王修全,楊永興,周亞雄
(西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,重慶401326)
2800 mm熱粗軋機(jī)是中鋁西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的關(guān)鍵設(shè)備之一,由中國(guó)一重設(shè)計(jì)并制造,于1970年投產(chǎn),1989年經(jīng)日本IHI公司改造后具有一定國(guó)際先進(jìn)水平。該軋機(jī)既可單獨(dú)生產(chǎn)中、厚規(guī)格的板材,也能為后面的2800 mm熱精軋機(jī)提供坯料,是公司產(chǎn)量、利潤(rùn)貢獻(xiàn)的主要設(shè)備之一。
目前,國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的熱粗軋機(jī)大多配置有電動(dòng)壓下裝置和AGC 液壓壓下裝置,電動(dòng)壓下粗調(diào),AGC液壓壓下精調(diào)。西南鋁2800 mm熱粗軋機(jī)為國(guó)產(chǎn)老式軋機(jī),雖曾提出改造計(jì)劃,增加AGC 液壓壓下裝置,但因受原結(jié)構(gòu)尺寸限制而無(wú)法實(shí)施,因此兩側(cè)輥縫一直由電動(dòng)壓下裝置調(diào)節(jié)。電動(dòng)壓下裝置主要由電動(dòng)機(jī)、離合器、壓下減速機(jī)、壓下絲桿、壓下螺母等組成。兩側(cè)輥縫依靠電磁摩擦離合器實(shí)現(xiàn)同步調(diào)節(jié),離合器的運(yùn)行情況直接影響輥縫精度。
近幾年,2800 mm熱粗軋機(jī)電動(dòng)壓下裝置出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象??蛰d壓下時(shí),單次跑偏0.02 mm,全程跑偏達(dá)到0.3 mm 以上,嚴(yán)重超出了設(shè)備精度允許范圍。軋制出來(lái)的板片厚度不均,引起單邊浪、中間浪等一系列板形問題,給后面的工序造成很大的影響,嚴(yán)重時(shí)還產(chǎn)生“鐮刀彎”現(xiàn)象,如圖1 所示。
圖1 “鐮刀彎”現(xiàn)象
根據(jù)公司生產(chǎn)工藝要求,在軋制帶包鋁板的鋁合金鑄錠時(shí),需要先靜壓焊合包鋁板。而帶料壓下時(shí),壓下跑偏更嚴(yán)重,單道次跑偏達(dá)到0.3 mm 以上,對(duì)包鋁板產(chǎn)品的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。
經(jīng)長(zhǎng)期觀察與測(cè)試,發(fā)現(xiàn)壓下跑偏主要原因是離合器打滑,且負(fù)載越大,打滑程度越明顯。由于離合器使用年限較長(zhǎng),整體結(jié)構(gòu)已發(fā)生變形,同軸度、平行度等關(guān)鍵公差等已偏離要求范圍,更換電磁線圈和摩擦片均已無(wú)法消除打滑現(xiàn)象。針對(duì)上述問題,決定對(duì)壓下離合器整體進(jìn)行改造。下面,從離合器選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面介紹該技術(shù)的改造方案。
原摩擦離合器吸合后,由于兩端是柔性連接,滑差不可避免,因此決定采用剛性連接的離合器。剛性連接的離合器主要是嵌合式離合器,又分齒式離合器和牙嵌式離合器[1]。這類離合器傳遞轉(zhuǎn)矩大,無(wú)滑差,適用于低速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)下離合、不頻繁離合的工況。而氣壓操縱具有比較大的操縱力(0.4~0.8 MPa),離、合迅速,排氣無(wú)污染,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制簡(jiǎn)便[1]。最重要的是避免電氣跳電、電磁線圈發(fā)熱等問題,只需保證氣源穩(wěn)定、無(wú)泄漏就能保證離合器的正常運(yùn)行,非常符合2800 mm熱粗軋機(jī)的運(yùn)行工況。
目前氣動(dòng)齒式離合器技術(shù)已經(jīng)非常成熟,且運(yùn)用于各行各業(yè)。如國(guó)內(nèi)某中厚板粗軋機(jī)和某二輥軋機(jī)壓下系統(tǒng)原來(lái)采用電磁摩擦離合器,后改用氣動(dòng)齒式離合器,改造效果良好,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益??梢姎鈩?dòng)齒式離合器在軋機(jī)上已經(jīng)有了一定的運(yùn)用[2-3]。而我公司4300 mm軋機(jī)采用的也是氣動(dòng)齒式離合器,傳遞轉(zhuǎn)矩達(dá)到80 000 N·m,但在使用過(guò)程中,由于其齒形較大,經(jīng)常發(fā)生“打齒”現(xiàn)象(即吸合時(shí)齒與齒相對(duì),沒有嵌合)。而牙嵌式離合器的齒形較小,雖然傳遞的轉(zhuǎn)矩有所減少,但減少了“打齒”現(xiàn)象。
綜合多種因素考慮,最終確定了改造方案——采用氣動(dòng)牙嵌式離合器。
根據(jù)壓下電機(jī)銘牌得到電機(jī)主要參數(shù)如表1所示。
表1 壓下電機(jī)參數(shù)
由表1中的參數(shù)可以算出電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩:
查詢?cè)姶拍Σ岭x合器圖紙,其試驗(yàn)轉(zhuǎn)矩不小于300 kg·M。由于自身柔性連接的特性,電磁摩擦片離合器在超載時(shí)可打滑保護(hù)設(shè)備。而牙嵌式離合器是剛性連接,超載時(shí)會(huì)損壞設(shè)備,因此在選用離合器時(shí),轉(zhuǎn)矩容量需要放大。由相關(guān)公式可以算出離合器的轉(zhuǎn)矩容量:
式中:TC為離合器計(jì)算轉(zhuǎn)矩,選用離合器時(shí),額定轉(zhuǎn)矩不小于TC;K為工況系數(shù),冶金礦山機(jī)械離合器工況系數(shù)K=1.8~3.2 ,取中間值K=2.5;T為離合器的理論轉(zhuǎn)矩,對(duì)牙嵌式離合器,T為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。
通過(guò)上述分析及原離合器的安裝尺寸要求,最終選用了一款型號(hào)為BTC-800 的氣動(dòng)牙嵌式離合器,如圖2所示。
圖2 BTC-800氣動(dòng)牙嵌式離合器
該離合器的主要參數(shù)[4]如表2所示。
表2 BTC-800氣動(dòng)牙嵌式離合器主要參數(shù)
在額定氣壓0.6 MPa 下,離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩可達(dá)80 00 N·m,滿足轉(zhuǎn)矩要求。
根據(jù)原2800 mm熱粗軋?jiān)O(shè)計(jì)圖紙得到壓下裝置主要參數(shù),如表3所示。
表3 壓下裝置主要參數(shù)
離合器靜態(tài)吸合時(shí),發(fā)生“打齒”現(xiàn)象的概率極少;離合器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),齒受轉(zhuǎn)矩作用,又能錯(cuò)開嵌合。計(jì)算該情況下因錯(cuò)齒而導(dǎo)致的輥縫誤差:
與公司2800 mm 熱粗軋機(jī)的輥縫精度要求相比,0.0015 mm 的誤差可忽略不計(jì),滿足精度要求。
針對(duì)離合器的安裝方式以及原離合器的安裝尺寸,確定離合器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 離合器結(jié)構(gòu)
該結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成:左邊為離合器,由制造商提供成套產(chǎn)品,并根據(jù)公司提供的安裝尺寸加工內(nèi)孔;右邊為過(guò)渡法蘭,由公司根據(jù)原離合器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸設(shè)計(jì)。受原離合器安裝尺寸限制,軸向安裝距離較小,且因年限較長(zhǎng),安裝精度下降,因此過(guò)渡法蘭采用半鼓型齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)齒圈和外齒套組成,其特點(diǎn)是工作可靠、承載能力大且具備少量的補(bǔ)償性能,對(duì)于安裝精度要求也較低,滿足工況需求。
工作原理:內(nèi)齒圈通過(guò)外齒套與離合器從動(dòng)齒盤連接成一個(gè)整體,接通氣路后,活塞推動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒盤直至壓緊從動(dòng)齒盤且兩齒盤端面齒嵌合,實(shí)現(xiàn)離合器結(jié)合。切斷氣路后,驅(qū)動(dòng)齒盤在復(fù)位彈簧回復(fù)力作用下與從動(dòng)齒盤分離,端面齒脫開,離合器分離[4]。
針對(duì)離合器的氣動(dòng)響應(yīng)特性以及公司氣源情況,設(shè)計(jì)如圖4所示的氣動(dòng)系統(tǒng)。
圖4 離合器氣動(dòng)系統(tǒng)
公司的壓縮空氣壓力在0.4~0.5 MPa 之間波動(dòng),因此該氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置有氣動(dòng)增壓泵和儲(chǔ)氣罐,起增壓、穩(wěn)壓、保壓作用。壓縮空氣通過(guò)氣動(dòng)三聯(lián)件過(guò)濾、減壓后,送到氣動(dòng)增壓泵增壓,再通過(guò)減壓閥將壓力穩(wěn)定在0.55 MPa左右,并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中。儲(chǔ)氣罐上配置有安全閥,在達(dá)到設(shè)定壓力0.7 MPa時(shí)能迅速排空該系統(tǒng)內(nèi)的壓縮空氣,以保證設(shè)備安全。該離合器大多時(shí)間處于吸合狀態(tài),因此采用常開電磁換向閥,斷電吸合,通電脫離。在離合器進(jìn)氣口處安裝有壓力傳感器,實(shí)時(shí)檢測(cè)離合器氣缸的壓力,并設(shè)置低壓0.3 MPa和高壓0.6 MPa兩個(gè)報(bào)警點(diǎn)。
該氣動(dòng)系統(tǒng)具有增壓、穩(wěn)壓、保壓、過(guò)載保護(hù)、低壓、高壓報(bào)警等作用,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、便于維護(hù)。
改造后的離合器與原來(lái)的相比,結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、傳遞的轉(zhuǎn)矩更大,完全杜絕了軋制過(guò)程中摩擦式離合器打滑引起的跑偏現(xiàn)象。改造后2800 mm熱粗軋機(jī)的輥縫精度提高了,從源頭上改善了板形,為后續(xù)的加工工序提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。同時(shí),采用氣動(dòng)控制可排除電氣因素的干擾,穩(wěn)定性、可靠性提升了,保證了熱軋線的順利生產(chǎn),減少了廢品率和維護(hù)工作量,降低了生產(chǎn)成本,為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
針對(duì)現(xiàn)有2800 mm熱粗軋機(jī)壓下裝置存在的問題,通過(guò)改用氣動(dòng)牙嵌式離合器,增加壓下電機(jī)過(guò)載保護(hù)措施,既解決了以前更換摩擦片后需要至少半個(gè)月的磨合才能正常使用、制約了軋機(jī)穩(wěn)定高效生產(chǎn)的情況,又有效地防止了電磁摩擦離合器正常使用過(guò)程中單道次打滑位移小、多道次產(chǎn)生累積誤差較大、引起操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)輥縫不一致的問題。該技術(shù)很好地解決了因輥縫不一致而產(chǎn)生軋制跑偏現(xiàn)象,同時(shí)對(duì)軋制板形的控制起到了良好效果。
從離合器選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面介紹了該改造方案,對(duì)同類技術(shù)改造項(xiàng)目具有一定指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。