二冷軋橫切機組鋼卷小車旋轉功能恢復及性能改進

李金鐘

摘要：二冷軋橫切機組設計可以根據用戶需要，通過入口鋼卷小車將鋼卷旋轉180°，從而實現上開卷與下開卷的工藝切換，獲得不同的工作板面。本文通過理論計算、現場裝配、性能分析等幾方面進行分析，使鋼卷小車恢復了原設計的旋轉功能。

關鍵詞：旋轉? 油馬達 齒輪箱? 服務系數? 裝配精度 液壓控制

0.前言

橫切機組主要生產高檔家電板和轎車面板，根據客戶需要，將帶鋼切成定寬定長的板狀。按外方翁格爾公司設計該機組可根據客戶要求及來料情況通過入口鋼卷小車將鋼卷進行180°旋轉以實現上、下開卷工藝的切換。鋼卷小車原設計可以旋轉最大卷重38t的鋼卷，但是在機組安裝調試階段，鋼卷達到22t左右時，齒輪箱內齒輪即斷裂破損，外方調試人員經過多次調試改進，仍未有效的解決該問題。為鞏固原有客戶忠誠度并搶占新的市場，橫切機組鋼卷小車旋轉功能恢復工作勢在必行。

1.項目實施統籌方案：

在上述工作邏輯流程的指導下，應注重以下幾點：

由于該機組鋼卷小車在升降時無導向桿定位，只有精度不高的框架滑塊定位，小車運轉時整體波動較大，若齒輪箱、齒輪安裝不到位或者固定措施不到位，進而導致無法正常旋轉。

小車改型以及齒輪箱加固定板后，很有可能受到空間的限制的問題，而導致無法安裝，必須做到相應措施的安排。

該機組現代化程度高，連鎖控制程序繁多，小車旋轉由液壓馬達驅動，電氣極限控制，需要綜合分析其工作原理以及進一步通過調試來優化小車旋轉控制系統。

2.原設計校核分析

2.1計算負載（38t）旋轉所需摩擦力距

查閱機械設計手冊，潤滑良好、工作狀況正常情況下的摩擦力矩按下式計算：

M=0.5μF d（N*m）

式中：μ：摩擦系數 （推力圓柱滾子軸承為0.005）

F：軸承載荷（38000*9.8）N

d：軸承內徑0.672m（設計備件尺寸）

將數據代入公式，M=0.5*0.005*38000*9.8*0.672=625.6 N*m

齒輪箱驅動的小齒輪與軸承齒輪的傳動可認為是一開式齒輪箱，查閱技術資料顯示，齒輪箱輸出齒數為30、軸承大齒輪齒數為138，模數為6。

傳動比i=138/30=4.6

一般的，開式齒輪箱效率選0.94

則齒輪箱所需輸出力矩Mn=625.6/（4.6*0.94）=144.7N*m

2.2校核外方設計所選用驅動裝置輸出轉矩

外方設計是采用型號OMR50的油馬達及型號K67AM90的齒輪箱實現旋轉動作。

型號OMR50的油馬達的基本數據如下：

流量閥調節油馬達油量Q為15L/min，可算出n≈300r/min;液壓系統設計油馬達進出油口壓差為30bar，由此可算出馬達輸出轉矩M為：

式中：Vg：油馬達排量

P：油馬達進出口壓差

ηm：油馬達機械效率，該規格油馬達效率查閱手冊選擇0.95

經查SEW公司提供樣本可知型號為K67AM90的齒輪箱傳動比i=57.28，最大輸出扭矩Mamax=820N。

正常工作下，油馬達經齒輪箱后的輸出扭矩Mo=M*i=23.38*57.28=1339N*m

2.3 數據分析

雖然Mo>Mn，符合運行條件。但齒輪箱的工作輸出扭矩Mo>齒輪箱允許的最大輸出扭矩Mn。為此，本人有個想法，雖然齒輪箱輸出力矩大于負載所需力矩，那會不會是齒輪箱的工作力矩與齒輪箱允許的最大扭矩不匹配，而導致齒輪損壞呢？這時我急需科學的理論指導。此時冷軋廠設備車間領導給了本人一個很重要的概念，即齒輪箱使用系數f。選用齒輪箱必須要考慮使用系數fB，使用系數由齒輪的單位周期的運行時間和起停頻率Z所決定，結合二冷軋廠連續作業生產實際和橫切機組工藝參數，按每天運行24小時，每小時約動作3次來建立模型，根據下圖可知使用系數應大于1.6，校核中我們采用1.7以充分保證齒輪箱使用壽命。

2.4 得出結論

由以上數據分析，可以得出，外方設計時未充分考慮齒輪箱的使用系數，由于輸出轉矩遠大于齒輪箱的最大輸出轉矩，齒輪箱內的齒輪強度不足以承受負載較重時的輸出轉矩從而造成齒輪箱發生齒斷裂現象。進而解釋了安裝調試階段，齒輪箱發生斷齒的情況。

3.提出解決方案

3.1重新選型

重新選型時，原計劃在SEW公司提供的樣品中選擇新的齒輪箱型號以滿足使用系數的要求。但是，增加齒輪箱的性能參數，齒輪箱的尺寸勢必會增大，而現場安裝位置較狹窄，齒輪箱是否可以順利安裝并不影響小車行走、升降等功能是我們必須要考慮的，同樣考慮到降低成本，便于備件管理，本文設想重縱機組的入口鋼卷小車旋轉設備是否可以在橫切機組運用。當然要經過校核，如何可以滿足要求的話有較多好處，，一可減少備件長時間存儲造成浪費，二是多條機組采用同種油馬達及齒輪箱可減少備件種類，節省備件費用，經過大家研討認為采用重縱的設備方案從經濟性、方便性考慮更為合理。

3.2計算校核

轉變思路后我們查閱了資料，重卷縱切機組驅動小車旋轉的油馬達型號為OMR315，齒輪箱型號為P5-25V;i=5：1。

油馬達參數如下表：

油馬達進出油口壓差為30bar，由此可算出馬達輸出轉矩為：

經查機械設計手冊可知型號P5-25V的齒輪箱最大輸出扭矩

Mamax=1430N*m，傳動比i=5：1。

油馬達經齒輪箱后的輸出扭矩Mo=M*i=143*5=715N*m>Mn（144.7Nm）

服務系數f=Mamax/Mo=1416/715=1.98>1.7? 服務系數也可滿足要求.

3.3得出結論

根據以上分析，選用與重縱機組一致的成套的油馬達和齒輪箱型號具備可行性。

4.實施方案

4.1 安裝設備前分析

安裝設備前，要對安裝空間進行測繪。并且考慮到鋼卷小車升降時沒有導桿，只有四個精度不高的四個滑塊進行導向，小車負重升降和運轉時晃動較大，從而影響小車旋轉時齒輪傳動的嚙合，進而影響小車旋轉的平穩性，為了解決以上問題，為此我們決定在油馬達和齒輪箱安裝時，需要加平面固定板，將齒輪箱與小車機架連為一體，并能保證齒輪嚙合的安裝精度。但經過實際測繪后，發現安裝空間不夠，為了保證空間安裝，經過現場分析，最后得出方案，將小車上部機構整體上移10cm，具體方案為將小車上部機構的升降缸底座墊高10cm，從而保證了上部機構整體提升了10cm，增加了安裝空間。

4.2 油馬達、齒輪箱安裝

安裝齒輪箱時，首先根據齒輪嚙合要求及軸承齒輪和小齒輪中心距預裝齒輪箱，預裝完畢后，做好安裝記號，從而根據固定板平面度的量化指標確定齒輪箱水平固定板的安裝位置，然后根據記號位置，安裝焊接齒輪箱固定板，然后在固定板上安裝齒輪箱、油馬達設備。

4.3調試試車，性能改良

用30T鋼卷進行試車，小車旋轉過程比較正常，但是在旋轉到位時波動較大，為了解決這個問題，需要從小車旋轉驅動控制裝置入手。小車旋轉是由一臺油馬達作為驅動進行動作的，小車旋轉位置是靠兩個機械擋塊和兩個控制極限控制電磁換向閥得失電而定位得，若機械到位而位置極限未感應到導致液壓油仍經換向閥向油馬達供油，而旋轉臺被機械擋塊限位后油壓會升高導致輸出轉矩增大，對油馬達和齒輪箱破壞均較大，因此重新安裝經過多次調試，對極限（圖5-2）位置控制延時時間進行調整，最終保證了小車旋轉到恰當位置后，電磁閥及時換向，保證了小車運轉精度和平穩。

但是極限位置在長時間的運行中難免會發生移位或者損壞等情況，為了更好的保證小車運轉平穩和安全，對液壓控制做了如下改進，如圖5-1，在原來控制油路上增加了兩個安全閥，分別安裝在油馬達的進出口.

由表3-2查出油馬達OMR 315允許的最大壓差為70bar， P5-25V齒輪箱最大轉矩為1430N*m，傳動比為5：1，計算出油馬達的最大允許輸出轉矩Mmax=1430/5=286N*m。根據公式，計算出最大允許壓差=286/（0.159*315.7*0.95）=59.9bar.? 考慮到一定的冗余系數，我們設定兩個安全閥為55bar.這樣就可以在電氣極限控制失靈的情況下避免油馬達和齒輪箱遭受損壞。

5.項目成果

本項目恢復了小車的旋轉功能，并優化了控制精度，改進了小車旋轉的性能。在恢復后的使用中生產人員反映良好，有效地減少了鋼卷的換向時間，提高了機組的有效作業率。

一條橫切機組平均每小時產量為30噸，平均每班次有3個卷子需要鋼卷小車旋轉來實現工藝要求的開卷方式，那么每個卷子通過天車吊到運輸地爬車，運輸到重縱機組，再由天車從地車上吊到重縱機組的鋼卷小車上實現旋轉，然后再按原路線返回到橫切機組的時間大約為15分鐘，三個卷子需用時間45分鐘，考慮到有時幾個卷子同時下線時可以一起吊運，那么平均算下來每個班次要浪費在旋轉鋼卷的時間為20分鐘，橫切機組1小時鋼產量為30噸，那么20分鐘生產：30×（20/60）=10T.除去檢修和工藝停機時間，橫切機組每年實際生產時間為300天左右。 改造后，每班次多生產鋼10噸，每年多生產鋼10×3×300=9000噸，該項目除了帶來橫切機組的經濟效益外，還提高了重縱機組和天車的作業率，避免了鋼卷在多次吊運中質量的損壞。

6.參考文獻

[1] 《二冷軋設備三大規程》

[2]? 成大先，機械設計手冊第四版，化學工業出版社

[3] 《SEW減速機樣本》

[4] 《橫切機組操作維護手冊》