13 000 kN 冷剪機氣路增壓系統(tǒng)應用研究

柯尊鳳

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司， 北京 100176）

直條棒材是按照定尺材交貨，因此需要將冷卻后的棒材剪切成定尺，并依次完成隨后的橫移過跨、落料收集、打捆、卸料等工序。目前，以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼為主的生產(chǎn)線綜合考慮小規(guī)格生產(chǎn)能力和大規(guī)格剪切斷面質(zhì)量，剪切定尺棒材通常采用2 臺砂輪鋸和1 臺冷剪機組成“剪—鋸組合”，既滿足小規(guī)格剪切能力，又充分考慮了大規(guī)格剪切斷面要求。砂輪鋸鋸切質(zhì)量非常好，但砂輪消耗快，生產(chǎn)成本過高，棒材生產(chǎn)廠并不十分愿意采用。冷剪機在剪切直徑25 mm 以上的圓鋼時，采用帶孔型的剪刃，可有效改善剪切斷面質(zhì)量。

對于中小規(guī)格棒材生產(chǎn)線而言，采用大剪切力的停剪既能滿足生產(chǎn)能力的需求，同時配以孔型剪刃，又能控制剪切斷面質(zhì)量，不失為低成本高收益的有效手段之一。因此這也成為了大噸位冷剪機占有市場的最大優(yōu)勢。

1 冷剪機離合器、制動器工作原理

目前，國內(nèi)常用冷剪機的型式是下剪刃固定不動，上剪刃沿剪機箱體的滑板上下運動完成剪切動作。其傳動裝置形式為電機與皮帶輪直聯(lián)，帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)儲存剪切所需要的能量，當需要進行剪切時，制動器脫開，離合器接合，飛輪驅(qū)動整個剪切系統(tǒng)并帶動剪切機構(gòu)進行剪切；剪切完成后，離合器脫開，制動器接合，制動器制動剪切系統(tǒng)和剪切機構(gòu)，使剪刃停在剪切初始位置，保證剪刃開口度，等待下一次剪切，離合器脫開后，電機常轉(zhuǎn)，繼續(xù)驅(qū)動飛輪，用以補充飛輪剪切時損失的能量。

離合器和制動器分別裝在冷剪機傳動軸的兩端，工作原理相同，均是靠壓縮空氣將氣囊充滿，使摩擦片緊貼內(nèi)齒盤，而內(nèi)齒盤通過花鍵與齒轂相聯(lián)，齒轂與傳動軸鍵聯(lián)接，最終實現(xiàn)力矩的傳遞。如圖1所示，摩擦片與離合器外殼為花鍵聯(lián)接，離合器外殼與飛輪緊固，飛輪常轉(zhuǎn)，帶動摩擦片常轉(zhuǎn)，當壓縮空氣從進氣口進氣充滿氣囊后，旋轉(zhuǎn)的摩擦片緊貼靜止的內(nèi)齒盤，內(nèi)齒盤將力矩通過齒轂傳遞給傳動軸，從而使傳動軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動整個軸系轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)剪切。

圖1 離合器結(jié)構(gòu)

2 國內(nèi)冷剪機氣路系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

從離合器和制動器的工作原理可看出，離合器和制動器的氣囊壓力非常關鍵，如果壓力過低或是壓力不穩(wěn)定，則摩擦片和內(nèi)齒盤產(chǎn)生相對滑動，導致摩擦片磨損加劇，通常摩擦片的材料為非金屬的膠木材料，若打滑嚴重，還會使摩擦片急劇發(fā)熱，導致摩擦片著火的不安全隱患。而在國內(nèi)，一般軋鋼車間的供氣壓力為4~6 bar，而冷剪離合器、制動器氣囊要求氣源壓力7±0.5 bar。目前常規(guī)的冷剪壓縮空氣氣路系統(tǒng)如上圖2 所示，蓄能器僅能起穩(wěn)定壓力的作用，并不能使空氣壓力增加，氣源壓力不足將導致氣動離合器和制動器的摩擦片發(fā)生相對滑動，使用壽命降低，生產(chǎn)廠的運營成本增加。也有一些生產(chǎn)廠意識到了氣源壓力不足的問題，采取了一些措施，目前常采用的解決方案有兩種：

1）將整個車間的壓縮空氣系統(tǒng)壓力提高，此方案僅因一個用戶點的壓力需求高，而將整個車間壓力提高，不但造成資源的浪費，而且車間壓力增高，也將會造成不安全的隱患。

2）在冷剪處增設一個空壓站，空壓站的初期投資也在十萬元以上，初期投資成本也較高，空壓站的日常維護費用也較高。

以上兩種解決方案都有其弊端，因此，只是個別廠家采用，并沒有被廣大生產(chǎn)廠所采納。

圖2 氣路系統(tǒng)

3 13 000 kN 冷剪機氣路系統(tǒng)

隨著國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展，棒材產(chǎn)品規(guī)格越來越大，優(yōu)特鋼生產(chǎn)線的需求也越來越多。國內(nèi)生產(chǎn)大規(guī)格棒材，現(xiàn)有冷剪剪刃開口度不夠，大規(guī)格棒材只能依靠鋸切，但鋸切噪音大，污染嚴重，且效率低，噸鋼成本高。與鋸切相比：冷剪一次可同時剪切多根棒材，剪切效率高；剪切大規(guī)格棒材，配孔型剪刃，剪切斷面質(zhì)量好；噪音小，污染少，噸鋼成本低，因此受到廣大用戶的青睞。基于此，中冶京誠工程技術(shù)有限公司自主研發(fā)了13 000 kN 冷剪機（如圖3 所示）來滿足大規(guī)格棒材的定尺剪切，其最大剪切力為13000kN，剪刃開口度為210 mm，可同時剪切多根Φ90 mm 的圓棒。與此同時，在進行13 000 kN 冷剪機研發(fā)時，針對氣路系統(tǒng)壓力不夠的問題，提出了一種新型的氣路增壓系統(tǒng)（如圖4 所示），從根本上解決了長期困擾生產(chǎn)廠家摩擦片壽命短的技術(shù)難題。

這種新型的氣路增壓系統(tǒng)，其特點是在壓縮空氣管路中加設增壓裝置和蓄能器，增壓裝置用于提高冷剪機制動器、離合器氣囊的工作壓力，蓄能器用于穩(wěn)定氣源的壓力。這種管路的設計和上述提到的兩種增加氣源壓力的方案比較，既能提高氣源壓力，又不會增加太多成本（該增壓系統(tǒng)成本不到萬元）。采用此種氣路增壓系統(tǒng)，有效的減少了摩擦片打滑，從而降低摩擦片的磨損量，使摩擦片的使用壽命至少提高2 倍以上，每年可為用戶節(jié)約摩擦片的備件成本幾十萬元。

圖3 13 000 kN 冷剪機

圖4 新型氣路增壓系統(tǒng)

這種新型的氣路增壓系統(tǒng)，其特征在于利用增壓裝置的增壓原理，在冷剪處于非工作狀態(tài)時，利用生產(chǎn)的間隙時間，將車間的壓縮空氣壓力提高。從而避免了因單點設備的工作壓力高而提高整個車間的氣源壓力的問題，合理降低項目的初期投資成本、永久降低生產(chǎn)的運營成本，這種新型的氣路增壓技術(shù)受到廣大生產(chǎn)廠的好評。

4 結(jié)語

中冶京誠工程技術(shù)有限公司自主研發(fā)的13 000 kN 冷剪機已成功應用于鞍鋼棒材生產(chǎn)線，新?lián)徜摰陌舨纳a(chǎn)線也即將投入使用。在當前鋼鐵企業(yè)的“微利”時代，中冶京誠工程技術(shù)有限公司所提供的冷剪機氣路增壓系統(tǒng)，初期投資不到萬元，但可使冷剪機的離合器和制動器摩擦片使用壽命提高至少2 倍以上，每年可為用戶節(jié)約摩擦片備件成本幾十萬元，受到了用戶的好評。同時，13 000 kN 冷剪機填補了國內(nèi)13 000 kN 冷剪機的空白，替代昂貴的進口冷剪機設備，也將為我國的鋼鐵企業(yè)節(jié)約初期投資成本；國產(chǎn)化的設備，也將降低鋼鐵企業(yè)的后期運營成本，可極大程度的利用國內(nèi)的社會資源。