新型寬帶全密封刷洗機(jī)快速換輥裝置

艾小平

（上海歐達(dá)海威自動(dòng)化成套有限公司，上海 201704）

0 引言

在冶金冷軋生產(chǎn)線中，刷洗機(jī)的應(yīng)用相當(dāng)普遍，它主要用于熱軋板的酸洗、冷軋后的脫脂清洗、連續(xù)退火、連續(xù)鍍鋅（鍍錫、鍍鉻）和彩涂等涂層機(jī)組。刷洗機(jī)中的刷輥為易損件，需經(jīng)常進(jìn)行更換，更換周期一般為15d～20d。采用傳統(tǒng)的換輥方式每更換一次花費(fèi)的時(shí)間約為15min～35min，就算采用傳統(tǒng)的換輥小車快換裝置也需約8min才能更換完畢。而連續(xù)生產(chǎn)線的活套儲(chǔ)量一般只能供機(jī)組以最高速度運(yùn)行2min～3min（設(shè)計(jì)時(shí)最高工藝速度運(yùn)行2.5min），這樣勢(shì)必會(huì)造成機(jī)組降速甚至停機(jī)，影響了正常的作業(yè)率。本文就傳統(tǒng)刷輥更換裝置和新型刷輥更換裝置進(jìn)行了分析與比較，體現(xiàn)出新型刷輥更換裝置的優(yōu)勢(shì)和合理性。

1 傳統(tǒng)換輥裝置

刷洗清洗機(jī)的傳統(tǒng)換輥方法大致可分為吊具吊裝換輥和換輥小車換輥兩種型式，而吊具吊裝換輥又分為頂部吊裝換輥和側(cè)抽吊裝換輥。

1.1 頂部吊裝換輥

頂部吊具吊裝換輥為最早的老式結(jié)構(gòu)，采用該方式換輥時(shí)，需剪斷鋼帶并拆除傳動(dòng)聯(lián)軸器、擠干輥或刷輥機(jī)架上方的氣缸、升降機(jī)以及機(jī)架連接板等方可將舊輥和軸承座吊出。該方式的換輥很繁瑣，時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，由于換輥時(shí)刷輥無(wú)法使用但又無(wú)法停車，易造成產(chǎn)品質(zhì)量欠佳的結(jié)果。

1.2 側(cè)抽吊裝換輥

該方式較頂部吊裝換輥有所改進(jìn)，換輥時(shí)不需剪斷鋼帶，拆卸的部件也減少了，但因吊具“晃動(dòng)”會(huì)造成抽出和組裝時(shí)較困難，而且人員需要較多，時(shí)間較長(zhǎng)。該型式作業(yè)效率有所提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，在目前中低檔生產(chǎn)線中應(yīng)用較為廣泛。

1.3 換輥小車換輥

該方式較側(cè)抽吊裝換輥有所改進(jìn)，換輥時(shí)解決了因吊具“晃動(dòng)”造成的抽出和組裝困難，縮短了換輥時(shí)間，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。該型式作業(yè)效率較高，質(zhì)量穩(wěn)定，在目前中高檔生產(chǎn)線中應(yīng)用較為廣泛。

圖1為換輥小車的刷輥更換結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)型式已在合肥海爾和合肥淀川三涂三烘彩涂覆膜印花機(jī)組上得到應(yīng)用，除結(jié)構(gòu)的密封性（傳動(dòng)部位有漏水現(xiàn)象）不足外，其運(yùn)行和使用效果較佳。

圖1 換輥小車的刷輥更換結(jié)構(gòu)

2 新型全密封刷輥更換裝置

上海歐達(dá)海威自動(dòng)化成套有限公司在借鑒國(guó)外容克爾公司的窄帶刷洗清洗機(jī)組刷輥快速更換裝置的基礎(chǔ)上，開發(fā)了寬帶刷洗清洗機(jī)組刷輥快速更換裝置。

2.1 容克爾刷洗箱結(jié)構(gòu)

容克爾刷洗箱結(jié)構(gòu)如圖2所示，刷輥芯軸與傳動(dòng)裝置相連，一旦設(shè)備安裝調(diào)試完畢后，它是固定不動(dòng)的。

在生產(chǎn)過(guò)程中，由于刷輥會(huì)不斷地磨損，為彌補(bǔ)磨損量，容克爾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用手搖螺旋升降機(jī)調(diào)節(jié)托輥來(lái)進(jìn)行升降，使氣缸／油缸快速開合。

因該機(jī)組生產(chǎn)的是寬度為650mm的窄帶，托輥和刷輥的長(zhǎng)度較短，不必?fù)?dān)心刷輥和托輥的彎曲變形會(huì)造成操作側(cè)刷洗質(zhì)量欠佳的問(wèn)題。

圖2 容克爾刷洗箱結(jié)構(gòu)

2.2 新型寬帶全密封刷輥更換裝置

容克爾技術(shù)已基本突破了傳統(tǒng)換輥理念，但它只是適用于窄帶，本文價(jià)紹的新型結(jié)構(gòu)是在容克爾技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)升級(jí)后可使用在寬帶生產(chǎn)機(jī)組中的刷輥快換裝置。

2.2.1 新型密封結(jié)構(gòu)原理

在容克爾刷洗箱的鋼帶進(jìn)、出口，鋼帶上、下均安裝有刷排，能阻止大量液體飛濺出來(lái)，但還存在少量漏水現(xiàn)象。為解決該問(wèn)題，在進(jìn)、出口各增設(shè)1組密封輥（如圖3所示），且在下輥的底面設(shè)計(jì)有積液盤，可將少量飛濺出來(lái)的液體收集后重新流回箱內(nèi)，不至于流淌到地面，使刷洗箱達(dá)到了全密封效果。

圖3 密封輥結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 新型寬帶換輥結(jié)構(gòu)原理

本文討論的是1 250mm帶寬的寬幅帶鋼，因此，刷輥和托輥的彎曲變形會(huì)很大。

由材料力學(xué)可知，懸臂梁的撓度計(jì)算公式為：

其中：fB為懸臂梁的撓度，m；q為均布載荷的集度，N／m；l1為作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離，即窄帶刷輥的懸臂端到支點(diǎn)的距離，m；E為受力物體材料的彈性模量，Pa；I為受力物體截面形狀的慣性矩，m4。

由此不難看出，如仍采用容克爾懸臂結(jié)構(gòu)，除輥?zhàn)娱L(zhǎng)度外其余尺寸均不變，則生產(chǎn)寬幅帶鋼時(shí)的撓度是窄幅的16倍，這樣會(huì)造成操作側(cè)刷洗質(zhì)量欠佳。

為此我們擬將懸臂端增加頂尖托架，這樣就將其簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁。簡(jiǎn)支梁撓度計(jì)算公式為：

其中：f為簡(jiǎn)支梁的撓度，m；l2＝2l1，l2為寬帶和頂尖刷輥兩端支點(diǎn)的距離，m。

由式（2）可以看出，其撓度值只有懸臂梁的1／9.6，因此大大增強(qiáng)了芯軸及輥?zhàn)拥膭偠龋由闲据S結(jié)構(gòu)增設(shè)筋板，剛度進(jìn)一步提高，解決了刷洗質(zhì)量不佳的問(wèn)題。

托輥的頂尖結(jié)構(gòu)與刷輥相同。新型刷輥結(jié)構(gòu)總裝圖如圖4所示。

圖4 新型刷輥結(jié)構(gòu)總裝圖

頂尖托架起支撐頂尖的作用。圖5為下刷輥布置的頂尖托架結(jié)構(gòu)示意圖，上頂尖支撐托輥，因托輥需進(jìn)行調(diào)整，因此上頂尖應(yīng)能調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)頂尖應(yīng)與托輥分開，調(diào)整到位后方可重新投入。下頂尖支撐刷輥，因刷輥芯軸不動(dòng)，所以不需調(diào)節(jié)。

另外，該托架結(jié)構(gòu)為擺動(dòng)式，需調(diào)節(jié)托輥位置時(shí)，將“插銷”拔出，用手將頂尖托架拉開，頂尖與托輥或刷輥脫離，調(diào)整完畢后重新投入。

圖5 頂尖托架結(jié)構(gòu)示意圖

刷輥磨損到一定程度需更換，更換刷輥的步驟如下：①拔掉頂尖托架的插銷，手動(dòng)拉開托架，使頂尖脫離刷輥芯軸和托輥；②打開檢修門；③旋松鎖緊拼帽，并將其取掉；④拿出定位錐套；⑤將刷輥輥筒抽出，然后將已準(zhǔn)備好的新刷輥裝到刷輥芯軸上。裝配程序與拆卸刷輥相反。

2.3 各部件的結(jié)構(gòu)及功能

2.3.1 觀察門

觀察門主要由頂尖托架、活動(dòng)鉸鏈、箱體、檢修觀察門板、觀察窗口和快開門鎖等組成。

箱體密封液體，不讓噴淋管噴射的液體飛濺到外面；觀察窗口便于觀察刷輥和噴淋管的工作狀態(tài)；活動(dòng)鉸鏈和快開門鎖起支撐快速開閉觀察門的作用。

2.3.2 頂尖

頂尖的作用是避免刷輥高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)靠操作側(cè)一端劇烈晃動(dòng)，同時(shí)避免鋼帶對(duì)刷輥的反力使芯軸彎曲變形，從而影響刷洗質(zhì)量。

2.3.3 刷輥

刷輥結(jié)構(gòu)如圖6所示，刷毛及輥筒與常見(jiàn)的刷輥無(wú)差別，該結(jié)構(gòu)增加了兩塊定位導(dǎo)向的腹板，以確保刷輥拆裝能較順利地進(jìn)行。

圖6 刷輥結(jié)構(gòu)

為拆裝操作方便，應(yīng)盡量減輕刷輥筒的重量，因此推薦選用塑料輥筒。

2.3.4 刷輥芯軸

刷輥芯軸結(jié)構(gòu)如圖7所示，芯軸上的4塊筋板一方面起增加“剛度”的作用，另一方面和刷輥腹板一樣，起定位導(dǎo)向的作用。

尾部的錐形面部位起支撐刷輥輥筒的作用，同時(shí)能較好地保證芯軸與刷輥輥筒的同心度。

2.3.5 定位錐套和鎖緊拼帽

定位錐套便于拼帽旋緊時(shí)能自動(dòng)找正刷輥的中心，以保證刷輥輥筒與芯軸的同心度。鎖緊拼帽設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保刷輥在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中拼帽不松動(dòng)。

圖7 刷輥芯軸結(jié)構(gòu)

3 幾種刷輥快換裝置的比較

新型結(jié)構(gòu)密封性很好并便于觀察內(nèi)部的工作狀態(tài)，需拆裝的東西較少，更換周期短，只需約3min的時(shí)間。傳統(tǒng)方式需專用的換輥小車，密封性較差且不能觀察內(nèi)部的工作狀態(tài)，需拆裝的東西較多，更換周期長(zhǎng)，約需15min的時(shí)間。幾種換輥裝置具體的比較見(jiàn)表1。

表1 幾種刷輥快換裝置優(yōu)劣比較

通過(guò)表1的比較，充分說(shuō)明了新型刷輥快換裝置較傳統(tǒng)裝置更為合理，換輥更快捷，真正實(shí)現(xiàn)了不停機(jī)的在線換輥。

［1］ 劉鴻文.材料力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1983.

［2］ 周國(guó)慶.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.