劉 博

（中國(guó)寶武太鋼集團(tuán)不銹冷軋廠， 山西 太原 030003）

0 引言

不銹鋼因其較高的耐蝕性及裝飾性而得到廣泛的應(yīng)用，尤其在醫(yī)療用具、食品工業(yè)用具、餐具、廚房用具等方面得到普及與推廣。太鋼冷軋廠2 號(hào)修磨機(jī)組生產(chǎn)的拋光板在電梯裝飾板、地鐵車(chē)廂裝飾板、冰箱面板等方面得到了廣泛的應(yīng)用。但振紋引起的表面缺陷，成了影響帶鋼表面的重要問(wèn)題。結(jié)合筆者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)探討修磨機(jī)振紋產(chǎn)生的原因，以及從設(shè)備維修方面提出對(duì)振紋的控制方法。

1 研究對(duì)象說(shuō)明

太鋼不銹冷軋廠2 號(hào)修磨機(jī)組是太鋼唯一的1 臺(tái)對(duì)冷軋退火酸洗后的不銹鋼成品鋼帶進(jìn)行拋光研磨的機(jī)組，可生產(chǎn)AISI NO.3 和AISI NO.4 等級(jí)表面的不銹鋼拋光板或發(fā)紋板。其主要配備開(kāi)卷機(jī)，焊機(jī)，2 臺(tái)下表面磨頭，4 臺(tái)上表面磨頭，發(fā)紋機(jī)，脫脂、卷取機(jī)以及修磨油過(guò)濾器等。磨頭，是該機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，由美國(guó)HILL ACME 公司生產(chǎn)。

作為拋光研磨的核心部件磨頭，就是利用砂帶的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)修磨或拋光帶鋼表面的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中擺動(dòng)輥、接觸輥、被壓輥垂直排列，偏導(dǎo)輥位于出入口側(cè)。

圖1 磨頭結(jié)構(gòu)

它的各個(gè)組成部分的功能說(shuō)明如下：

1）擺動(dòng)輥：在其驅(qū)動(dòng)側(cè)配有一擺動(dòng)氣缸，配合砂帶對(duì)中系統(tǒng)來(lái)控制擺動(dòng)輥往復(fù)擺動(dòng)，達(dá)到砂帶前后擺動(dòng)的目的。另外，擺動(dòng)輥兩端由大直徑立柱來(lái)支撐，通過(guò)其上下的運(yùn)動(dòng)來(lái)崩緊砂帶，通過(guò)其后部的氣缸運(yùn)動(dòng)來(lái)保證砂帶的張力恒定。當(dāng)砂帶張力變化時(shí)，氣缸就運(yùn)動(dòng)，直到產(chǎn)生的砂帶張力克服了氣缸內(nèi)氣體的壓力為止，氣壓維持砂帶的張力恒定，即使由于砂帶被拉長(zhǎng)而引起砂帶長(zhǎng)度的變化，張力也保持不變。鋼輥規(guī)格尺寸為Φ403 mm×1 473 mm。

2）接觸輥：其高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)砂帶高速運(yùn)動(dòng)來(lái)完成對(duì)鋼帶表面的修磨。接觸輥配有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，經(jīng)過(guò)V 帶傳動(dòng)接觸輥主軸，主軸帶動(dòng)接觸輥旋轉(zhuǎn)。接觸輥的操作側(cè)有一個(gè)向下?lián)u擺的軸承支撐架。這個(gè)支撐架在修磨的過(guò)程中確保穩(wěn)定支撐，向下?lián)u擺用于快速更換砂帶。膠輥規(guī)格尺寸為Φ216 mm×1 422 mm。

3）被壓輥：可以平行和橫向調(diào)節(jié)，其上下運(yùn)動(dòng)由液壓缸來(lái)完成，其上下運(yùn)動(dòng)可以使鋼帶產(chǎn)生傾角張力，以貼緊砂帶。依據(jù)磨削壓力可調(diào)節(jié)被壓輥軸承座，通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)控制。鋼輥規(guī)格尺寸為Φ203 mm×1 472 mm。

4）偏導(dǎo)輥：安裝在每臺(tái)修磨機(jī)的進(jìn)口端與出口端，其上下運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)可以使鋼帶產(chǎn)生0°～20°的傾角，傾角越大，帶鋼修磨程度越大，大的傾角用于修磨（如20°的傾角），而小的傾角用于拋光（如5°～10°的傾角），膠輥規(guī)格尺寸為Φ305 mm×1 370 mm。

5）砂帶自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)：當(dāng)修磨砂帶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一套氣動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)可以確保砂帶在一定控制范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。砂帶對(duì)中系統(tǒng)是利用一個(gè)可以產(chǎn)生壓力的“氣眼盒”來(lái)檢測(cè)砂帶的邊緣，當(dāng)砂帶在輥道上運(yùn)轉(zhuǎn)，其邊緣通過(guò)空氣噴射管和2 個(gè)銅片之間，當(dāng)砂帶位于中央時(shí)，砂帶就會(huì)擋住噴向后邊銅片的空氣，而不會(huì)擋住空氣對(duì)前面銅片的沖擊，前邊的銅片與一個(gè)常閉微動(dòng)開(kāi)關(guān)相聯(lián)，這個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出一個(gè)信號(hào)使一個(gè)氣動(dòng)電磁換向閥換向，使壓縮空氣進(jìn)入擺動(dòng)輥后部的氣缸內(nèi)，氣缸運(yùn)動(dòng)使擺動(dòng)輥向后擺動(dòng)，這樣砂帶就會(huì)向后運(yùn)動(dòng)，重新對(duì)中；一旦砂帶又重新對(duì)中，此時(shí)常閉微動(dòng)開(kāi)關(guān)又打開(kāi)，電磁閥不動(dòng)作，一個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)使托輥的后部復(fù)位，氣缸回到中間位置；如果砂帶向后運(yùn)功，空氣噴射到后邊銅片，使常閉微動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合，使氣動(dòng)電磁換向閥換向，氣缸運(yùn)動(dòng)使擺動(dòng)輥向前擺動(dòng)，從而確保砂帶在一定控制范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

2 振紋產(chǎn)生的原因

因?yàn)閽伖獍宥嘤糜谝恍┭b飾面板上，所以表面的缺陷對(duì)于鋼板來(lái)說(shuō)就成了致命缺陷。振紋，就是帶鋼表面出現(xiàn)一種明暗相間、與帶鋼運(yùn)動(dòng)方向垂直的條紋，是由板面振波由于對(duì)光的不同反射角度而引起的一種視覺(jué)現(xiàn)象[1]。

振紋的產(chǎn)生就是由于設(shè)備的振動(dòng)，通過(guò)與鋼板接觸的接觸輥傳導(dǎo)到鋼板表面，從而產(chǎn)生明暗相間的視覺(jué)效果。所以想要控制振紋，就是要控制設(shè)備的振動(dòng)。但是由于磨頭部分，包含機(jī)械、電氣、液壓和控制等多個(gè)組成部分的復(fù)雜系統(tǒng)，凡是能對(duì)系統(tǒng)造成沖擊或引起作用力變化的因素都可能導(dǎo)致振動(dòng)的發(fā)生[2-3]。

3 振動(dòng)排查和控制方法

振動(dòng)源的查找利用排除法來(lái)完成。具體分為以下幾個(gè)步驟：

1）降低機(jī)組運(yùn)行的線速度，如果振動(dòng)有改善，說(shuō)明被壓輥出現(xiàn)故障，可檢查輥?zhàn)虞S承是否良好、輥?zhàn)悠街倍?、輥軸兩端同軸度等。經(jīng)長(zhǎng)期的觀察，這種故障情況很少，并且可以通過(guò)換輥馬上排除故障。

2）單機(jī)空載旋轉(zhuǎn)時(shí)，可通過(guò)拆下砂帶比較振動(dòng)情況，如果振動(dòng)有改善，基本可以肯定是由于擺動(dòng)輥故障產(chǎn)生的，可主要檢查以下幾個(gè)方面：一是擺動(dòng)輥本體有故障的前提下，可檢查軸承是否良好。更換軸承或者更換輥?zhàn)蛹纯膳懦收稀６切弈ビ瓦M(jìn)入輥筒內(nèi)，擺動(dòng)輥高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于油液產(chǎn)生的附加離心力破壞了輥?zhàn)悠胶?，?huì)造成振動(dòng)。這種故障均是由于輥?zhàn)虞S頭油封損壞造成的，排出輥體中的油液，更換密封即可排除故障。三是擺動(dòng)輥的升降是為了保證砂帶的張力恒定，如果張力不恒定，也會(huì)帶來(lái)振動(dòng)。如圖2所示，擺動(dòng)輥A 是由氣缸B 拉動(dòng)齒條，由齒條驅(qū)動(dòng)齒輪，再由齒輪驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)輥兩端帶有齒條結(jié)構(gòu)的立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)升降的。所以想要保持張力恒定，必須保證氣缸無(wú)泄漏，并且氣源壓力穩(wěn)定。另外，還要檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)傳動(dòng)無(wú)卡阻。四是砂帶自動(dòng)對(duì)中時(shí)，擺動(dòng)輥擺動(dòng)沖擊過(guò)大，造成振動(dòng)。擺動(dòng)輥的擺動(dòng)是由一個(gè)裝在擺動(dòng)輥驅(qū)動(dòng)側(cè)的單作用氣缸與彈簧的結(jié)構(gòu)來(lái)完成擺動(dòng)的。這時(shí)可調(diào)整氣缸節(jié)流閥，降低擺動(dòng)的換向速度，以達(dá)到減小沖擊、減輕振動(dòng)的目的。

圖2 擺動(dòng)輥結(jié)構(gòu)

3）單機(jī)空載旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)拆下砂帶比較振動(dòng)情況，如果振動(dòng)沒(méi)有改善，可判斷是接觸輥故障產(chǎn)生的，可主要檢查以下幾個(gè)方面：一是如圖3 所示，接觸輥與主軸的連接是靠輥端的錐頭與主軸端的錐母緊密配合，才能使輥?zhàn)优c主軸同軸。如果同軸情況稍有偏差，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中就會(huì)引起振動(dòng)。所以錐體部分必須為50 號(hào)的7∶24 錐度體，并且錐度體結(jié)合面要有較小的粗糙度、較高的硬度。在每次更換接觸輥前都應(yīng)該用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)檢查接觸輥錐頭錐度，用干凈的布子擦拭外錐面，用風(fēng)管吹掃主軸內(nèi)錐母，保證無(wú)磨屑黏附后方可安裝。二是螺栓要有足夠的預(yù)緊力。足夠的預(yù)緊力，也是為了輥?zhàn)雍椭鬏S的錐度體有緊密的配合，從而防止振動(dòng)的產(chǎn)生。三是接觸輥操作側(cè)軸承型號(hào)是NU312ECM，NU 型號(hào)軸承是內(nèi)圈無(wú)擋邊滾子軸承，軸承滾動(dòng)體可以相對(duì)于軸承內(nèi)套在軸向方向移動(dòng)。這樣要求軸承內(nèi)套必須是過(guò)盈配合，安裝需熱裝，保證在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承內(nèi)套與輥軸無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該軸承為油霧潤(rùn)滑，必須保證潤(rùn)滑可靠，可通過(guò)觀察透明的油霧潤(rùn)管道中油霧的流動(dòng)情況，來(lái)判斷潤(rùn)滑量是否足夠。四是如圖4 所示接觸輥操作側(cè)軸承座與外側(cè)支撐必須同為60 號(hào)的7∶24 錐度體且螺栓鎖定可靠。五是傳動(dòng)皮帶恰當(dāng)?shù)膹埦o力，能夠起到過(guò)載保護(hù)和隔絕主電機(jī)振動(dòng)的作用。在修磨機(jī)拋光作業(yè)時(shí)，磨削力相對(duì)較小，可以適度減小張緊力。六是主軸操作側(cè)的徑向圓跳動(dòng)必須控制在0.03～0.05 mm 之間，傳動(dòng)側(cè)的徑向圓跳動(dòng)必須控制在0.10～0.15 mm 之間。這是由于前端軸承（7222）為兩盤(pán)背靠背安裝的角接觸軸承，可以用絲圈調(diào)整微量游隙。但后端軸承（N319）為外圈無(wú)擋邊的滾子軸承，該軸承游隙略大，且不能調(diào)整。如果跳動(dòng)量超過(guò)控制范圍要求，需要拆下主軸軸承箱，檢查軸及軸承有無(wú)磨損等的失效形式。軸承損壞，需一次性全部更換4 盤(pán)軸承，不能只更換失效軸承。主軸磨損，一般在前端軸承內(nèi)圈處，可使用熱輻射影響較小的激光焊堆焊，然后再磨削至原始尺寸，安裝后基本可以滿足圓跳動(dòng)需求。

圖3 接觸輥結(jié)構(gòu)

圖4 接觸輥潤(rùn)滑部位結(jié)構(gòu)

4）其他方面：同樣為了隔絕振動(dòng)，可以選用輥面為邵氏硬度55、接觸面為寬10 mm×10 mm、傾角45°的接觸輥。并在1 800 r/min 轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)平衡；鋼帶穩(wěn)定的張力，可以減少振動(dòng)的產(chǎn)生；修磨油的噴射壓力穩(wěn)定，噴射均勻。良好的潤(rùn)滑也可以減少振動(dòng)的產(chǎn)生；接觸輥主動(dòng)電機(jī)需要有較好的動(dòng)平衡，較小的振動(dòng)；為了提高軸承箱的裝配精度，裝配需采用定向裝配的方法，可參考車(chē)床主軸的裝配；軸承箱的軸承選用，需P5 及以上精度等級(jí)軸承。

4 對(duì)設(shè)備的改進(jìn)

1）因?yàn)樵新菟A(yù)緊力不足，操作工經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有振紋產(chǎn)生，這樣就需要重新緊固螺栓。針對(duì)這一設(shè)備的不足，研發(fā)人員設(shè)計(jì)了“修磨接觸輥鎖定裝置”，如圖5 所示。該設(shè)計(jì)選用M24×1215 的雙頭螺柱，M24×2RH 的液壓螺母（amtec H-9405）。利用液壓螺母+雙頭螺柱替代原有螺栓，用液壓頂力替代了傳統(tǒng)的扭力螺紋鎖緊，受力壓環(huán)產(chǎn)生軸向的頂緊力，實(shí)現(xiàn)了無(wú)耗件、低維護(hù)。另外，為減少高速運(yùn)轉(zhuǎn)下液壓螺母自身帶來(lái)的跳動(dòng)，在距離液壓螺母約20 mm 處專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)8 mm 寬凸起的小臺(tái)階，與軸承箱主軸孔緊密配合，在如此短距離下，由于液壓螺母的壓力很大，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下也可以讓液壓螺母與雙頭螺柱、軸承箱處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，最大限度地減少因自身重量造成的振動(dòng)。此裝置使接觸輥錐面與軸承箱主軸錐面配合更緊密，穩(wěn)定性更高，解決了原先由于螺栓松動(dòng)而引起的兩錐度配合軸線不共線的問(wèn)題，使振動(dòng)得到了有效控制。此裝置已經(jīng)在太鋼不銹冷軋廠2 號(hào)修磨機(jī)組的6 臺(tái)磨頭上安裝使用，使用后證明此裝置安全可靠，同時(shí)縮短了勞動(dòng)時(shí)間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和成材率。此裝置已于2013 年3 月獲得專(zhuān)利——《修磨接觸輥鎖定裝置》（專(zhuān)利號(hào)：ZL201220398675.2）。

圖5 改進(jìn)后的接觸輥裝置結(jié)構(gòu)

2）如圖6 所示，接觸輥的操作側(cè)有一個(gè)向下?lián)u擺的軸承支撐架。這個(gè)支撐架在修磨的過(guò)程中可以確保穩(wěn)定支撐，向下?lián)u擺用于快速更換砂帶。支撐架經(jīng)常需要拆裝，螺栓使用頻繁，使接觸輥軸承座的螺栓孔“脫扣”。針對(duì)這一問(wèn)題，研發(fā)人員對(duì)軸承座端蓋進(jìn)行了改造：如圖6 所示，用鑲套法對(duì)原有端蓋進(jìn)行了改造，在原有端蓋M24 孔位上擴(kuò)孔后攻一個(gè)M48 的內(nèi)絲。再另外加工一個(gè)內(nèi)絲為M24、外絲為M48 的高強(qiáng)度絲套。然后把絲套旋入端蓋，增加了絲扣的強(qiáng)度，加大了端蓋承受扭力，這樣端蓋螺栓就不會(huì)輕易產(chǎn)生松動(dòng)，外支撐架能夠與軸承座緊密配合，減少了振動(dòng)。本方案已經(jīng)在太鋼不銹鋼冷軋廠2 號(hào)修磨機(jī)組6 臺(tái)磨頭上投入使用，經(jīng)過(guò)歷時(shí)28 個(gè)月實(shí)際運(yùn)行，使用情況正常良好。

圖6 軸承支撐架

3）原有擺動(dòng)輥的擺動(dòng)缸為單作用缸，回程靠彈簧復(fù)位。復(fù)位時(shí)擺動(dòng)沖擊過(guò)大，會(huì)帶來(lái)額外的振動(dòng)沖擊，并且彈簧頻繁壓縮，經(jīng)常需要更換，頻繁地造成停車(chē)，嚴(yán)重影響了機(jī)組的生產(chǎn)效率。針對(duì)這一問(wèn)題，研發(fā)人員設(shè)計(jì)了“修磨機(jī)擺動(dòng)輥的驅(qū)動(dòng)裝置”，如圖7 所示。利用現(xiàn)有的安裝位置，制作支架和撥頭，把風(fēng)缸1 安裝在擺動(dòng)輥支撐座上方，利用原有風(fēng)缸2推出，用風(fēng)缸1 代替原有彈簧復(fù)位，實(shí)現(xiàn)純氣動(dòng)控制，取消了原有的彈簧，實(shí)現(xiàn)了無(wú)耗件、低維護(hù)。另外，在兩個(gè)風(fēng)缸的入口處增加了節(jié)流閥，可以方便地控制換向速度，減小了換向沖擊，降低了產(chǎn)生振動(dòng)的可能。此裝置已經(jīng)在太鋼不銹冷軋廠2 號(hào)修磨機(jī)組的6 臺(tái)磨頭上安裝使用，經(jīng)過(guò)使用后驗(yàn)證了此裝置安全可靠，同時(shí)能夠縮短勞動(dòng)時(shí)間，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量和成材率。

5 結(jié)論

通過(guò)長(zhǎng)期觀察、研究、試驗(yàn)，總結(jié)出了一套查找振紋和控制振紋的方法，并把此方法推廣使用以后，經(jīng)過(guò)了實(shí)際運(yùn)行效果驗(yàn)證，表明該方法可靠有效，減小了振動(dòng)，降低了振紋產(chǎn)生，滿足了冷軋廠2 號(hào)修磨機(jī)對(duì)拋光板生產(chǎn)的要求。主要的研究結(jié)論如下：

1）控制振紋，就是要控制設(shè)備的振動(dòng)。

2）控制接觸輥的振動(dòng)尤為關(guān)鍵。

3）日常維護(hù)時(shí)要注意每一個(gè)細(xì)節(jié)，每一個(gè)小的問(wèn)題都有可能匯集成大問(wèn)題。