淺析咬合成型鋼材捆扎液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭震宇，曾明波，鄒林

（寶武集團(tuán)韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

鋼材成品包裝是出廠前的最后工序，鋼材軋制后需包裝為定形包裝捆，鋼材打捆機(jī)是用于鋼材打捆包裝的機(jī)械設(shè)備，要求打捆機(jī)滿足捆扎力大等條件。目前僅少數(shù)大型企業(yè)引進(jìn)自動化鋼材打捆機(jī)，對鋼材打捆包裝大多采用人工鋼絲繞扎，包裝產(chǎn)品無固定形狀，降低我國鋼鐵產(chǎn)品國際競爭力。國外進(jìn)口鋼材捆扎機(jī)價格昂貴，目前未形成系列化打捆機(jī)研究，研發(fā)高質(zhì)量自動鋼材打捆機(jī)非常必要。

1 鋼材打捆機(jī)的研究

軋制生產(chǎn)是冶金企業(yè)生產(chǎn)最后程序，精整包裝是軋鋼生產(chǎn)的重要部分，為便于運(yùn)輸存儲，鋼材軋制后需包裝為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的定形包裝捆，鋼材打捆機(jī)不同于其他普通包裝捆扎機(jī)械，利用盤條等捆扎材料將螺紋鋼，帶鋼等捆扎方便儲運(yùn)。鋼材打捆機(jī)必須滿足捆扎材料強(qiáng)度高等要求，設(shè)計(jì)鋼材自動液壓打捆機(jī)，完成對集料裝置送來型鋼束的捆扎操作，根據(jù)包裝速度要求可選擇多臺打捆機(jī)打捆，提高自動化程度。打捆機(jī)成為精裝生產(chǎn)線的重要部分。打捆機(jī)由6臺車、3車體、2蕾絲機(jī)構(gòu)等組成。主要特點(diǎn)是臺體結(jié)實(shí)，泵源放在臺車后部；蕾絲機(jī)構(gòu)放在車體頂部，用雙并行油缸驅(qū)動，減小導(dǎo)軌與直線軸承承受偏載力。上下導(dǎo)絲槽成形油缸，避免抽絲中的死點(diǎn)，大部分液壓元件暴露于整體機(jī)構(gòu)表面。

打捆機(jī)是精裝工段自動化包裝核心設(shè)備，自60年代后各國開展對自動化打捆機(jī)的研制。如瑞典SundBrista公司研制不同型材打捆機(jī)，KNRA型用于棒材及盤條打捆。由捆扎機(jī)組、控制盤條給進(jìn)感應(yīng)器等組成；液壓機(jī)組包括油泵，壓力開關(guān)等；KNRA型打捆機(jī)性能指標(biāo)為捆扎時間9～14s。國內(nèi)打捆機(jī)發(fā)展起步較晚，建國初大部分軋鋼廠投入重點(diǎn)放在軋機(jī)，引進(jìn)先進(jìn)的軋鋼設(shè)備。

2 鋼材打捆機(jī)的設(shè)計(jì)方案

自動鋼管打捆機(jī)采用鋼帶為捆扎材料，打捆機(jī)頭驅(qū)動下完成送收帶等動作，防止鋼帶打滑松動，可編程控制器為控制單元。依據(jù)冶金部1998-02-02批準(zhǔn)對鋼管驗(yàn)收包裝質(zhì)量GB2102-88規(guī)定，鋼管采用捆扎成包交貨；每捆鋼管不超過5000kg；成捆鋼管一端放置整齊；外徑大于159mm鋼管可散裝交貨；短尺寸鋼管應(yīng)單獨(dú)包裝交貨。壁厚大于1.5mm不銹鋼管不少于2層麻袋緊密包裹。

全自動打捆機(jī)應(yīng)用不同直徑鋼管，具有自動化程度高，可在惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)?；谔厥鈶?yīng)用環(huán)境要求，提出參數(shù)設(shè)計(jì)要求鋼管捆緊力達(dá)20000N左右；高速送收帶速度1.42～2.0m/s；采用高強(qiáng)度鋼帶為捆扎材料；一次裝扣打捆200次以上；每個打捆循環(huán)工作時間≤20s，采用SINMENS STEP7300PPLC為系統(tǒng)控制器。自動打捆機(jī)包括打捆頭部件，立柱機(jī)架部件，蓄帶系統(tǒng)部件等。打捆頭1部件是打捆機(jī)系統(tǒng)核心部件，打捆頭升降部件2用于安裝打捆頭，考慮升降部件具有較大懸臂負(fù)載，實(shí)現(xiàn)打捆頭平穩(wěn)升降運(yùn)動。機(jī)架部件由立柱與底座組成，升降運(yùn)動執(zhí)行氣缸的安裝，承受打捆系統(tǒng)主要重量。鋼帶驅(qū)動由馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，氣馬達(dá)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)控制具有獨(dú)特優(yōu)勢；鋼扣送入咬扣單元，氣缸執(zhí)行導(dǎo)帶通路閉合等。

導(dǎo)帶通路在鋼帶運(yùn)動中總起到導(dǎo)向作用，打捆中鋼帶驅(qū)動必須準(zhǔn)確可靠，打捆機(jī)導(dǎo)帶通路設(shè)計(jì)影響打捆機(jī)工作可靠性，選擇合理的鋼帶驅(qū)動力尤為重要。導(dǎo)帶通路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，首先分析送帶過程鋼帶驅(qū)動力變化，分析鋼帶順暢通過導(dǎo)帶通路條件。打捆機(jī)前半部分為懸臂升降機(jī)構(gòu)，升降運(yùn)動由氣缸執(zhí)行。由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動頻繁影響平穩(wěn)性，直線導(dǎo)軌上半部分受拉，長期負(fù)載影響直線導(dǎo)軌使用壽命。氣缸控制運(yùn)動的機(jī)構(gòu)可采用平衡重量改進(jìn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動平穩(wěn)性。重量平衡法在許多設(shè)備中應(yīng)用較多，以準(zhǔn)平衡力平衡懸臂重量，可用較小控制力驅(qū)動懸臂重量。

蓄帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為解決打捆頭送帶同步問題，通常難以達(dá)到與蓄帶電機(jī)放帶同步，扯帶現(xiàn)象對設(shè)備產(chǎn)生很大破壞。蓄帶機(jī)構(gòu)作用是在送放帶中設(shè)置緩沖，蓄帶器由活動與固定繞帶輪組成，活動帶輪組具有重量，收回鋼帶靠活動帶輪組重力蓄會蓄帶器。蓄帶器安裝3個鋼帶檢測接近傳感器，缺帶為上位傳感器位置。

3 DK150型咬合型成形鋼材捆扎機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DK150型鋼材捆扎機(jī)采用美國SIGNODE公司制造M400N-114型捆扎機(jī)頭，根據(jù)鋼管生產(chǎn)流程，設(shè)計(jì)捆扎機(jī)垂移管捆頂面捆扎方式DK150型捆扎機(jī)，設(shè)備由立移橫梁部件、導(dǎo)帶槽軌部件、氣動面板部件等組成。機(jī)頭鎖扣件是完成送收帶等捆扎動作。DK150型鋼材捆扎機(jī)工作流程為鋼管捆扎，送抓帶與復(fù)位等。成形鋼材捆通過輸送輥道輸送到捆扎工位，到達(dá)設(shè)定距離后捆扎機(jī)頭貼近鋼材捆表面后停止。

鋼帶驅(qū)動摩擦輪驅(qū)動鋼帶正向軌圍繞成形鋼材1周，2層鋼帶重疊在扣結(jié)位置后送帶停止。送帶后捆扎機(jī)機(jī)頭鎖扣機(jī)構(gòu)進(jìn)入捆扎機(jī)頭剛帶頭。鋼帶驅(qū)動摩擦輪高速檔反向運(yùn)動，多余鋼帶被回收。氣馬達(dá)驅(qū)動摩擦輪低速檔反向運(yùn)動，成型鋼材捆抽緊后，在鋼帶重合處咬扣。捆扎機(jī)各執(zhí)行元件復(fù)位。DK150型鋼材捆扎機(jī)由氣馬達(dá)提供鋼帶驅(qū)動動力，直接帶動負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。鋼帶驅(qū)動中利用氣馬達(dá)優(yōu)點(diǎn)。為提高設(shè)備工作效率，氣馬達(dá)內(nèi)部具有氣動變速離合機(jī)構(gòu)，氣馬達(dá)變速通過氣動控制。由于捆扎機(jī)改造有抓帶動作，由雙行程氣缸分步動作實(shí)現(xiàn)。氣缸1的A口進(jìn)氣，氣缸2的CD口與大氣聯(lián)通，氣缸1活塞桿推動2向前運(yùn)動。打捆機(jī)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 打捆機(jī)工藝流程圖

DK150自動鋼材捆扎機(jī)動作執(zhí)行元件包括鋼帶驅(qū)動馬達(dá)，導(dǎo)帶門氣缸等，根據(jù)控制不同執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)啟動系統(tǒng)分為獨(dú)立控制回路。捆扎機(jī)頭升降控制回路控制捆扎機(jī)頭下井接近成形鋼材后后上升離開鋼材捆，由于回路中執(zhí)行氣缸承受450kg以上質(zhì)量捆扎機(jī)頭，相比水平運(yùn)動垂直運(yùn)動平穩(wěn)性較差，承受較大重力運(yùn)動較慢。如不控制速度易破壞鋼管輸送輥道，機(jī)械采用平衡重量進(jìn)行懸重運(yùn)動平衡。氣動回路用平衡重塊調(diào)節(jié)氣缸部分負(fù)載。氣動回路設(shè)計(jì)為速度控制回路，利用進(jìn)氣不節(jié)流背壓控制。氣缸換向控制閥排氣口上增加單電控閥，實(shí)現(xiàn)捆扎機(jī)頭部件下降快慢的自動切換。

鋼帶驅(qū)動由氣馬達(dá)執(zhí)行，完成松收帶等動作，氣馬達(dá)所需流量較大，帶有啟動變速離合器，利用氣馬達(dá)過載保護(hù)軟特性，在咬扣切帶前保持抽緊力。壓緊氣缸控制壓緊輪與導(dǎo)帶摩擦輪配合，通過改變回路氣壓改變導(dǎo)帶輪正壓力獲得最佳摩擦力。導(dǎo)帶門控制回路執(zhí)行送帶時合上導(dǎo)帶門操作，送帶后鋼帶被抓緊，氣動回路由導(dǎo)帶門氣缸等組成。送扣控制回路執(zhí)行鋼扣送入咬扣單元，由送扣氣缸等組成。抓緊咬扣切帶回路執(zhí)行鋼帶頭抓緊切帶，由雙行程氣缸等組成。通過氣動回路優(yōu)化組合形成自動鋼材捆扎機(jī)氣動系統(tǒng)。

4 自動鋼材捆絲機(jī)液壓系統(tǒng)

捆絲機(jī)是現(xiàn)代化軋鋼生產(chǎn)線的重要輔助設(shè)備，目前國際上僅有Simac等少數(shù)國外公司掌握精裝自動化關(guān)鍵技術(shù)，捆絲機(jī)品種多。國內(nèi)普遍使用鋼材打捆機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用壽命短，未形成產(chǎn)品多樣化，僅少數(shù)鋼鐵企業(yè)配套自動化打捆包裝設(shè)備，多數(shù)企業(yè)鋼材打包捆扎質(zhì)量低，工作危險度高。針對某型捆絲機(jī)進(jìn)行升級改造，系統(tǒng)由鋼絲進(jìn)給單元、打捆單元等組成，進(jìn)給單元由壓絲輪等組成，進(jìn)給輪實(shí)現(xiàn)對鋼絲進(jìn)行定位。捆絲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

圖2 捆絲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

液壓系統(tǒng)是鋼材捆絲機(jī)的動力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，控制完成裝置上升，自動導(dǎo)絲等多種，由喂絲馬達(dá)，蓋輪組液壓缸，夾絲 板夾緊缸等組成。液壓系統(tǒng)啟動后電磁鐵10YA通電，捆絲機(jī)裝置下降到低位，電磁鐵3YA通電，使捆絲經(jīng)過承載臂，導(dǎo)向切刀底孔進(jìn)入鋼絲導(dǎo)送單元，電磁鐵8YA通電，夾絲板夾緊打捆絲絲頭，電磁鐵2YA通電，電磁鐵5YA通電，導(dǎo)絲槽蓋輪組打開，電磁鐵8YA斷電。電磁鐵7YA得點(diǎn)，擰結(jié)頭對鋼絲擰結(jié)，打捆絲被擰結(jié)頭刀切斷，助切鋼23活塞桿縮回，碰到限位開關(guān)，扭轉(zhuǎn)馬達(dá)20反轉(zhuǎn)，完成打捆周期。