晏祥科

(三鋼集團閩光棒材廠)

0 前言

福建三鋼閩光股份有限公司棒材廠1994年投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)能為24萬t/年。經(jīng)過技改2007年達103萬t/年。隨著Ф16 mm～Ф20 mm兩切分及穿水冷卻工藝的應(yīng)用，原冷床裙板已嚴重制約軋線生產(chǎn)能力的發(fā)揮，須對冷床裙板傳動及控制進行改造。

1 概況

冷床裙板的作用是將成品倍尺分離、制動并拋到冷床齒條上進行冷卻。通過油缸驅(qū)動連桿帶動裙板進行升降，使裙板做循環(huán)動作：由高位降至低位、低位升至中位、中位升至高位。

2 存在的問題

2.1 油缸行程短、裙板角度不夠

由于軋制速度快軋帶在傳動輥道上跳動嚴重，在裙板處于高位時，第一根鋼仍時不時會從輥道跳出裙板直接滑入齒形板，造成冷床亂鋼。經(jīng)分析為裙板高度不夠，即由于油缸行程相對不足造成裙板高位的高度不夠。原裙板角度20°，在軋制兩切分時第二根鋼較慢滑入齒形板影響生產(chǎn)節(jié)奏(如圖1所示)。

圖1 冷床裙板裝置橫截面示意圖

2.2 個別裙板油缸故障影響生產(chǎn)

整條裙板是由10根液壓缸同時驅(qū)動同步長軸，當任一電磁換向閥不能正常工作時，對應(yīng)油缸將成為反向負載使長軸出現(xiàn)卡阻點，導致裙板高低不一造成亂鋼、掛鋼、竄鋼(如圖2所示)。

圖2 改造前的控制閥組

2.3 裙板動作沖擊大、不同步

裙板動作沖擊大上、下銷軸易磨損甚至折斷，缸的支撐座易被撕裂，長軸支撐座內(nèi)銅瓦磨損、長軸支撐座撕裂下沉等都會導致裙板高低起伏，引起裙板動作不同步。

2.4 冷床輸入輥道壽命短

輸入輥道表面硬度不夠，輥子在很短時間內(nèi)磨損凹槽較深，造成軋帶滑到裙板上太慢甚至滑不下來，引起掛鋼亂鋼事故。

3 改造措施

3.1 增加油缸行程與裙板角度

將油缸行程由100 mm增至120 mm，使裙板高位高于輥道面110 mm(增加了25 mm)，確保高位時第一根鋼在輥道上無法跳出;裙板角度由20°改為35°，確保鋼快速滑入齒形板。因油缸行程增加，原液壓系統(tǒng)流量已相對不足，須重新設(shè)計。具體計算如下：

1)系統(tǒng)壓力計算。裙板角度增大重量增加、裙板動作摩擦力增大，需重新確定液壓系統(tǒng)工作壓力，以確保裙板動作安全、可靠。裙板受力分析如圖3所示。

圖3 裙板受力分析

油缸輸出總液壓力計算(連桿總重量G1、裙板總重量G2、最大軋帶重量G3計算從略)：

式中：Fy——油缸輸出總液壓力(Fy=221900 N);

L1——油缸與長軸形成的力臂;

β——油缸與撥叉形成的夾角;

G1——連桿總重量;

L2——裙板連桿與長軸形成的力臂;

L3——連桿的長度;

α——裙板與垂直線的夾角;

G2——裙板總重量;

G3——最大軋帶重量;

Fm——裙板動摩擦力;

L4——軋帶到連桿的距離。

油缸頂升腔壓力：

式中：A1——油缸無桿腔面積;

p2——油缸回油腔壓力;

A2——油缸有桿腔面積;

ηcm——機械效率(取0.9)。

泵出口壓力：

式中：p1——油缸頂升腔壓力;

Δp——總壓力損失油取0.6 MPa缸回油腔壓力;

Δpe——壓力繼電器壓差，取 0.5 MPa［1］。

2)泵與蓄能器的流量計算(油缸所需總流量qg、單泵流量qb從略)：

蓄能器提供的流量：

式中：K——泄漏系數(shù)(取1.3);

qg——油缸所需總流量;

ηp——葉片泵總效率(取 0.6)［2］;

qb——單泵流量。

所需蓄能器容積：

式中：P0——蓄能器充氮壓力(取 6.5 MPa);

P1——系統(tǒng)最低工作壓力(取10.5 MPa);

P2——系統(tǒng)最高工作壓力(取11.5 MPa);

n——多變指數(shù)(取 1.25)［3］。

所需蓄能器個數(shù)(6個，考慮蓄能器皮囊損壞仍能滿足生產(chǎn)需要，特意多增2個)：

40 L/個 ×6個 =240 L＞135 L

通過以上計算，得出：液壓系統(tǒng)工作最小設(shè)定壓力≥9.45 MPa;將油泵PFE-41056/1DV由一用一備改為兩用一備;蓄能器NXQ1-F40/31.5由原來的兩個，增至六個。

3)校核控制閥架元件的選型。原電磁換向閥與疊加式單向節(jié)流閥能滿足改造后的油缸通油能力，具體對照見表 1［4］。

表1 控制元件選型表

3.2 設(shè)計閥組的優(yōu)化

給每組閥增加一個溢流閥與單向閥(如圖4所示)，個別支路出現(xiàn)故障不影響生產(chǎn)。當任一電磁換向閥不能正常工作時，靠相鄰兩個支路油缸帶著該故障支路油缸動作，溢流閥與單向閥此時分別起超壓卸荷與負壓補油作用。同時可通過查找超系統(tǒng)壓力的壓力表，確定不正常的支路并留待計劃停機再處理。

圖4 改造后的控制閥組

3.3 改進油缸安裝方式

讓高、低位對射光電管提前檢測到，利用支路換向閥閥芯回中位的節(jié)流過程，使油缸減速沖到位。將油缸安裝孔由Φ31.5 mm擴至Φ40 mm，上銷改為Φ32 mm的階梯銷，銷軸與油缸通過軸套裝配;下銷Φ30 mm改為Φ35 mm以增加其強度，同時加長上、下銷配合長度以降低接觸應(yīng)力，并將下銷加工成階梯狀便于裝卸。

3.4 改用長效耐磨輥

原輥子材料為65Mn熱處理，在鋼接觸到的輥面上加工出整圈凹槽并鑲焊上耐磨體?；谠撦仒O長的壽命，每間隔1個耐磨輥布置1個普通輥，既利用原有備件又降低改造費用。

4 改造效果

解決了長期困擾棒材廠的冷床掛鋼、亂鋼、竄鋼問題，為軋線提速創(chuàng)高產(chǎn)提供設(shè)備保障。大幅降低了設(shè)備故障停機時間，節(jié)約了大量檢修人工與備件費用。改造效果見表2。

表2 冷床裙板改造前后效果比較

［1］ 成大先.機械設(shè)計手冊.第五版.北京：化學工業(yè)出版社，2010：21-33.

［2］ 徐灝.機械設(shè)計手冊.第5卷.北京：機械工業(yè)出版社，1992：37-106.

［3］ 雷天覺.新編液壓工程手冊.下冊.北京：理工大學出版社，1998：1774.

［4］ 成大先.機械設(shè)計手冊.第五版.北京：化學工業(yè)出版社，2010：21-523.