焊條鋼芯切絲機機組高速一體化節(jié)能技術改造

王其明

（天津大橋焊材集團有限公司天津300385）

焊條鋼芯切絲機機組高速一體化節(jié)能技術改造

王其明

（天津大橋焊材集團有限公司天津300385）

針對集團公司舊有焊條鋼芯切絲機(以下簡稱“切絲機”)存在的切絲速度低下（僅有50 m/min~100m/ min）、不能與拔絲機聯(lián)動生產等的高能耗低效率運行的現(xiàn)狀，對其送絲機構、矯直機構、切絲機構等裝置進行全面重大升級改造，并增設鋼芯自動收集整理裝置和自動控制，將拔絲、矯直、切斷、收集等分離工序整合為一體化連續(xù)工藝，極大地提高了切絲速度，節(jié)能降耗效果巨大。

切絲機；高速；一體化；節(jié)能改造

天津大橋焊材是綜合性焊接材料制造企業(yè),年生產各類焊接材料能力為150×104t，其中焊條類產量占比60%以上。作為“萬家企業(yè)之一”的天津大橋焊材公司，秉承以“規(guī)范管理，節(jié)能增效”和“持續(xù)改進，追求卓越”為能源管理方針，針對我集團公司存量巨大、陳舊落后的舊式切絲機進行升級改造。由于舊式切絲機切絲原理是作上下垂直運動的偏心滑塊機構產生切斷，造成切絲速度僅為56 m/min～66 m/min。這便與產能150 m/min～350 m/min的拔絲機產生嚴重失衡，車間必須一條拔絲機配備三臺舊式切絲機，造成工人不停在拔絲機與舊式切絲機之間下料、上料，開機、停機，電能浪費嚴重，車間占地面積大，安全隱患大，勞動強度大，原料損耗大，切絲機零配件損壞頻繁。改造前公司舊式切絲機裝機情況如表1。

表1　舊式切絲機裝機情況

1　改造的原則和目的

切絲機改造的技術原則:安全可靠。消除原有切絲機矯直、切斷裝置薄弱環(huán)節(jié)及不安全因素，提高切絲機有效作業(yè)時間；(2)工序整合。將拔絲、矯直、切斷、收集等四大工序整合為連續(xù)工序，做到一體化生產，實現(xiàn)一條拔絲線配備臺一套高速切絲機機組，正常生產時原材料損耗降至為零；(3)節(jié)能降耗。采取新穎的無動力的輪式矯直和連續(xù)飛剪式剪切，傳動部分使用同步帶，做到減少電能使用和提高切絲效率。設備總功率不能超過舊式切絲機功率3倍，切絲速度與拔絲速度通過變頻器控制匹配適當，使二者在經(jīng)濟速度運行。

2　改造前切絲機存在問題

2.1切絲速度低

舊式切絲機設計速度為50m/min～100m/min，但實際切絲速度僅為56m/min～66m/min，使得一條拔絲機同時配備三臺舊式切絲機，及時這樣拔絲機仍未達到經(jīng)濟運行速度150m/min～350m/min。

2.2切絲噪音大

舊式切絲機矯直和切斷時噪音巨大，經(jīng)檢測車間噪音不同點位，均超過95dB以上，兩個人面對面交談無法聽清說話內容，工人身心受到極大傷害。

2.3自動化程度極低

將拔絲機拔至成品的鋼芯卷，須經(jīng)由人工下線送至舊式切絲機放線架工位，再進行矯直、切斷和人工抓絲收集整理放置料斗，如此循環(huán)反復。

2.4產品品質低

舊式切絲機存在諸多品質不良現(xiàn)象，例如：短頭，雙刀，表面拉毛等。

3　改造方案的制定

3.1國外高速切絲機機組資料

國外高速切絲機機組的基礎參數(shù)信息如表2。

表2　國外高速切絲機機組基礎參數(shù)信息表

3.2改造參數(shù)及工藝要求

3.2.1設備改造參數(shù)情況如表3

表3設備改造參數(shù)

3.2.2設備改造工藝要求

設備改造工藝要求：與拔絲機聯(lián)合生產，實現(xiàn)從盤條的剝殼除銹、減徑拉拔，到鋼芯的水洗干燥、定尺送進、無功矯直、飛剪切斷和自動整理等一系列工藝過程的全面一體化整合。

3.3項目重點改造方案

（1）對矯直方式的改造。將原有的滑模式轉轂矯直方式，改變?yōu)闊o動力輸入的輪式矯直方式。這一方式的變革，徹底節(jié)省電能和消除轉轂矯直時產生的噪音問題及限制切絲速度的瓶頸。圖1及圖2分別是矯直方式改造前后的對比圖。（2）對切斷方式的改造。摒棄原有沖斷式剪切結構，改造為高效的飛剪式剪切方式，并且為雙刀結構，以提高剪切穩(wěn)定性和可靠性。這一結構的改變，極大消除了切斷時產生的噪音問題及大幅提高切絲速度。圖3及圖四分別是剪切方式改造前后的對比圖。（3）增設自動收集裝置。為徹底減輕手工抓絲的勞動強度和避免對手部的燙傷，擬增設自動收集裝置。（4）增設自動控制。增加PLC對拔絲機、高速切絲機和自動收集裝置的變頻控制，實現(xiàn)三者之間的聯(lián)合一體化生產，配合生產工藝要求。

圖1　滑模式轉轂矯直

圖2　輪式矯直

圖3　沖斷式剪切

圖4　飛剪式剪切

4　改造設計重點實踐

4.1矯直方式改造

輪式矯直設計方案：（1）矯直分為垂直與水平分布兩部分，并前后銜接；（2）垂直與水平矯直區(qū)域各含有15只矯直輪，矯直輪以標準件軸承磨槽作為工作面；（3）垂直與水平矯直兩區(qū)域各配有微調結構，用以穩(wěn)固矯直效果；（4）垂直與水平兩部分矯直部分聯(lián)接有互動板，用以整體微調矯直效果。圖5、圖6分別是輪式矯直裝配圖和矯直輪零件圖。

圖5　輪式矯直裝配圖

圖6　矯直輪零件圖

4.2剪切方式改造

飛剪剪切設計方案：（1）飛剪剪切分為上刀盤與下刀盤兩部分，并以液壓式軸襯固定在刀盤軸上；（2）上、下刀盤開有適當?shù)膱A弧槽，為鋼芯走線通道；（3）每個刀盤各嵌有2枚切刀片，并以楔形塊定位，內六角螺釘緊固；（4）切刀片頂部有微小平面，為切斷工作面；（5）上、下刀盤的中心距根據(jù)切絲直徑與長短而定。圖7、圖8、圖9、圖10分別是剪切機構裝配圖、飛剪刀盤裝配圖、刀盤零件圖、切刀片零件圖。

圖7　剪切機構裝配圖

圖8　飛剪刀盤裝配圖

圖9　刀盤零件圖

圖10　切刀片零件圖

4.3增設自動收集裝置

自動收集裝置設計方案：（1）收集裝置的第一部分為增速分離機構，快速將切斷完成的鋼芯分離，避免堆積。如圖11；（2）收集裝置的第二部分為降速整理機構，鋼芯射在轉盤上并順勢落入緩沖斗，以極小的沖擊力再次落在輸送帶上，再順著輸送方向逐漸整理整齊；（3）收集裝置的第三部分為自動收集機構，整理整齊的鋼芯逐步落入液壓支撐臂和料斗組成的半封閉空間，隨著液壓支撐臂緩慢下降，料斗逐漸填充滿鋼芯。圖11、圖12分別是增速分離機構裝配圖、降速整理機構和自動收集機構及料斗外整體裝配圖。

圖11　增速分離機構裝配圖

圖12　降速整理機構、收集機構和料斗整體裝配圖

4.4增設自動自動控制

自動控制設計方案：（1）系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）進行邏輯控制；（2）拔絲機電機，切絲機電機，收集裝置的電機采用變頻控制器對其轉速進行精確控制，以保證這3組電機轉速恒定合理匹配，不隨焊絲軟、硬的變化而波動，達到理想的控制效果，滿足生產工藝的要求。

4.5通用零部件的節(jié)能設計

（1）除主電機傳動采用窄V帶設計，其余傳動均采用同步帶；（2）單獨使用的滾動軸承均采用SKF的E2系列，非單獨使用的軸承均采用標準的帶座軸承；（3）對于需要頻繁調整或需要特殊聯(lián)接可靠的部位采用液壓式軸襯，將二者聯(lián)接。

5　改造后的經(jīng)濟性

改造后的高速切絲機機組于2011年6月全面普及投入使用，機組運行情況良好，實現(xiàn)了拔絲機在經(jīng)濟速度內連續(xù)24h自動控制運轉。以典型的Φ3.2×350mm鋼芯為例，平均每分鐘切絲數(shù)量1000根，單位小時產量1.1t。鋼芯各項性能指標均符合標準規(guī)定，車間整體噪音在80dB左右。

5.1經(jīng)濟效益分析

5.1.1以現(xiàn)有電焊條年產量60×104t為標準，可減少1/4的拔絲生產線20條及配套的操作人員和廠房面積；每條拔絲生產線以15萬元計，配套操作人員以150人計，平均工資以2萬元/年·人計，廠房面積以4608m2計，建筑費用以0.1萬元/平方米計，年綜合節(jié)省費用如下：

年一次性節(jié)省費用=15×20+150×2+4608×1000=300+300+ 460.8=1060.8萬元，其中節(jié)省人員工資300萬元為長期效益。

5.1.2減少1/4的拔絲生產線20條的年產量以15×104t計，每條拔絲生產線噸耗電量以平均61.31kW·h計，電費以0.83元計，年節(jié)省費用=15×61.31×0.83=763.3萬元。

5.1.3可淘汰240臺套舊式切絲機，新增80臺套高速切絲機機組。舊式切絲機平均每小時耗電量以4.78kW·h計，平均每小時產量以0.2t計，高速切絲機平均每小時耗電量以8.82kW·h計，平均每小時產量以1.1t計，電費以0.83元計,則年節(jié)省費用=60× (4.78/0.2-8.82/1.1)×0.83=790.9萬元。

5.1.3新增80臺套高速切絲機組資金投入：每臺套高速切絲機組以20萬元計，資金投入=80×20=1600萬元。

5.1.4一次性綜合效益=1060.8+763.3+790.9-1600=1015萬元，長期效益=300+763.3+790.9=1854.2萬元。

6　結語

天津大橋焊材公司的舊式切絲機普遍存在效率低下、噪音巨大、操作復雜和不能連續(xù)化生產等弊端，為改善上述制約生產發(fā)展瓶頸和影響車間環(huán)境的問題，在克服重重困難的情況下，研發(fā)出焊條鋼芯一體化生產工藝與設備，打破了國外的技術封鎖，為我集團焊條制造做出了巨大貢獻。該機組能與拉絲機配合使用，從盤條去氧化皮、鋼絲拉拔到鋼絲切斷一次成型，自動化程度高，工藝簡單，產能高，其生產效率是現(xiàn)有舊式切絲機的6倍，節(jié)能降耗效果明顯。由此可見高速切絲機機組是替代公司現(xiàn)有舊式切絲機的理想機型。

[1]廖立乾,文花明.焊條的設計、制造與使用.北京:機械工業(yè)出版社,1988,10.

[2]陳啟武,汪秉文.CM—1000型高速切絲機.金屬制品,2001,4,27(2).

[3]崔莆.矯直原理與機械.北京:冶金工業(yè)出版社,2002,07.

[4]付群峰,徐廣紅.滾筒式飛剪機勻速機構的設置.

[5]楊偉.滾筒式飛剪力能參數(shù)計算及優(yōu)化[D].重慶大學,2003,11.

[6]朱孝錄.機械設計大典—傳動總論.中國機械工程學會.

[7]MISUMI.FA工廠自動化用零件樣本:簡體版.2005,10,2006,9.

王其明（1970—），男，本科，工程師，設備處處長，從事設備研發(fā)與改造。