有潛在的危險，比如有事故或突然停電極為不安全的情況下，也不會引起任何事故。

(3)為了停位更加精準，主傳動軸(12)上帶臂的鏈輪(17)設有調整裝置(18)，能非常容易的調節托盤(14)水平垂直位置，這對機構的安全運轉十分有利，詳見圖2、圖9。

(4)另設有平衡重(20)可降低對設備的沖擊力，減小電機功率。

3)該裝置的缺點是：

(1)當平移距離較短時，擺臂也短，如果托盤做的較大就可能機構回轉中，托盤會碰到主軸過不來。只有加大托臂的長度。

圖8 回轉機構剖視圖

圖9 平托裝置立體圖

10-滾動軸承座; 11-傳動支座; 12-主傳動軸; 13-托臂; 14-托盤; 15-鏈條漲緊裝置; 16-鏈條; 17-帶臂的鏈輪; 18-托盤調整裝置; 19-位置感應板; 20-平衡重; 22-隨動鏈輪

(2)運動副較多，需要良好的潤滑條件做為保證，各潤滑點要定期添加干油。

5 結論

在設計收集平托裝置過程中，通過研究機構的組成和工作原理得知，在其回轉過程中，擺臂逆時鐘旋轉，托盤順時鐘旋轉，安裝在擺臂上的鏈傳動裝置絕對轉速為零，保證了它的托盤開口始終朝上。控制擺臂的角速度，在接鋼、放鋼時低速運行，實現了無沖擊、無擦傷并具有明顯降低噪音的效果，無論是單根還是多根軋件，都能平穩、迅速、準確的移送到位。在實踐中我們積累了幾點粗淺的認識和經驗與大家共享：

1)本裝置適用于軋鋼生產線上各類型鋼產品移送的要求，如型鋼、鋼管等，在無沖擊、無擦傷、降低噪音方面效果明顯。不同的需求僅需改變托盤的形狀和數量以及托臂的長度即可。

2)要始終保證托盤的水平垂直度，主動鏈輪與被動鏈輪的傳動速比必須為1，即鏈傳動的托盤絕對轉速為零。

3)在生產中發現托盤有傾斜時(這是不可避免的問題)，生產前可通過托盤調整裝置(18)和鏈條漲緊裝置(15)來調節，使托盤始終保持垂直狀態。

4)設備結構緊湊、占地面積小、生產節奏快、工作效率高。

[1]陶維瑛.TAO Wei-ying 惠斯頓杠桿的設計與計算[J].包鋼科技,2001(2).

[2]張麗英.-大棒冷床上鋼機構的三種方式 .機械工程與自動化，2011(3).

[3]成大先.機械設計手冊【M】.北京：化學工業出版社，2005:13-97.

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Technology and Performance Improvement for Hold up the Planar Motion Device of Big Rounds Collection

Liu Dejin Li Kehan Jin Haitao

(Beijing Metallurgical Equipment Research & Design Co., Ltd. of MCC Group, Beijing 100029)

Hold up the planar motion device of section steel collection is the new improvements based on the Whiston leverage of Sweden, after many parallel bodies formed out of this steel transfer device can be achieved without impact, no abrasions and low noise shift steel features. After several design improvements compared gained some experience, and the structure and working principle of the analysis, promote the use of the institution to provide the theoretical basis and practical experience.

Steel rolling finishing equipment Collection devices Whiston leverage Hold up the planar motion devices Mechanical design

TG333.62

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.015

2015-01-15)

①作者簡歷：劉德金，男，1951年出生，畢業于江西理工大學冶金機械專業，學士，高級工程師