小车式编组台架设计研究

2013-12-03王洪波

重型机械 2013年5期

王洪波

(中冶东方工程技术有限公司板管事业部，山东青岛 266555)

0 前言

编组台架为型材轧线上重要的辅助设备之一，能调节生产节奏，起承前启后的作用。

目前国内常见的型材编组台架为链式编组台架结构和步进梁式编组台架。链式编组台架由输送链及固定台架、辊道等组成。运输台面宽、链条使用量大、频繁正反转，备品备件消耗量多，维护成本较大，链条较长，输送部分刚度不强，垂度不能很好地保证，易造成型材运输过程中出现偏移现象，为最大限度的保证链条平直度需要频繁调整张紧装置;步进梁式编组台架主要由动梁、固定梁及升降装置等组成，制造完毕后高度偏差调整难度较大，而且设备重量较大，投资较高。本文所述小车式编组台架是在参考了国外某公司设计的编组台架结构后，结合客户使用经验进行设计的实用新型编组台架。承重部件为升降装置，整体刚度强，型材运送由横移小车实现，小车采用变频调速电机控制，可以满足客户的不同产品的差别周期控制;升降装置可实现在线调整小车高度;此种编组台架具有设备较轻、维护成本低和经久耐用的特点。

1 小车式编组台架工艺流程

经冷床冷却后的轧件矫直后由平立辊矫直机后运输辊道运输到1#编组区上料输入辊道上，对于重轨和道岔轨产品由1#小车式编组台架横移小车将其从1#编组区上料运输辊道上移送到超声波探伤入口辊道上，然后送往超声波探伤装置进行探伤检查，检查完毕后通过输送辊道送往2#编组台架入口处，通过2#小车式编组台架编组台架横移小车横移并根据同时锯切根数编组完毕后，再由横移小车将编组后的轧件送到输出辊道上，然后通过辊道送往定尺冷锯机切定尺;对于H型钢、钢板桩、吊车轨产品由1#编组区横移小车横移并根据同时锯切根数进行编组后送往1#编组台架输出辊道，然后通过辊道送往定尺冷锯机区进行定尺锯切。

2 设备组件及功能

本次设计的小车式编组台架主要由固定台架、横移小车、升降装置、传动系统、探伤入口辊道、输入辊道及输出辊道组成。结构示意图如图1、图2所示。

辊道均为变频电机单独传动，能正反转，频繁启停工作制，轧件来料前，辊道处于静止状态，当轧件落到辊道上后，辊道电机启动、加速，运送轧件到工作位。

移钢小车功能将轧件从输入辊道运送到探伤辊道上或送到固定台架上编组，轧件编组完成后运送到输出辊道中心线上。小车除了有往复运动外，还能够升降，低位等待，高位运输。

升降装置主要由油缸、摆臂、支架、横梁、小车轨道梁及拉杆等组成。主要作用为将小车上升到高位载料后，高位运行到达工作位后将型钢放下，小车下降到低位，小车返回继续下一个周期。液压系统具有位置保持功能。

传动系统由变频电机、减速机、链条及链轮等组成。主要作用是为小车运行提供动力及控制小车速度和启停位置。固定台架主要用于承载成组型材。

3 技术参数

(1)成品型材最大重量:46.5 t，每4根一组;

(2)型材成品长度范围:50～105 m;

(3)固定台架台面尺寸:11.5 m×102.5 m，可以同时存放2组成品型材;

(4)移钢小车:链式传动，最大平移行程18 000 mm，工作行程13 650 mm;小车长度1 800 mm，宽度400 mm;平移速度0.5～1 m/s，传动电机AC63 kW，980 r/min，小车升降行程250 mm，升降液压缸:380 mm/160 mm×375 mm，升降速度0.1 m/mm，单车最大承重1.8 t;小车数量9组，每组3个小车;

(5)小车控制传感器:接近开光与编码器;

(6)输入辊道:长度102 m，辊子数量51个，单独传动，减速电机功率:7.5 kW，辊子Ф360×1300，辊子线速度0～3.5 m/s，辊子间距2 000 mm;

(7)输出辊道:长度110 m，辊子数量55个，单独传动，减速电机功率:7.5 kW，辊子Ф360×1300，辊子线速度0～3.5 m/s;辊子间距2 000 mm;

(8)探伤入口辊道:长度110 m，辊子数量55个，单独传动，减速电机功率:7.5 kW，辊子Ф360×1300，辊子线速度0～3.5 m/s;，辊子间距2 000 mm。

4 存在的主要问题及解决措施

4.1 型钢偏移问题

型材沿辊道中心线方向的偏移量过大，易引起检测元件感应错误、型材移交辊道时位置不佳及偏移不利于后续锯切等问题。造成型材的中心线偏移的主要影响因素有:1)小车顶面高度不一致;2)固定台架高度与表面不平度不一致;3)链轮齿相位的不一致性;4)传动轴扭转变形引起传动链轮齿相位差;5)头、尾链轮中心线与传动轴中心线的不垂直;6)两台传动电机或液压缸升降不同步等。对于小车顶面高度不一致，设计采用升降拉杆调整轨道梁的大高度差，设计时采用垫片组来调整微量的高度偏差;台架表面的平整度靠加工精度来保证，台架高度调整设有垫片组;传动轴上所有键槽中心线应设计在一条直线上及链轮键槽必须与一齿中心线重合以保证链轮齿相位的一致性;尾链轮中心线与传动轴中心线的垂直度靠控制安装精度保证;合理设计传动轴刚度及布置传动装置以尽量减少轴的扭转变形;电机同步在控制系统中由程序保证，液压缸同步靠液压同步技术实现。

4.2 传动系统设置

横移小车采用电机、制动器、减速机传动;小车位置控制靠编码器与接近开关来精确定位。

(1)电机选择根据型材来料长度不等，结合用户生产批量的大小，在设计传动时，将编组台架分成两部分，由两个电机独立传动，对于长度小的型材单个电机传动，较长的型材两个电机共同传动。小车要求速度可调及频繁启、制动，经过设计计算，短型材小车横移电机同时也是最大电机，驱动功率为63kW。考虑到甲方要求减少备件与可互换性的情况，本次设计采用了两台63 kW的YZPB型起重及冶金用变频调速电机电机，相应电机的冷却风扇单独设置以保证冷却效果，可避免变频所引起的高次谐波所产生的热量。因多台电机传动采用机械传动时易产生电机不同步造成负载不均进而产生扭轴现象，本次设计采用电机单独传动;电机与电机之间的同步靠自动控制来完成，电机同步由低速上升到工作转速。

(2)轴设计。因小车式编组台架长度较长，采用通轴传动易产生扭轴现象，造成型材位置偏移，本次设计将轴设计成多段轴传动，采用联轴器来完成同步转动。

(3)联轴器选择。对于联轴器我们设计时有两种选择，胀套联轴器与键传动联轴器。胀套联轴器在加工精度符合要求的情况下具有调整方便与轴上不用加工轴肩的特点，是国外设计常用类型;键连接联轴器在国内设计中应用最多，其安装需要定位，但是连接可靠，维护简单。由于胀套联轴器在一期中常产生滑动现象且维护工作量大，结合用户使用习惯本次设计采用键连接联轴器。

(4)小车行位控制。小车极限位置采用接近开关控制，小车的行程和速度控制，分别采用多圈绝对值编码器与绝对值编码器。

4.3 升降装置

升降装置为液压缸驱动，要求同步升降，轻提升轻放，保证所有小车顶面的平面度.不同步会造成局部液压缸负载过大和型钢在轧线方向上偏移，造成液压缸损坏及引起后续检测元件失误的情况。同步采用机械通轴效果最好，但是这样轴会过长，重量较大，较难加工且易扭转变形。故本次设计每组小车轨道梁采用一台液压缸驱动，机械通轴同步，共用液压缸9台。9台液压缸采用液压系统同步控制;轻提升轻放采用比例阀控制流量实现;对于保证所有小车顶面平面度的问题，首先要保证加工精度要求，除此之外设计在线可调拉杆的装置，拉杆可以调整较大的高度差，微量的高度差采用垫片组调平。小车轨道梁采用焊接型钢，轨道面设置一定的公差精度要求，刚度可靠。