薄板橫切開(kāi)卷線中矯直機(jī)結(jié)構(gòu)探討

管 俊，蔣國(guó)美，吉素云

（江蘇亞威機(jī)床股份有限公司，江蘇 江都 225200）

薄板橫切開(kāi)卷線中矯直機(jī)結(jié)構(gòu)探討

管 俊，蔣國(guó)美，吉素云

（江蘇亞威機(jī)床股份有限公司，江蘇 江都 225200）

介紹下動(dòng)式6重矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。機(jī)器具有多組支撐輥獨(dú)立精確調(diào)整及快速換輥功能，有效提高了開(kāi)卷線的作業(yè)率和帶材平直度。

機(jī)械制造；結(jié)構(gòu)；矯直機(jī)；橫切開(kāi)卷線

1 前言

隨著鋼材配送業(yè)和高端鈑金業(yè)的發(fā)展，用戶對(duì)橫切開(kāi)卷線定尺剪切帶材的平直度有更高的要求，這一趨勢(shì)在薄板開(kāi)卷線中尤為明顯。輥式板帶矯直機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)矯直機(jī)）用來(lái)消除帶材的波浪彎和瓢曲等板形缺陷，是橫切開(kāi)卷線中的關(guān)鍵設(shè)備。目前，開(kāi)卷線中使用的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)矯直機(jī)已不能適應(yīng)這種要求，它們主要存在以下缺點(diǎn)：矯直機(jī)的整體剛性差；矯直輥輥徑大導(dǎo)致矯直時(shí)板材的塑性變形滲透率不夠；支撐輥組數(shù)少，支承輥高度調(diào)整沒(méi)有精密的位移傳感器和反饋系統(tǒng)，使支承輥調(diào)整對(duì)消除板形缺陷的目標(biāo)性不強(qiáng)；換輥困難費(fèi)時(shí)。

為此，研制了新系列矯直機(jī)，本文以寶鋼某配送中心使用的3×1800十七輥下調(diào)式6重矯直機(jī)為例，闡述了這一系列矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能，并提出了矯直機(jī)今后的發(fā)展方向。

2 參數(shù)和結(jié)構(gòu)

2.1 主要參數(shù)

薄板橫切開(kāi)卷線加工的帶材厚度一般為0.5mm～3.0mm。在確定矯直機(jī)的主要參數(shù)輥徑和輥距時(shí)，既要滿足矯直最大厚度帶材時(shí)矯直輥的強(qiáng)度要求，又要滿足最小厚度帶材矯直效果的要求，以及連接矯直輥的萬(wàn)向聯(lián)軸器的強(qiáng)度和軸頸強(qiáng)度。此矯直機(jī)的矯直輥輥徑為50mm，輥距為54mm。相應(yīng)配置了七組支承輥。萬(wàn)向聯(lián)軸器用漸開(kāi)線花鍵聯(lián)接。

2.2 主機(jī)結(jié)構(gòu)（圖1）

下調(diào)式矯直機(jī)通過(guò)抬起或降低下矯平輥來(lái)改變輥縫，輥縫的數(shù)值由下橫梁的直線位移傳感器精確顯示，并自動(dòng)采集到PLC中，由電機(jī)減速機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，固定在下橫梁上的螺母使下橫梁上升或下降。矯直機(jī)的底座為封閉的箱型結(jié)構(gòu)焊接件，里面為潤(rùn)滑油池，蝸輪蝸桿浸在油中，滾動(dòng)軸承也能得到良好的潤(rùn)滑，提高了蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率，降低了磨損，延長(zhǎng)了壽命，傳動(dòng)噪聲也明顯下降。因此，這種矯直機(jī)具有強(qiáng)大的在線壓下能力，通過(guò)兩組電機(jī)減速機(jī)的傳動(dòng)裝置分別調(diào)整矯直輥入口側(cè)和出口側(cè)的輥縫，所有調(diào)整值可根據(jù)待矯帶材的原始狀態(tài)預(yù)先在PLC中設(shè)定。運(yùn)行過(guò)程中操作者根據(jù)帶材的板形缺陷分別抬起或降下各組支承輥，以獲得理想的矯直效果。

調(diào)整矯直輥的輥縫時(shí)，四根螺桿頂端的球頭及下橫梁兩端的半圓塊起自位調(diào)節(jié)作用。螺桿球頭與球頭座補(bǔ)償了下橫梁傾斜角度的變化，而且球頭座頂面與下橫梁支承面之間有多組滾針和平直保持架組件，允許在下橫梁傾斜角度變化時(shí)球頭座與下橫梁在水平方向上有相對(duì)位移。這種滾針平面導(dǎo)軌既有較大的承載能力，又有極低的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，潤(rùn)滑也很簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是球頭座與下橫梁之間是滑動(dòng)平面支撐，在巨大的矯直力作用下靜滑動(dòng)摩擦阻力將阻止它們的相對(duì)水平位移，從而導(dǎo)致螺桿彎曲變形，造成螺桿與螺母之間摩擦轉(zhuǎn)矩劇增，不但加快磨損，甚至產(chǎn)生咬死。另外，這種平面滑動(dòng)支承潤(rùn)滑困難，在矯直力作用下根本無(wú)法形成油膜。

圖1 主機(jī)結(jié)構(gòu)

矯直輥在矯直時(shí)不僅承受帶材彈塑性變形產(chǎn)生的徑向壓力，還承受由于帶材瓢曲部位的不同，下支撐輥進(jìn)行不同高度的調(diào)整時(shí)所產(chǎn)生的軸向力。因此，矯直輥兩端采用滾針軸承，傳動(dòng)端還有兩個(gè)方向的推力軸承予以軸向定位。

中間輥沒(méi)有軸承定位，允許在矯直輥軸承座的端面之間軸向浮動(dòng)。中間輥兩端有端套，端套通過(guò)滾動(dòng)軸承裝在中間輥端軸頸上。中間輥浮動(dòng)到端套與軸承座端面接觸時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。考慮到矯直輥上可能粘附上帶材表面的污物，在中間輥上車(chē)出對(duì)稱(chēng)的左右旋向的螺紋槽，以利于污物排出。

與傳統(tǒng)的支承輥結(jié)構(gòu)不同，我們采用的支承輥實(shí)際上是心軸兩端固定支承的滾柱軸承單元，兩側(cè)有密封。它的承載能力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此，具有更長(zhǎng)的使用壽命。支承輥的外圓表面為鼓形，可使軸承受力均勻，也不會(huì)損傷中間輥。當(dāng)用戶不允許支承輥采用普通的油或脂潤(rùn)滑方式時(shí)，可采用油氣潤(rùn)滑。

為提高矯直機(jī)的整機(jī)剛性，四根拉桿直徑加大，并加熱預(yù)緊。四根螺桿也加大了直徑，并采用鋸齒形螺紋。因此，矯直機(jī)的整機(jī)綜合變形小于0.3mm。

為了改善帶材進(jìn)入矯直機(jī)的咬入條件，在矯直機(jī)前設(shè)置有一對(duì)夾送輥。夾送輥的輥徑遠(yuǎn)大于矯直輥輥徑，兩個(gè)夾送輥均為包聚氨酯的主動(dòng)輥，增大了摩擦力。夾送輥的線速度略小于矯直輥的線速度，帶材在夾送輥與矯直輥之間產(chǎn)生一定的張力，形成微張力矯直，有利于矯直質(zhì)量的提高。另外，夾送輥的存在使帶材在進(jìn)入矯直機(jī)后不容易跑偏。

2.3 支承輥的調(diào)整和顯示

對(duì)于不同板形的帶材，矯直輥往往需要調(diào)成不同的輥形。矯直波浪彎曲的帶材要求矯直輥輥形為一直線；矯直瓢曲的帶材要按瓢曲的具體情況來(lái)確定矯直輥的輥形，或中間凸起，或中間凹下，或一邊凸起一邊凹下。這就要求對(duì)各組支承輥的高度分別進(jìn)行不同的調(diào)整，使矯直輥按預(yù)定的曲線彎曲。此系列矯直機(jī)的支承輥交錯(cuò)布置，支承輥輥徑近似等于兩倍的矯直輥輥徑，卷料寬度大于等于1600mm的矯直機(jī)共有7組支承輥，最外側(cè)的兩組支承輥在出廠前已調(diào)好，使用過(guò)程中一般不調(diào)，以防止破壞矯直輥的滾動(dòng)軸承。

為了操作者便于調(diào)整矯直輥的輥形，中間5組支承輥的調(diào)整值用顯示屏直觀的顯示出來(lái)（圖2）。顯示屏上每一組支承輥的調(diào)整量和實(shí)際位置都有顯示，調(diào)整精度為0.01mm。通過(guò)與5組支承輥下面擺桿連接的直線位移傳感器采集數(shù)據(jù)，PLC通過(guò)直線位移傳感器采集的數(shù)據(jù)來(lái)確定各組支承輥的當(dāng)前位置。顯示屏數(shù)值框中顯示各組支承輥當(dāng)前位置的數(shù)值,表示每組支承輥當(dāng)前的具體位置。

PLC根據(jù)當(dāng)前輸入程序的要求，將給定的信號(hào)與反饋的信號(hào)進(jìn)行比較，得到輸入信號(hào)的數(shù)字量，將此數(shù)字量輸入PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)，電機(jī)控制系統(tǒng)控制支承輥的調(diào)整動(dòng)作。通過(guò)直線位移傳感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集采用定時(shí)方式。數(shù)據(jù)通過(guò)PLC的比較和運(yùn)算，得到反饋值Up，將Up值與給定信號(hào)U值比較，當(dāng)差值Δu達(dá)到系統(tǒng)要求時(shí)，表示該組支承輥已達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值，則停止此程序操作，支承輥調(diào)整完成（圖3）。

圖2 顯示屏

圖3 支承輥調(diào)整框圖

支承輥還有快速歸零功能,當(dāng)操作者完成了快速換輥，或是為防止累計(jì)誤差，對(duì)支撐輥進(jìn)行整體歸零。支承輥將自動(dòng)先返回下限位,進(jìn)行位置確認(rèn),然后回到各組支承輥處于同一水平位置,進(jìn)行歸零動(dòng)作。

調(diào)整時(shí)，如果板形的缺陷是對(duì)稱(chēng)的，程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算出適當(dāng)?shù)妮佇窝a(bǔ)償量，并自動(dòng)調(diào)整到設(shè)定位置。如果板形的缺陷是非對(duì)稱(chēng)的，每組支承輥的調(diào)整量將各不相同，操作者必須憑自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定各組支承輥的調(diào)整量。顯示屏上各組支承輥的位置的直觀顯示有助于操作者及時(shí)作出迅速調(diào)整。

各組支承輥的允許調(diào)整量是不同的，中間一組支承輥?zhàn)畲笤试S調(diào)整量為1.5mm，兩側(cè)支承輥的允許調(diào)整量逐漸減小。每組支承輥調(diào)整裝置上均有上下兩個(gè)電氣限位開(kāi)關(guān)，保護(hù)矯直輥兩側(cè)軸承不受破壞。為了防止電氣元件失靈，還設(shè)置了機(jī)械保護(hù)裝置來(lái)保護(hù)矯直輥的軸承。矯直輥的軸承處用碟簧使其有一定的浮動(dòng)量。有了這樣的雙重保護(hù)措施，即使出現(xiàn)調(diào)整量過(guò)大的操作失誤，也不會(huì)造成矯直輥或軸承的損壞。

2.4 快速換輥裝置

在高生產(chǎn)率的橫切開(kāi)卷線中，為了提高機(jī)組的作業(yè)率，減少輔助時(shí)間，要求矯直機(jī)具有快速更換矯直輥系的功能，便于加工不同厚度的帶材。用于不銹鋼的開(kāi)卷線為了便于清潔輥面，保證不銹鋼產(chǎn)品的表面質(zhì)量，也要求快速換輥。具有快速換輥功能的矯直機(jī)在國(guó)外已有多年歷史，國(guó)內(nèi)近年來(lái)進(jìn)口的橫切開(kāi)卷線中也有一些矯直機(jī)有此功能。

本系列矯直機(jī)配置了快速換輥裝置。上橫梁上的上支承輥在出廠前已經(jīng)調(diào)好，作為基準(zhǔn)在以后使用過(guò)程中不再調(diào)整。上矯直輥、中間輥和上支撐輥系統(tǒng)安裝在一塊平板上，此平板用螺釘和定位銷(xiāo)固定在上橫梁上。傳統(tǒng)的下支撐輥調(diào)整裝置是通過(guò)斜鍥使一組支承輥平行的上下垂直移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)矯直輥輥形的調(diào)整，這種結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致快速換輥裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。本系列矯直機(jī)是將支承輥與調(diào)整機(jī)構(gòu)分離，每一組支承輥的支座前后兩端用拉桿和碟簧支承在平板上，支座的中間部分落在平板的長(zhǎng)孔中，其下支撐面與下橫梁上的擺桿接觸。擺桿前端為擺動(dòng)支點(diǎn)，后端有方孔。電動(dòng)推桿推動(dòng)偏心軸上的杠桿使偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心軸軸頸套有方形滑塊，滑塊位于擺桿的方孔中,從而使擺桿作上下擺動(dòng),支承輥支座隨之升降。通過(guò)擺桿方孔附近的直線位移傳感器發(fā)出的信號(hào)顯示這一組支承輥的高度調(diào)整位置。上述電動(dòng)推桿、偏心軸和擺桿等都固定在下橫梁上。擺桿的上支撐面在左右方向上加工成大圓弧面，支承輥在改變矯直輥輥形時(shí)能自動(dòng)調(diào)心定位，不會(huì)損傷中間輥的輥面。

換輥時(shí)，先將上下矯直輥傳動(dòng)端與萬(wàn)向聯(lián)軸器脫開(kāi)，然后將下橫梁上升，直到上下矯直輥接近接觸。這時(shí)將裝有上輥系的平板上的螺釘卸下，上輥系落在下矯直輥上。再將下橫梁下降一定高度，這時(shí)固定有下輥系的平板的前后兩端12個(gè)輥輪落在矯直機(jī)機(jī)架兩邊的導(dǎo)軌上，而不再隨下橫梁下降，下支撐輥支座與其調(diào)整機(jī)構(gòu)分離。下橫梁則繼續(xù)下降至下死點(diǎn)。把換輥小車(chē)移到矯直機(jī)側(cè)面，操作者可以輕松的將輥盒從側(cè)面拉出放到小車(chē)上。再把更換的輥盒推入矯直機(jī)，以相反的順序重復(fù)以上操作，完成換輥過(guò)程。整個(gè)換輥過(guò)程大概需要25min～30min。

3 發(fā)展自動(dòng)精密矯直機(jī)的設(shè)想

在帶材矯直過(guò)程中，矯直機(jī)各項(xiàng)工藝參數(shù)的選擇是決定矯直質(zhì)量的關(guān)鍵。實(shí)際生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)至今只能依賴(lài)操作人員通過(guò)肉眼對(duì)帶材板型的持續(xù)觀察，憑個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，因此，很難進(jìn)一步提高帶材的矯直平直度和矯直機(jī)的自動(dòng)化程度。

在國(guó)外，隨著帶材冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，帶材的板型檢測(cè)方法已從接觸式檢測(cè)發(fā)展到非接觸式檢測(cè)，近年來(lái)已有多家公司生產(chǎn)激光板型檢測(cè)儀，能對(duì)高速運(yùn)動(dòng)中的帶材實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋板型的三維信息。在2008年漢諾威國(guó)際金屬板材加工技術(shù)展覽會(huì)上德國(guó) UNGERER，SUNDWIG公司和美國(guó)BRADBURY公司展示的自動(dòng)矯直機(jī)都配置了板型檢測(cè)儀，對(duì)板型檢測(cè)并自動(dòng)調(diào)整有關(guān)工藝參數(shù)，獲得良好的板材平直度。

目前，無(wú)論是停剪線或飛剪的橫切開(kāi)卷線，其運(yùn)行速度一般都在120m/min左右，遠(yuǎn)低于冷軋機(jī)組的軋制速度，因此，橫切開(kāi)卷線上的矯直機(jī)對(duì)板型檢測(cè)儀的要求可以相應(yīng)降低?？梢灶A(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，無(wú)論是技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上完全有可能把板型檢測(cè)儀應(yīng)用到本系列矯直機(jī)上。同時(shí)，開(kāi)發(fā)帶材矯直專(zhuān)家系統(tǒng)。這樣的矯直機(jī)不但能獲得更高的矯直精度，而且提高了操作的自動(dòng)化程度，不需要依賴(lài)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的熟練操作人員，成為真正的自動(dòng)精密矯直機(jī)。這種自動(dòng)精密矯直機(jī)不僅可以用在高檔薄板橫切開(kāi)卷線中，而且可以用于矯直各種單張板材，尤其是一些高強(qiáng)度板、彈簧鋼板、沖壓件等，具有廣闊的市場(chǎng)。

[1] 孫一康，等.冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 厲長(zhǎng)云,等.薄鋼板矯直專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì).沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003，（4）.

[3] 王快社，等.板形檢測(cè)控制新方法.重型機(jī)械，2004，（5）.

[4] 李 彪，等.帶鋼平直度儀測(cè)量原理及應(yīng)用.自動(dòng)化與儀器儀表，2004，（2）.

[5] 劉 凱，等.板材矯直機(jī)智能控制及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010-05.

[6] 原加強(qiáng).輥式校平機(jī)的一種新型傳動(dòng)方式.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（5）:45-47.

The structure of straightener in a cut-to-length line for thin sheet metal

GUAN Jun，JIANG Guomei，JI Suyun

（Jiangsu Yawei Machine-tool Co.，Ltd.，Jiangdu 225200，Jiangsu China）

The structural characteristics of lower-active six-lay straightener have been introduced.Many groups of back-up roller can be adjusted accurately and changed quickly.The productivity of the cut-to-length line has been improved and the sheet flatness has been increased.

Structure；Straightener；Cut-to-length line

TG385.5

B

1672－0121(2011)03－0031－03

2011-01-17

管 ?。?977-），女，工程師，從事板材加工設(shè)備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)