板料清洗機輥筒傳動裝置的優化改進

陶中杰

（上汽大眾汽車有限公司沖壓中心，上海 201806）

0 引言

在汽車沖壓成形工序中，為保證汽車外覆蓋件的表面質量及改善板材的拉伸性能，沖壓加工前要對板材進行清洗和涂油。這道工序對清洗油的黏度和硫含量等技術參數有特殊要求。同時要求清洗板材用的清洗油可循環利用，不會發生外泄污染周邊環境。因此，一般在拆垛機后面，噴油機或對中臺前設置專用清洗機。

沖壓11 線自動化生產條線配備的清洗機僅用于板料的清洗，適用于ST12、ST13、ST14，表面特征03、04、05 的鋼板、鋁料以及未涂層或鍍鋅的鐵板的清洗、刷凈和擠干。被清洗的板材必須具有DIN EN 10 029（7 mm/m 的測量長度）或者是DIN EN 10 131（3 mm/m 的測量長度）所規定的的平整度，從清洗機中出來的板材料上下表面都會有一層清洗劑膜。

1 問題

沖壓11 線清洗機自動化生產時，鋼板料從清洗機出口處向噴油機及對中臺輸送過程中，板料的前端及中部區域會彎曲上翹，導致料片撞擊噴油機或者越過對中臺的對中擋塊，如果是兩張對稱的料片，還會產生偏移及扭轉現象，嚴重時甚至會出現卡料，損壞擠干輥光滑表面，導致長時間停機修理，增加維修成本。

2 優化改進

為了解決現有清洗機擠干輥卡料和利用率的不足,本實用新型提供一種新的傳動鏈輪，該鏈輪不僅可實現較高的傳動速比，解決卡料問題，而且結構簡單、可靠，通用性強，還能將擠干輥的使用壽命延長一倍。

圖1 清洗機結構示意

2.1 清洗機工作原理

清洗機結構如圖1 所示，減速電機通過聯軸器驅動下送料輥，下送料輥通過一對m=12、z=22 的聚氨酯材質齒輪嚙合帶動上送料輥運轉，這對具有聚氨酯類表面涂層的送料輥將鋼板拉入清洗機，通過從上至下的清洗油輸送管中連續流出的精細清洗劑進行噴洗，鋼板上的污垢顆粒被溶解并被沖到油箱內。同時，在鋼板運行反方向相反的一對帶有軟貝倫鬃的毛刷輥（位于擠干輥和送料輥之間）完成清洗動作。此外，毛刷輥還在板材表面引起激烈的清洗機漩渦，在毛刷輥的后面還有2 個噴管，將清洗機噴流再次噴向板料的上表面和下表面。

下送料輥另一端的一個27/27 齒數的雙排鏈輪，與下擠干輥對應端的一個38/38 齒數的雙排鏈輪通過鏈條連接，形成27/38 的傳動比；下擠干輥另外一端通過一對m=12、z=31 的聚氨酯材質齒輪嚙合帶動上擠干輥運轉；上下擠干輥之間壓力（8～12 MPa）可以通過上擠干輥兩端的連接油缸液控回路調節。擠壓除去大部分殘存在鋼板上的油液，并形成一個規定油膜（油膜總質量≤1.5 g/m2），將料片送入噴油機或過渡皮帶機。

進料輥和擠干輥正常生產時同時被驅動，如果清洗機停止，上進料輥和擠干輥通過其兩端的液壓缸被提高，上擠干輥的液壓缸還用于調整符合板材厚度和留在板材上的清洗液劑量的擠干輥壓力。

2.2 卡料原因分析

（1）檢查清洗機機械傳動機構。主要包括電機驅動軸、進料輥和擠干輥的傳動齒輪、傳動鏈輪、鏈條以及輥面質量，均未發現異常。清洗機擠干輥4 個軸承溫度監測顯示值40～43 ℃，表明擠干輥軸承運轉正常。

（2）檢查清洗機液壓控制回路。清洗機液壓控制與若干控制進料輥和擠干輥的調節高度相互關聯，由裝配在一塊液壓分配板上的液壓元件組成。液壓聯動裝置是一個氣壓驅動的活塞泵（壓縮空氣，0.6 MPa）,在液壓系統里壓力最高可達14 MPa。正常工作時，送料輥壓力3～5 MPa，擠干輥工作壓力6～12 MPa?，F場檢查送料輥壓力5 MPa，擠壓輥壓力10 MPa，在正常范圍內，表明清洗機液壓系統正常。

（3）檢查清洗機液壓及機械傳動正常，分析故障原因很可能是擠干輥與送料輥線速度出現誤差，由于送料輥和擠干輥共用一套驅動系統，速差來源于各輥之間磨損造成的直徑誤差，因此測量送料輥和擠干輥直徑（各測9 個點）。由于輥子呈鼓型，其最大值為輥子的實際直徑，測量結果見圖2?？梢钥闯?，進料輥和擠干輥直徑分別為270 mm 和373 mm。進料輥標準直徑應為270 mm，因此其基本無磨損，而擠干輥的標準直徑為380 mm，由于清洗機使用中，板料因各種原因卡在清洗機內造成擠干輥表面損壞，當擠干輥損壞后必須進行換料修磨，由于擠干輥表面采用的是特殊的3M 無紡布材料覆蓋而成，每次委外修理造成擠干輥直徑減小。可以看出，擠干輥直徑比原來減少約7 mm，可能會引起兩者速差較大的變化，因此需要計算其線速度。

圖2 擠干輥直徑測量結果

根據擠干輥直徑測量結果計算其線速度（表1）?？梢钥闯?，當擠干輥直徑為373 mm 時，擠干輥的線速度（1567 mm/s）比送料輥（1597 mm/s）小30 mm/s，查閱清洗機資料，標準直徑為380 mm 的擠干輥與標準直徑為220 mm 的送料輥線速度計算結果均為1597 mm/s，對比之下可以看出，由于線速度差的存在，料片在送料輥與擠干輥之間產生彎曲現象（圖3），當料片送出清洗機時就會撞擊噴油機或越過對中擋塊，嚴重時甚至會導致清洗機嚴重卡料，損壞擠干輥表面無紡布材料，造成較大的經濟損失和較長時間的停機。

表1 線速度計算結果

圖3 擠干輥正常尺寸和磨損后線速度模擬圖

由于清洗機需要清洗的是鋼制料片，厚度0.5～2 mm，這種厚度料片有時會劃傷擠干輥表面，劃傷后清洗機無法將料片清洗干凈，需要更換劃傷的那部分表層。由于聚氨酯表層是分塊安裝在鋼制軸心上，只需換掉劃傷部分即可，為了使表面平整，需要進一步研磨。這樣，經過一次次研磨，擠干輥尺寸會逐次減小，當直徑減小到引起擠干輥和送料輥的速差達到一定程度時，料片便會彎曲，清洗機無法正常工作。圖4 為劃傷后修復的擠干輥，深色部分為未損壞部分，淺色部分為更換后的部分。

圖4 劃傷后修復的清洗機擠干輥

2.3 解決方案

以往研磨兩次后的擠干輥直徑過小時，為了避免速差引起的料片彎曲等現象，一般更換新的擠干輥。經以上分析可以看出，既然料片彎曲是由進料輥和擠干輥的速差引起的，修正此速差就可以避免故障的發生。實際生產中，除了改變擠干輥直徑外，還可以通過改變傳動結構來改善速差，改善傳動結構主要有以下4 種方式：

（1）將進料輥和擠干輥共用一套驅動系統改為單獨驅動，每一對輥子的線速度可以單獨調節，這種結構方式也是新型清洗機采用的主流驅動方式。該方式可以有效避免此類清洗機卡料，直至擠干輥無紡布覆蓋層用光。但對11 線清洗機而言，如此改造將涉及增加驅動電機、改造外部罩殼、電氣程序修改、控制面板改造等多方面，另外整線至少需要停產3 d，維修費用巨大，因此不具有現實可操作性。

（2）將上下進料輥傳動齒輪齒數從22 齒增加至23 齒，可使擠干輥線速提升約1/22。

（3）將下擠干輥端部傳動雙排鏈輪齒數從38 齒降低至37齒，可使擠干輥線速提升約1/38。

（4）計算速差占擠干輥線速的比例。擠干輥的線速度為1567 mm/s，比送料輥（1597 mm/s）小30 mm/s，所占比例為1/52，相比而言更接近于1/38。綜合考慮得出,最簡單有效的方法是更改擠干輥的鏈輪齒數。

改變下擠干輥被動雙排鏈輪的齒數，將原來的38 齒改為37 齒（圖5）。計算進料輥和擠干輥的線速度，得出其速度差已經減少至12 mm/s，這個速差是否在允許范圍內，需要在實際運用中進行檢驗。經過實際檢驗得知，前后速差應保持在3 mm/s 以內。

3 改進效果

對11 線清洗機傳動系統進行優化改造，將傳動鏈輪的齒數由原來的38 齒改為37 齒，改造后的線速度計算結果見表2，實踐驗證，提高擠干輥線速度可解決清洗機的卡料問題。清洗機傳動系統優化改進產生的效益：①優化后的傳動系統適用于擠干輥、送料輥、刷輥共用同一套傳動機構的清洗機，對其他類似結構的傳動裝置具有參考價值；②延長擠干輥的使用壽命，優化前擠干輥的壽命為只能修磨3～4 次（最小374 mm），改進后使用壽命可以提高研磨次數到8 次（最小365 mm），相當于擠干輥的使用期限提高一倍；③節省備件采購費用。

圖5 修改傳動鏈輪齒數

表2 結構優化后線速度計算結果