棒材定尺機常見故障探討

左家信，王婷婷

（1.江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰214429；2.北京京誠瑞信長材工程技術有限公司，北京 100076）

0 引言

棒材生產中，定尺剪切一般采用冷剪，常用的冷剪有兩種：飛剪（或擺剪）和冷停剪[1]。由于冷飛剪的剪切精度達不到特殊用戶的要求，所以冷停剪被越來越多的生產廠家采用。但是冷停剪定尺剪切，必須由定尺機配合冷停剪來完成定尺過程。因此，定尺機的定位準確度及抗沖擊性能直接影響產品定尺精度和成材率。

南京鋼鐵股份有限公司的徐美艷[1]對輥道寬度950 mm，最大輸送重量為20 t的定尺機存在的問題進行了分析，并給出了一些改進措施；安陽鋼鐵集團公司的李永強[2]對棒材機組定尺剪運行過程中出現的故障進行了分析，并給出了相應的處理措施；中冶賽迪工程技術股份有限公司的王萬姣等[3]分析了定尺機鎖不緊、定尺精度不準的現象，并提出用碟簧加液壓的定尺機構；宣化鋼鐵公司型棒廠的姜少華等[4]分析了定尺機的部分故障，給出了簡略的處理方法；興澄特種鋼鐵有限公司的石建峰[5]對熱軋精整線定尺機的液壓系統故障和緩沖器故障進行了分析；河北宣化鋼鐵有限責任公司的宋義峰[6]針對定尺機驅動機構故障提出了改進驅動方式等方法，以提高定尺機的抗沖擊性能及定尺精度[6]。文中以棒材車間常見的定尺機為研究對象，對其在生產過程中出現的典型故障進行了分析，提出了解決方案。

1 常用定尺機結構與原理簡介

目前常用的定尺機組成分為有兩大類：移動小車式，長軸擺臂式。

1.1 移動小車式定尺機

移動小車式定尺機分為軌梁式和框架懸臂梁式兩種[7-13]。

1）軌梁式（見圖1）。此結構近些年被采用，棒材廠采用不多。電動機驅動小車，在落地軌道上行走。定尺擋板安裝在小車一側，通過液壓缸驅動擺臂，實現擋板升降。小車通過夾軌器鎖緊，擋板后設有彈簧緩沖裝置。特點是：結構緊湊，設備工作重心低。機架承受載荷力矩小，軌梁可以承受大的沖擊載荷。小車鎖緊靠摩擦力，可以實現任何位置停車，完成無級定尺。

圖1 軌梁式定尺機

2）懸臂梁式（見圖2、圖3）。此結構應用范圍較廣，小車懸掛在懸臂梁上，由齒輪齒條傳動，液壓馬達或電動機驅動。定尺擋板安裝于小車下部。鎖緊裝置常見的有液壓缸鎖緊、氣缸鎖緊、彈簧鎖緊和插銷鎖緊等，由液壓缸或氣缸驅動擋板升降。擋板通過擺動缸驅動偏心軸，來實現偏心量調整。擋板緩沖裝置，常見的有彈簧緩沖、液壓緩沖和彈性阻尼緩沖三種形式。特點是：設備工作重心高，機架承受載荷力矩大，架空懸臂橫梁要有足夠的強度來承受大的沖擊載荷。要有可靠的緩沖裝置吸收沖擊動能。移動小車定尺機為無級定尺。

圖2 懸臂橫梁式定尺機

圖3 懸臂橫梁式定尺機

1.2 長軸擺臂式定尺機

長軸擺臂式定尺機見圖4，主要由長軸、移動擺臂、固定擺臂、走行機構以及擺臂驅動氣缸組成。移動擺臂由電動機驅動齒輪沿齒條行走。移動擺臂后設置抱箍鎖緊，擋板由螺旋彈簧緩沖。移動擺臂和固定擺臂均設有配重，以減少氣缸的驅動力。

圖4 長軸擺臂式定尺機

特點：結構簡單，占地空間較小。設備工作重心低，機架承受載荷力矩小，主軸可以承受大的沖擊載荷。抱箍與主軸由多個螺栓把緊，正壓力大，鎖緊效果較好。可以實現無級定尺。

2 定尺機常見故障

2.1 沖擊載荷引起的機架開裂及部件損壞

隨著棒材廠的產量上升，冷停剪剪切噸位由650 t、850 t冷剪，發展到目前的1300 t冷剪。剪切力的增加，造成輥道上排料數增多，對定尺機沖擊載荷也相應增加。實際生產中，會出現機架開裂及部件損壞。

2.2 長軸擺臂式定尺機長軸撓曲

對于12 m定尺機長軸長度在7.5 m左右，而16 m定尺機長軸長度達11.6 m，長軸會發生撓曲變形，造成小車行走困難，影響定尺精度。

2.3 移動小車式定尺機擋板移位

定尺擋板移位的主要原因是，小車鎖緊裝置可靠度不足。鎖緊缸、夾軌器彈簧夾鉗等均靠摩擦力鎖緊，F=μN(F為摩擦力，N為正壓力，μ為摩擦因數)，當壓緊力不夠，接觸面摩擦因數較小時，小車就會出現打滑移位。鎖緊裝置配合插銷鎖緊可以實現定尺長度的可靠定位，對于6、9、12 m等常規定尺應用較好。

2.4 緩沖裝置損壞

1）彈簧緩沖。彈簧緩沖裝置多采用圓柱螺旋彈簧或碟簧，見圖5、圖6。優點是結構簡單，成本低。但由于實際生產中的撞擊力能參數與鋼材直徑、排料數量、輥道線速度等因素有關，屬于高強度變載荷。所以在長期使用當中，彈簧容易變形失效，使得擋板縮回后不反彈或反彈量小，易造成定尺長度偏長，影響鋼材成材率。而且，彈簧安裝時預緊力較大，需要借助特殊輔助工具，且安裝時間較長。

圖5 圓柱螺旋彈簧緩沖裝置

圖6 碟簧緩沖裝置

2）普通彈性阻尼緩沖。普通彈性阻尼存在使用溫度區間窄；存在老化現象，使用壽命較短；剛度大，力能曲線不夠平緩，不適合大的沖擊載荷。

3）液壓緩沖。移動小車上的液壓緩沖裝置采用兩個對稱液壓缸支撐擋板，見圖7，液壓缸行程為零，不做功。液壓系統在換向閥前安裝一套蓄能器，見圖8，并在換向閥組中加裝減壓閥和單向閥，以確保定尺精度。但是液壓系統主油路受到沖擊反作用力時會產生瞬時高壓，引起機架沖擊損壞和漏油等現象。

圖7 移動小車

圖8 移動小車液壓系統圖

3 定尺機常見故障解決辦法探討

3.1 定尺機沖擊載荷過大的問題的探討

由沖擊載荷F=mv/t(F為沖擊載荷；m為來料質量；v為來料運行速度；t為撞擊時間)[14-15]，公式得知，排料質量一定時，降低排料運行速度，可以延長撞擊時間降低沖擊載荷。具體的辦法采用變頻電動機，通過變頻器調整輥道速度，在輥道兩側增設光柵檢測，進行調速及停車控制。經興澄鋼廠實際應用，該方法有效地降低了沖擊載荷。由表1計算得知，輥道速度由1.5 m/s降低至0.5 m/s，沖擊載荷降低了5.6倍。

表1 常見規格排料的沖擊載荷

3.2 長軸撓曲問題探討

對于長軸撓曲，建議將長軸改為直徑較大的空心長軸，增加抗彎剛度，減少長軸撓曲。

3.3 定尺機擋板移位問題的探討

減少定尺擋板的位移量，可以通過增加鎖緊裝置的摩擦力來解決。增加正壓力：對于液壓鎖緊缸，可以增大系統壓力，最大可以到40 MPa；對于彈簧鎖緊裝置，可以選用組合式蝶形彈簧彈簧；增大摩擦因數：可以將接觸面粗糙度加大，或將鋼對鋼接觸改為橡膠墊與鋼接觸的形式。

3.4 緩沖裝置損壞問題的探討

1）彈簧緩沖建議采用蝸卷彈簧緩沖，蝸卷彈簧在相同的安裝空間內與其他彈簧相比可以吸收較大的能量，而且其板間存在的摩擦可以用來衰減振動。

2）對于液壓緩沖裝置，建議修改為阻尼式液壓緩沖器，當排料沖擊力使緩沖器高壓腔內壓力升高時，高壓油通過阻尼孔流向低壓腔，由于液壓油總容積不變，阻尼孔的限制，以及活塞直徑遠大于阻尼孔直徑，活塞的速度受到限制，從而達到緩沖目的。

3）對于彈性阻尼緩沖器，建議采用新型高能彈性阻尼緩沖器緩沖，力能曲線優于普通彈性阻尼，具有優秀的即時反應能力和動勢能轉化能力，結構緊湊安裝簡單，耐溫區間廣。具有特殊的化學惰性，使用壽命長。緩沖器貯存能量大，不需要維修，無老化現象，工作可靠。

4 結 語

文中對定尺機在生產中常見的故障進行分析。輥道調速、增加鎖緊裝置鎖緊力和采用新型緩沖裝置等都可以提高定尺機的定尺精度和使用壽命。

光柵配合輥道調速，是降低沖擊載荷最有效的辦法，建議在預算范圍內盡量采用變頻電動機來控制軋件的速度以達到減小沖擊載荷的目的。在無法使用變頻電動機的情況下，建議采用力能參數較好、耐溫區間廣的新型彈性阻尼，來吸收大的沖擊載荷。

[1] 徐美艷.定尺機故障的分析及改進措施[J].安徽冶金,2014(1):38-40.

[2] 李永強.棒材機組定尺剪常見的故障與處理[J].中國設備工程,2012(8):44-45.

[3] 王萬姣,李圖學,張榮濱.定尺機鎖緊機構改造[J].冶金設備,2015(增刊2):55-57.

[4] 姜少華,杜景榮,張揚揚.定尺機在宣鋼高強度棒材生產線的應用[C]//2012第四屆先進軋鋼精整及鋼材包裝技術學術研討會.2012.

[5] 石建峰.熱軋精整線定尺機故障分析及改進[J].液壓與氣動,2011(4):103-104.

[6] 宋義峰.型材定尺機抗沖擊優化及提高定尺精度應用[J].中國新技術新產品,2015(7):67.

[7] 鄒家祥.軋鋼機械[M].北京:冶金工業出版社,2000.

[8] 袁新會.一種型鋼定尺機[J].機械,2009(增刊1):117-118.

[9] 肖品,胡平光.新型型鋼定尺機[J].冶金設備,2003(2):34-36.

[10] 林志剛.無級調整定尺機[J].冶金叢刊,1997(4):33-37.

[11] 歐曦.螺旋移動式定尺機的設計[J].柳鋼科技,1995(4):56-57.

[12] 劉書敏.淺議組合式定尺機[J].企業技術開發,2011(12):118.

[13] 李永松.鋼板寬度定尺機的改造[J].柳鋼科技,1999(3):24-26.

[14] 陳作模.機械原理[M].北京:高等教育出版社,2000.

[15] 聞邦椿,吳宗澤.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2015.