冷軋鋁板卷材邊部吸油技術(shù)應(yīng)用

摘要：文章通過應(yīng)用科恩達效應(yīng)原理對設(shè)備進行改造，使用其大流量吸風(fēng)的作用，將板帶邊部攜帶的軋制油吸走，防止板帶兩邊的軋制油在鋁卷存放時擴散到鋁卷的板面內(nèi)，從而有效保證板材表面質(zhì)量，為公司節(jié)省了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：邊部帶油；空氣放大器；特種吸油裝置；PLC；電動滑臺

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0033-03

1 設(shè)備改造的必要性

1.1 設(shè)備改造前存在的問題

在冷軋機軋制時，軋機本身的吹掃系統(tǒng)能將板帶上、下表面的軋制油吹掃干凈，但是在板帶兩邊的厚度上所含有的軋制油無法吹掃干凈，該處軋制油在鋁卷存放時，由于毛吸作用擴散，會造成板帶邊部30～100mm的板面帶油，形成油斑，如在退火前不進行清洗，退火后就會形成油斑，造成板帶表面質(zhì)量缺陷，為避免該質(zhì)量缺陷就增加了一道清洗工序，增加了生產(chǎn)成本和延長了交貨時間。如果清洗不干凈，退貨后形成了油斑，就需要將該部分切邊切除，造成成品率下降或無法滿足合同寬度要求，其后果不言而喻。

1.2 設(shè)備改造原理

為適應(yīng)公司發(fā)展的要求，我們在冷軋廠2#軋機出口安裝了一套邊部吸油裝置，吸走板面吹掃不能解決的板帶厚度所含有的板帶兩邊的軋制油，防止板帶兩邊含帶的軋制油在鋁卷存放時擴散到鋁卷的板面內(nèi)。具體操作如下：板帶兩邊都要安裝吸油裝置，吸油裝置安裝在由伺服電機驅(qū)動的滑臺上。正常工作時，操作工在操作畫面上輸入軋制板帶的寬度規(guī)格，待穿帶完成建立張力后，檢查邊部是否平穩(wěn)，沒有毛刺和邊部波浪在許可的范圍內(nèi)，操作工將滑臺按鈕打到伸出位置，兩邊的伺服電機同時動作，根據(jù)之前操作工輸入的板帶寬度，自動調(diào)整行程，將吸油裝置深入到板帶的邊部進行吸油操作，當(dāng)一卷板帶即將完成軋制后，操作工將按鈕打到縮回位置，伺服電機驅(qū)動滑臺縮回到原始位置；由于在軋制過程中可能會發(fā)生斷帶，為了保護板帶以及除油設(shè)備，需要與軋機的斷帶信號做連鎖，當(dāng)檢測到斷帶后，伺服電機帶動的滑臺迅速縮回到原始位置，防止損壞設(shè)備。

2 空氣放大器的工作原理及特點

邊部吸油裝置的核心部件為空氣放大器，空氣放大器是利用流體力學(xué)的科恩達效應(yīng)原理，通過輸入小量的工業(yè)壓縮空氣，它會帶動周圍的空氣，在一端高速輸出大量的低壓氣流，空氣流量能放大到25倍。

2.1 空氣放大器原理

1.環(huán)形腔；2.可調(diào)環(huán)形槽；3.發(fā)生科恩達效應(yīng)的剖面；4.外界氣體；5.固定環(huán)（可調(diào)空氣放大器）

圖1 空氣放大器原理圖

當(dāng)壓縮空氣通過空氣放大器0.05～0.1mm的環(huán)形窄縫后向左側(cè)噴出，通過科恩達效應(yīng)原理及空氣放大器特殊的幾何形狀，右側(cè)最大25倍的環(huán)境空氣可被吸入，并與原始壓縮空氣一起從空氣放大器左側(cè)吹出。

2.2 空氣放大器的特點

（1）無運動部件，安全。（2）只須加一個有效的過濾裝置，無需維護。（3）工作時沒有噪音。（4）孔不會堵塞。（5）輸出氣量由供氣量調(diào)解。（6）即時停止或啟動。（7）無起火的危險。（8）無電氣干擾。（9）入口和出口都可安裝輸送管，吸入新鮮空氣，從而移除煙氣或輸送輕質(zhì)物料。

3 邊部吸油裝置的組成及各部位的作用

根據(jù)滑臺尺寸與現(xiàn)場平臺情況，改造現(xiàn)有的平臺，先將平臺兩端的上平面開一條邊部吸油裝置移動用的長條孔，兩端筋板開一方孔，然后在平臺下方做一個滑臺支架，便于安放滑臺。邊部吸油裝置的吸嘴組件是由3個空氣放大器組裝在一起，然后在板帶邊部吸油處安裝上特制的尼龍?zhí)捉M成吸油裝置，吸嘴支架制作成“工”字型，這樣就可以在平臺縫隙中帶動吸嘴組建來回滑動，吸嘴與吸嘴支架之間是通過一塊強磁鐵連接的，當(dāng)發(fā)生鋁板斷帶或其他異常情況時，可能會碰撞到吸嘴，此時吸嘴會被撞開，與吸嘴支架分離，這樣整套機構(gòu)就不會損壞。在滑臺電機部分，將制作一件滑臺保護罩，保護罩做成可拆卸方式，方便檢修，并滿足防爆要求。

高壓氣源通過一根1寸鋼管引到整個裝置附近，在鋼管上安裝一個手動球閥、一個三聯(lián)體和一個電磁控制閥，便于設(shè)定高壓壓縮空氣壓力和供氣條件。高壓壓縮空氣通過一根Φ16氣管連接到一個四通接頭上，再通過四通接頭連接到3個氣嘴上，3個氣嘴的出氣孔用一根30膠管連接，將廢氣和油導(dǎo)流到平臺下面，防止油氣反濺到帶材表面。

邊部吸油裝置的機械示意圖如圖2所示：

4 電氣控制系統(tǒng)

4.1 電氣控制系統(tǒng)的組成及控制原理

電氣控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、定位模塊和伺服系統(tǒng)組成。觸摸屏用來完成操作人員輸入?yún)?shù)、控制命令和顯示設(shè)備狀態(tài)；PLC用來控制設(shè)備的動作；定位模塊用來控制伺服電機動作；伺服系統(tǒng)用來控制吸油裝置按照不同要求伸縮動作。觸摸屏及PLC、定位模塊均選用西門子產(chǎn)品，伺服驅(qū)動及伺服電機選用松下產(chǎn)品。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如

圖3所示：

該系統(tǒng)可實現(xiàn)控制伺服電機定長正、反旋轉(zhuǎn)，達到吸油嘴按板材寬度伸縮位置的精確控制。此方案采用西門子公司的位置控制模塊FM353來控制松下伺服驅(qū)動器，由FM353輸出給出位置指令脈沖串，直接發(fā)送到伺服輸入端，此時松下伺服工作在位置模式。在PLC程序中設(shè)定伺服電機旋轉(zhuǎn)速度，單位為（rpm），設(shè)伺服電機設(shè)定為1000個脈沖轉(zhuǎn)一圈。PLC輸出脈沖頻率=（速度設(shè)定值/6）×100（Hz）。假設(shè)該伺服系統(tǒng)的驅(qū)動直線定位精度為±0.1mm，伺服電機每轉(zhuǎn)一圈滾珠絲杠副移動10mm，伺服電機轉(zhuǎn)一圈需要的脈沖數(shù)為1000，故該系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量或者說驅(qū)動分辨率為0.01mm；PLC輸出脈沖數(shù)=長度設(shè)定值×10。

以上的結(jié)論是在伺服電機參數(shù)設(shè)定完的基礎(chǔ)上得出的。在計算PLC發(fā)=出脈沖頻率與脈沖前，先根據(jù)機械條件，綜合考慮精度與速度要求設(shè)定好伺服電機的電子齒輪比，大致過程如下：

機械機構(gòu)確定后，伺服電機轉(zhuǎn)動一圈的行走長度已經(jīng)固定（如上面所說的10mm），設(shè)計要求的定位精度為0.1mm。為了保證此精度，一般情況下是讓一個脈沖的行走長度低于0.1mm，如設(shè)定一個脈沖的行走長度為如上所述的0.01mm，于是電機轉(zhuǎn)一圈所需要脈沖數(shù)即為1000個脈沖。此種設(shè)定當(dāng)電機速度要求為1200轉(zhuǎn)/分時，PLC應(yīng)該發(fā)出的脈沖頻率為20K。PLC可以發(fā)脈沖頻率為500kHz，完全可以滿足要求。有了以上頻率與脈沖數(shù)的算法后只需應(yīng)用PLC的相應(yīng)脈沖指令發(fā)出脈沖即可實現(xiàn)控制了。

4.2 操作原理

正常工作時，操作人員在觸摸屏上選擇帶材寬度，PLC根據(jù)帶材寬度計算出吸油裝置的位移量。操作人員按動啟動按鈕，伺服電機帶動絲杠正向轉(zhuǎn)動，推動吸油裝置伸向帶材。當(dāng)達到計算出的距離后，伺服電機停止，PLC打開高壓氣電磁閥，吸油裝置開始工作。當(dāng)帶材傳送完成或需要停止吸油時，操作人員按動停止按鈕，伺服電機帶動絲杠反向轉(zhuǎn)動，推動吸油裝置離開帶材回到原位。PLC接收主控PLC的帶材斷帶信號，當(dāng)斷帶信號出現(xiàn)后，PLC控制吸油裝置收回，防止損壞設(shè)備。

4.3 伺服電機參數(shù)設(shè)置與接線方式

圖4 位置控制模式控制信號接線圖

4.3.1 按照伺服電機驅(qū)動器說明書上的“位置控制模式控制信號接線圖”接線：pin3（PULS1）、pin4（PULS2）為脈沖信號端子，PULS1連接直流電源正極（24V電源需串連2K左右的電阻），PULS2連接控制器（如PLC的輸出端子）。

4.3.2 pin5（SIGN1）、pin6（SIGN2）為控制方向信號端子，SIGN1連接直流電源正極（24V電源需串連2K左右的電阻），SIGN2連接控制器（如PLC的輸出端子）。當(dāng)此端子接收信號變化時，伺服電機的運轉(zhuǎn)方向改變。實際運轉(zhuǎn)方向由伺服電機驅(qū)動器的P41、P42這兩個參數(shù)控制，pin7（com+）與外接24V直流電源的正極相連。pin29（SRV-0N），伺服使能信號，此端子與外接24V直流電源的負極相連，則伺服電機進入使能狀態(tài)，就是伺服電機已經(jīng)準備

好，接收脈沖即可以運轉(zhuǎn)。

上面所述的六根線連接完畢（電源、編碼器、電機線），伺服電機即可根據(jù)控制器發(fā)出的脈沖與方向信號運轉(zhuǎn)。其他的信號端子，如伺服報警、偏差計數(shù)清零、定位完成等可根據(jù)要求接入控制器構(gòu)成更完善的控制系統(tǒng)。

5 設(shè)備改造后經(jīng)濟效益分析

通過應(yīng)用科恩達效應(yīng)原理對設(shè)備進行改造，將該邊部吸油裝置安裝在我司2#冷軋機上，經(jīng)過運行達到了預(yù)期的效果，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益。改造后的設(shè)備各項指標均符合國家標準，安全可靠、經(jīng)濟運行；特種吸油裝置的運行清除了鋁卷邊部的軋制油，避免了存放過程形成油斑，減少了清洗工序，工作效率將大大提高，間接地降低了運行成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟效益；由于改造后的設(shè)備具有一定的節(jié)能效果，降低單位產(chǎn)量能耗，在節(jié)能減排過程中，能取得相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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[2] 秦大同，謝立陽.現(xiàn)代機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

作者簡介：馮勛寵（1979—），男，美鋁渤海鋁業(yè)有限公司機電工程師，研究方向：冷軋機維護、技改。