陳倫樹 胡孟君

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

拉伸機主要用于鋁合金熱軋板材淬火后的預拉伸以及鋁合金熱軋板拉伸矯平去應力。拉伸后鋁合金板的應用領域廣泛，主要應用在航天、航空、高鐵(軌道)車箱、軍工、船舶和高端民用等領域。

某鋁廠60 MN拉伸機是二十世紀七、八十年代我國自主設計制造的拉伸機。在放置多年并經(jīng)過技術升級后，于2001年投入生產，拉伸了大量鋁合金板，解決了國家急需。隨著市場需求的增大和質量要求的提高，經(jīng)過多次技術升級仍不能滿足市場要求，某鋁廠決定再次技術升級以滿足市場要求。

我公司承擔了本次技術升級任務，負責設計、制造、拆卸、安裝和調試等全部改造工作，即交鑰匙工程。

1 技術升級內容

本次對移動和固定拉伸頭及其電、液控制系統(tǒng)等進行技術升級。本著降低成本、節(jié)省投資、減少浪費的原則，采取了舊設備修復再利用的技術升級方案。

1.1 升級前存在的主要問題

(1)故障率高，生產效率低，每次斷帶都會造成設備不同程度的損壞，拉伸力較大時，上、下月牙板會出現(xiàn)不同程度的轉動，造成設備損壞。

(2)自動化程度低，人工勞動強度大，需要人工計算預夾緊缸、夾緊缸的工作壓力和兩個拉伸頭間的間距以及固定拉伸頭鎖緊銷的插孔位置。固定拉伸頭沒有行走動力，其行走需要移動拉伸頭，通過板材帶著其前進或后退，調整兩個拉伸頭的間距比較困難。

(3)板材拉伸質量較差，設計制造時間久遠，設備不能滿足現(xiàn)有市場對產品的質量要求。

(4)夾鉗夾持痕跡的均勻度占夾持面積的70%左右，夾鉗夾持痕跡不均勻造成拉伸變形不均勻，應力消除不均勻。

1.2 技術升級范圍

移動和固定拉伸頭中的箱體裝配、夾鉗裝置、夾緊油缸及其附件、固定拉伸頭的車輪裝配以及拉伸頭的液壓、潤滑和電氣系統(tǒng)等重新設計制造；C形板機架利舊修復；兩個拉伸頭的對中裝置、移動拉伸頭的車輪裝置、固定拉伸頭的鎖緊裝置和拉伸缸裝置、承壓梁裝置、軌道裝置以及拉伸缸的液壓、電氣控制系統(tǒng)等全部利舊。

2 技術升級方案

2.1 主要技術參數(shù)

升級后的主要技術參數(shù)見表1。

表1 升級后主要技術參數(shù)表Table 1 Main technical parameters after upgrading

2.2 結構組成

改造部分的拉伸頭由C形板機架、夾鉗裝置、夾緊油缸及其附件、箱體裝配和固定拉伸頭的車輪裝置等組成，見圖1。

1—C形板機架 2—夾緊油缸及其附件 3—箱體裝配 4—夾鉗裝置圖1 改造的移動拉伸頭Figure 1 Improved moving stretching head

2.3 C形板機架加工改造

為了避免C形板機架拉伸時損壞，對機架進行了有限元仿真計算，分別按板寬1000 mm，拉伸力35 MN和板寬2700 mm，拉伸力60 MN及50 MN三種情況進行計算，計算結果見表2。

表2 三種載荷計算表Table 2 Three kinds loading calculation

板寬1000 mm，拉伸力35 MN的應力分布圖和變形分布圖見圖2。

(a)應力

C形板的材料20MnSi，要求的力學性能為Rm≥430 MPa，Re≥240 MPa。在板寬1000 mm、拉伸力35 MN時，C形板的最大主應力為Re≥231 MPa。由此可見C形板承受的單位寬度極限載荷為35 kN/mm；當板寬2700 mm、拉伸力60 MN和50 MN時，C形板承受的單位寬度的載荷分別為22.2 kN/mm和18.5 kN/mm，C形板能夠滿足強度要求，但局部應力過高；通過局部優(yōu)化改造，能夠把拉伸力50 MN的最大主應力和最大等效應力降低到264.9 MPa和328.1 MPa，該應力位于筋板尖角位置，對機架整體影響較小，可以使用，即最大拉伸力為50 MN。

2.4 夾鉗及夾緊油缸裝置

在機架C形口的上下兩面分別裝有月牙板一，側面裝有月牙板二；夾鉗導軌裝在月牙板一上，其一端把合在機架上，另一端裝在月牙板二的側面上，夾鉗裝在夾鉗導軌上。

夾鉗的夾緊和提升分別通過推桿和鋼絲繩來實現(xiàn)；每個夾鉗均設置了一根推桿和鋼絲繩，每根推桿和鋼絲繩都配置了夾緊缸和提升缸；所有推桿裝在橫梁上，橫梁的兩端裝有預夾緊缸。

在機架許可應力范圍內，通過優(yōu)化設計，上、下夾鉗夾持任何板材時，其傾翻力矩均通過夾鉗導軌作用在月牙板二上，兩個力矩大小相等，方向相反，處于平衡狀態(tài)，避免月牙板出現(xiàn)旋轉。

夾緊時，先由預夾緊缸通過橫梁和推桿推動所有夾鉗同步預夾緊；預夾緊完成后，再由夾緊缸通過推桿推動夾持的夾鉗再次夾緊，消除夾鉗與板材間的間隙。拉伸時，夾緊缸和預夾緊缸均退回到位。提升時，提升缸通過鋼絲繩把夾鉗提升到位。既保證每個夾鉗均勻夾緊板材，又避免了拉伸斷帶時夾鉗沖擊推桿而造成設備損壞。

1—同步齒輪 2—車架 3—同步軸 4—車輪 5—液壓馬達圖3 車輪裝置Figure 3 Wheel device

固定拉伸頭的移動采用液壓馬達驅動。由于受到基礎限制，液壓馬達不能直接驅動車輪(車輪裝置見圖3)；需通過同步齒輪驅動車輪旋轉，同側兩個馬達由同步軸同步，避免了基礎改造，節(jié)省了投資。

3 升級后的使用效果

從升級后投產近一年的使用情況上看：

(1)設備性能穩(wěn)定，運行可靠，故障率低，生產效率高，經(jīng)受住了43 MN拉伸力的考核，受到了多次拉伸斷帶的沖擊，設備均完好無損。

(2)拉伸時，夾鉗與板材間無滑移現(xiàn)象，沒有出現(xiàn)夾鉗夾斷板材的現(xiàn)象；拉伸后，板材夾持痕跡均勻，其均勻度達到了夾持面積的98%以上；板材的拉伸質量滿足了市場要求。

(3)智能化程度高，人工勞動強度低；具有友好的人機對話界面；在人工輸入板材的相關參數(shù)后，設備自動計算、移動和鎖緊固定拉伸頭，同時反饋移動拉伸頭位置參數(shù)；自動判斷采用哪幾組夾鉗參與夾緊；能夠自動確定預夾緊缸和夾緊缸的壓力；能夠自動預夾緊和夾緊板材等。

4 建議

本次技術升級達到了預期目標，提高了板材拉伸質量，降低了設備故障率和人工勞動強度，設備智能化程度明顯提高。

由于受到資金和其它因素的限制，沒有進行全面徹底的技術升級，未能升級成智能化設備；建議再次技術升級，把這臺舊拉伸機升級成現(xiàn)代化的智能拉伸機，實現(xiàn)“一鍵智能化拉伸”功能；即在完成人機對話，按下“一鍵智能拉伸”操作按鈕后，拉伸機自動完成上料、對中、喂料、夾緊、拉伸、卸料和下料等智能化拉伸功能；進一步提高生產效率，降低人工勞動強度。