熊杰

摘 要：文章分析了卷取芯軸電機(jī)電磁抱閘的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了電磁抱閘在卷取鋼卷定尾使用過(guò)程中的局限性及存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置特點(diǎn)，創(chuàng)新性地將電磁抱閘制動(dòng)改液壓油缸制動(dòng)，解決了電磁抱閘使用過(guò)程中存在的問題，提高了抱閘運(yùn)行控制的穩(wěn)定性，更易實(shí)現(xiàn)鋼卷的精確定位，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：卷取機(jī)；卷取芯軸；電磁抱閘；定尾；液壓缸

中圖分類號(hào)：TG333.2+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0114-03

Abstract： This paper analyzes the structure and working principle of the electromagnetic lock brake of the coiling shaft motor， analyzes the limitations and existing problems of the electromagnetic lock gate in the process of coiling steel coil and fixing the tail， and combines the characteristics of the field equipment arrangement. The electromagnetic lock brake is innovatively changed to hydraulic cylinder brake， which solves the problems existing in the operation of the electromagnetic lock brake， improves the stability of the operation control of the lock gate， makes it easier to realize the accurate positioning of the coil， and achieves good results.

Keywords： coiler； coiling mandrel； electromagnetic lock brake； stationary tail； hydraulic cylinder

1 概述

湖南華菱漣鋼2250熱軋板廠于2009年9月份建成投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能441萬(wàn)噸，可生產(chǎn)規(guī)格厚度1.5-25.4mm、寬度900-2130mm的熱軋帶鋼。其中卷取機(jī)布置有3臺(tái)全液壓踏步控制固定式卷取機(jī)，卷取芯軸傳動(dòng)裝置電機(jī)功率為1350kW。卷取機(jī)的作用是對(duì)精軋機(jī)軋制完的帶鋼進(jìn)行卷取成卷，以便后續(xù)的卸卷、運(yùn)輸和儲(chǔ)存。當(dāng)卷取開始時(shí)，帶鋼在精軋機(jī)和卷取芯軸間形成張力，當(dāng)帶尾離開精軋機(jī)最后一架軋機(jī)（F7）時(shí)，卷取機(jī)進(jìn)入收卷狀態(tài)，為了保證F7拋尾后卷取夾送輥和芯軸之間的張力，夾送輥壓下液壓缸壓力增大，輥縫變小，同時(shí)3助卷輥同時(shí)關(guān)閉壓住卷取機(jī)內(nèi)的外層帶卷，使帶鋼在夾送輥和卷筒之間建立張力。卷取將完成時(shí)，帶尾須進(jìn)行第一次定尾，一般第一次帶尾定位在9點(diǎn)鐘位置（面對(duì)卷取機(jī)）。第二次定尾開始時(shí)，首先2#助卷輥打開，卸卷小車上升托住帶卷，然后芯軸電機(jī)再次啟動(dòng)和制動(dòng)，將帶尾準(zhǔn)確定位至5點(diǎn)鐘的位置，以利卸卷時(shí)托卷輥壓住帶尾，避免松卷。目前國(guó)內(nèi)熱軋板廠普遍采用電機(jī)尾端安裝角度編碼器和電磁抱閘，通過(guò)帶尾跟蹤、芯軸電機(jī)角度編碼器配合電氣傳動(dòng)控制以及電磁抱閘制動(dòng)相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)帶尾的準(zhǔn)確定位。芯軸電機(jī)主傳動(dòng)裝置見圖1。

2 電磁制動(dòng)抱閘結(jié)構(gòu)及工作原理

電磁制動(dòng)抱閘主要由電磁鐵、閘瓦制動(dòng)器和制動(dòng)輪三部分組成，制動(dòng)輪與電動(dòng)機(jī)裝在同一根轉(zhuǎn)軸上。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。電磁制動(dòng)一般采用斷電制動(dòng)，通電打開。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電磁抱閘線圈通電，由于電磁吸力的作用，電磁鐵吸引銜鐵并壓縮制動(dòng)彈簧，制動(dòng)閘瓦松開，此時(shí)電機(jī)處于自由狀態(tài)；當(dāng)電磁電源被切斷時(shí)，電磁線圈斷電，電磁鐵失去磁吸力，制動(dòng)閘瓦通過(guò)制動(dòng)彈簧抱緊制動(dòng)輪，迫使電機(jī)盡快停轉(zhuǎn)并使電機(jī)軸靜止不動(dòng)，此時(shí)電機(jī)處于被制動(dòng)狀態(tài)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。目前漣鋼2250熱軋板廠卷取芯軸電機(jī)使用的制動(dòng)器型號(hào)為MW800-10000，制動(dòng)力矩為10000Nm。

3 卷取芯軸電機(jī)電磁抱閘存在的主要問題

因卷取芯軸電機(jī)電磁抱閘采用電磁鐵方式進(jìn)行制動(dòng)，當(dāng)電磁鐵得電時(shí)，制動(dòng)抱閘克服彈簧力打開，當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，制動(dòng)抱閘通過(guò)彈簧的作用使制動(dòng)抱閘關(guān)閉。其在使用過(guò)程中存在下面2個(gè)主要問題：

（1）電磁鐵因長(zhǎng)期工作燒損或連接電磁鐵的電氣線路發(fā)生故障時(shí)，電磁鐵斷電，制動(dòng)抱閘將在彈簧力的作用下自動(dòng)關(guān)閉，對(duì)電機(jī)軸制動(dòng)，此制動(dòng)力矩可引起芯軸電機(jī)過(guò)流（過(guò)載）跳電，此時(shí)如果卷取機(jī)正在卷鋼，則鋼帶將在卷取機(jī)內(nèi)堆鋼，卷取失敗而廢鋼，特別是當(dāng)厚板（厚度超過(guò)12mm）在卷取機(jī)內(nèi)堆鋼時(shí)，其廢鋼處理時(shí)間有時(shí)甚至超過(guò)120分鐘，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的穩(wěn)順進(jìn)行。

（2）鋼卷卷取完成后，芯軸電機(jī)通過(guò)電氣傳動(dòng)并結(jié)合編碼器進(jìn)行帶鋼定尾控制時(shí)，因制動(dòng)抱閘閘瓦磨損以及抱閘四連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈處磨損等，電磁銜鐵行程有限（小于2mm），芯軸電機(jī)制動(dòng)力矩將不能有效發(fā)揮。而卸卷前助卷輥?lái)毚蜷_時(shí)，厚規(guī)格高強(qiáng)鋼種因帶尾的彈力等作用，導(dǎo)致鋼卷在卷取機(jī)內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅難以做到準(zhǔn)確定尾，嚴(yán)重時(shí)甚至引起鋼卷在卷取機(jī)內(nèi)松卷的嚴(yán)重后果。

4 電磁抱閘液壓控制技術(shù)改進(jìn)

（1）取消制動(dòng)電磁鐵，改液壓缸控制。現(xiàn)制動(dòng)器型號(hào)為MW800-10000，制動(dòng)力矩為10000Nm。液壓缸端部設(shè)計(jì)成法蘭連接方式，根據(jù)電磁鐵銜鐵推桿尺寸，可將液壓缸缸徑設(shè)計(jì)Φ100mm、桿徑Φ70mm、行程20mm（關(guān)于液壓缸各參數(shù)的驗(yàn)算見后）。液壓缸可方便地通過(guò)螺栓把合安裝在電磁制動(dòng)抱閘的機(jī)架上，閘瓦制動(dòng)器利舊。改造方式見圖3。

（2）液壓缸設(shè)計(jì)成帶位移傳感器，通過(guò)比例電磁鐵的控制可實(shí)現(xiàn)液壓缸20mm行程內(nèi)任意位置的控制。液壓缸液壓控制回路如圖4所示，由減壓閥3、調(diào)壓閥4、比例換向閥5、調(diào)速閥6等組成，所有液壓控制閥均采用疊加式結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺釘把合在液壓閥塊上。當(dāng)比例換向閥5得電時(shí)，液壓缸有桿腔進(jìn)油，活塞桿回縮，制動(dòng)器通過(guò)彈簧的作用實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；當(dāng)比例電磁鐵5失電時(shí)，液壓缸無(wú)桿腔進(jìn)油，活塞桿伸出，制動(dòng)抱閘松開，制動(dòng)輪處于自由狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)得電制動(dòng)、失電打開控制邏輯，杜絕失電狀態(tài)下抱閘制動(dòng)引起的堆鋼風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)減壓閥3、調(diào)壓閥4和調(diào)速閥6等可實(shí)現(xiàn)液壓缸的壓力和流量控制。

1-球閥；2-單向閥；3減壓閥；4-調(diào)壓閥；5-電磁換向閥；6-調(diào)速閥

5 抱閘制動(dòng)力矩核算及液壓缸參數(shù)確定

漣鋼2250熱軋板廠卷取芯軸電機(jī)電磁抱閘屬電磁塊式制動(dòng)器，按JB/T 7685.1-1995設(shè)計(jì)選型，其電磁銜鐵推桿最大行程為2mm，制動(dòng)輪直徑Φ800mm，額定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大為10000N.M，則其最大制動(dòng)力即摩擦力f為：

f= 10000/0.8=12500N

查有關(guān)資料，電磁抱閘閘瓦和制動(dòng)輪之間的摩擦系數(shù)為0.3-0.4，以下計(jì)算時(shí)取摩擦系數(shù)的平均值μ=0.35，則作用于制動(dòng)輪上的正壓力N為：

N=f/μ=12500/0.35=35714N

設(shè)電磁抱閘上彈簧的最大制動(dòng)力為F1，則根據(jù)閘瓦制動(dòng)器相關(guān)尺寸（見圖3）

F1×（450+650）≈N×450

解得：F1≈14610N

設(shè)液壓缸活塞桿上的最大推力為F2，根據(jù)作用力與反作用力相等原理，則F2和F1相等，即

F2=F1=14610N

初選油缸缸徑Φ100mm、桿徑Φ70mm、油缸行程S=20mm。

當(dāng)液壓壓力P從10bar～50bar變化時(shí)，設(shè)液壓缸工作效率取0.98，則油缸活塞桿的最大輸出推力的計(jì)算值見表1。

顯然，當(dāng)液壓壓力為38bar時(shí)，液壓缸的輸出力稍大于抱閘彈簧的最大制動(dòng)力，液壓缸滿足工作要求。

設(shè)油缸的工作周期T=1～5s（工作周期設(shè)定為：?jiǎn)?dòng)-快進(jìn)-減速-工進(jìn)-制動(dòng)）。

則油缸的最大工作速度Vmax

Vmax=S/T=20mm/1s=20mm/s

油缸所需最大流量Qmax

Qmax=Vmax×A=9.42L/min

根據(jù)以上計(jì)算液壓壓力及最大流量，可核算液壓中間管道油管尺寸及壁厚。

6 電磁制動(dòng)抱閘和液壓缸制動(dòng)抱閘的優(yōu)劣分析

電機(jī)制動(dòng)抱閘在單獨(dú)使用的場(chǎng)合，使用電磁鐵進(jìn)行制動(dòng)控制時(shí)只需對(duì)電磁鐵輸入電流即可，安裝方便，控制簡(jiǎn)單；如采用液壓缸控制抱閘來(lái)制動(dòng)，則需額外安裝液壓閥臺(tái)，需要液壓站來(lái)提供壓力油源以及相應(yīng)的液壓管路，顯然不方便也不劃算。但在常規(guī)熱軋板生產(chǎn)線等液壓控制系統(tǒng)用得很多的場(chǎng)合，壓力油源可利用就近液壓站提供，再配置相應(yīng)的液壓閥臺(tái)和液壓中間管路，則電磁鐵完全可用液壓缸來(lái)替代，此時(shí)電磁式制動(dòng)器則變成了高可靠性、高靈敏度、控制更可靠、制動(dòng)力矩大小可調(diào)節(jié)的液壓缸制動(dòng)器。當(dāng)改為油缸進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，可選擇液壓換向閥（或比例閥）斷電時(shí)油缸活塞桿伸出克服彈簧力使抱閘打開，當(dāng)液壓閥向閥或比例閥）通電時(shí)，油缸活塞桿縮回，通過(guò)彈簧力使抱閘制動(dòng)。因此當(dāng)電氣線路發(fā)生故障時(shí)，液壓換向閥斷電，抱閘也是打開的，不存在因線路故障導(dǎo)致卷取過(guò)載跳停廢鋼的事故。且油缸行程比電磁鐵行程大很多，當(dāng)抱閘鉸鏈處和閘瓦磨損時(shí)導(dǎo)致制動(dòng)力不夠的現(xiàn)象也不會(huì)發(fā)生，并通過(guò)調(diào)節(jié)液壓壓力可方便調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的大小，因此具有更大的優(yōu)勢(shì)。漣鋼2250熱軋板廠自2018年3月份實(shí)施改造后，取得了良好效果。

7 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)熱連軋板帶生產(chǎn)線卷取芯軸電磁抱閘不可避免存在共性問題，如何提高電磁抱閘的可靠性、提高卷取芯軸制動(dòng)穩(wěn)定性、對(duì)鋼卷進(jìn)行準(zhǔn)確定尾等具有現(xiàn)實(shí)意義。本技術(shù)改進(jìn)利用現(xiàn)有液壓油源，采用液壓油缸代替電磁鐵進(jìn)行制動(dòng)在國(guó)內(nèi)尚屬首次，取得了良好效果，在一些特定場(chǎng)合，此技術(shù)改進(jìn)具有較大推廣價(jià)值。

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