钢板仓卷仓设备的技术改进与研发

2014-09-10王艳慧王兴旺袁金付

四川水泥 2014年1期

王艳慧王兴旺袁金付

（安阳福莱尔钢板仓工程有限公司，河南安阳 455000）

0 前言

我国所使用的螺旋咬边式钢板仓基本上采用上世纪八十年代从德国引进的专利技术。通过较长时间的研究与使用，钢板仓在设计、施工方面的技术发展日趋成熟。同时，钢板仓以优良的整体性能、气密性能及轻质高强、施工工期短、占地面积小，维护费用少等优势，近年来得到了迅猛发展。同时，凭借螺旋咬边式钢板仓的各种优点，使其广泛的适用于建材行业、粮食行业、化工行业等领域。

由于近些年国家产业规划的调整，促使各行业从分散的粗犷式发展转变为集中的集约型发展。小型企业在市场经济的作用下纷纷联合形成较大规模的集团企业，以节约经营成本、降低经营风险，应对全球化经济危机的挑战。钢板仓在设计及施工方面受到了相关企业的直接影响，“小仓改大仓，大仓改特大仓”已成为行业近期的一种趋势，这就迫使钢板仓向着大直径，高仓体的方向发展。

目前，随着螺旋咬边式钢板仓制造设备在水泥行业的广泛使用，发现现有设备已经不能够适应大仓体的发展要求。同时，卷仓所使用的材料也发生了较大改变。目前，现有SM30及SM40设备一般能够卷制4.0mm以下的钢板，对于普通镀锌钢板，其屈服强度在300～370MPa之间；对于高强镀锌钢板，其屈服强度在420MPa以上。新近研发的FLYER-6型设备能够将钢板规格拓宽2.0mm，即其卷制钢板规格可达到6.0mm，且能够适用于普通钢板及高强钢板。

因此，根据对中国市场和镀锌钢板性能及产业的分析，对现有卷仓设备进行了必要的技术改造以保证仓体质量，以适应行业的发展。

1 设备的改进

由于企业往往会受到生产规模、基础建设投资以及场地等因素的限制，所以如非工艺需要一般不会选择一次性制作多个小直径钢板仓，往往会选择建造大直径，高仓体的钢板仓，以降低投资。然而，建造大直径高仓体的钢板仓时，首先面临的问题就是仓体的自重。在卷制过程中较大的仓体自重会使设备出现各种各样的问题。所以要发展大直径螺旋咬边式钢板仓，首先就要对现有设备进行必要的改造。

在大量工程实践的基础上，并通过一系列的实验，我们对螺旋咬边式钢板仓的卷仓设备进行以下方面的技术改进。

1.1 减速机

减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电动机的回转数降低到所需要的回转数，并得到较大扭矩的一种设备。卷仓设备中使用减速机主要是为了通过降低转数的方法，增加设备扭矩，使镀锌钢板能够按照工艺要求弯折成一定的形状，形成螺旋咬边。

目前，常用的减速机一般为摆线针轮减速机，如图1所示。该型减速机的优点为速比大、体积较小等。缺点为故障率高、受荷较小（与齿轮减速机相比）、寿命较短、维修对技术人员的要求较高等。对于自重达到几十吨甚至上百吨的大直径高仓体的钢板仓，其在卷制过程中已显得力不从心。在仓体的卷制过程中频发设备故障，由于其维修需要专业的技术人员及较长的维修时间，故严重影响了工期，且易引发仓体的安全事故。

图1 摆线针轮减速机

图2 斜齿轮减速机

斜齿轮减速机是齿轮减速机的一种，是新颖的减速传动装置，如图2所示。采用最优化的模块组合体系设计理念，体积小、质量轻、传递转矩大、启动平稳、传动比分级精细，可根据用户的要求进行任意的连接和多种安装位置的选择。另外，斜齿轮采用优质高强度合金钢，表面做渗碳硬化处理，提高齿轮承载能力、使其经久耐用。斜齿轮减速机具有以下优点：节省空间（比摆线轮减速机略大）、可靠耐用、承受过载能力高、能耗低、振动小、噪声低、节能高等优点。

通过分析减速机的种类、工作原理及钢板仓的卷制要求，在综合考虑各影响因素后，建议用斜齿轮减速机替换已使用的摆线轮减速机，以提高减速机的载荷能力，改善设备性能，适应大仓体要求。而且，从施工现场统计得到的数据显示，用斜齿轮减速机替换摆线轮减速机后，设备的故障率降低了约37.2%，充分体现了斜齿轮减速机的优势。

1.2 框架

所谓的框架一般是指由钢管直接焊接成形的国字框形钢构件，在框内加焊叉形支撑，以增加其稳定性。框架的主要作用为连接柱子形成仓体圆的外切正多边形，以便框架与柱子能够作为一个整体托起结构，整体进行受力，并增加整体刚度及稳定性。对于较小规格的仓体，框架间距一般的选取范围在1500～1700mm之间，以便满足施工要求，如图3、图4所示。对框架进行受力分析可知，框架受到径向张力作用及轴向力作用，所有作用力均由柱子传递而来。

图3 框架布置

图4 改进前框架

图5 改进后框架

随着建材、化工、粮食等行业的飞速发展，要求钢板仓的直径和高度日益增加。在现场施工过程中发现，在卷制大直径钢板仓时所采用的框架逐渐不能够承受较大的径向及轴向荷载作用。在施工过程中经常出现框架侧翻的情况，使其他框架及柱子瞬间承受较大的荷载，极易导致已经成型的仓体出现失稳侧翻或局部倒塌，造成严重的生产事故。经过受力分析及反复的实验后，建议将框架的间距缩到800mm～900mm之间，如图5所示。另外，框架间距仍需根据基础预埋件的间距大小确定。当框架间距为上述合理间距时，框架及其与之相连的柱子所受到的径向拉力将会大大降低。同时，由于预埋件一般要求按仓体圆周间距1m布置，所以使得柱子与预埋件之间能够通过以加焊钢筋的方式形成较为稳定的连接体系。从而，大大降低了大仓体施工过程中的事故率，有效的缩短了工期。

1.3 被动轮改主动轮

所谓的主动轮一般是指轮子随着轴一起转动，且与轴转动频率相同的轮子。被动轮则为跟随钢板前进而转动的轮子，轮子本身不会随着轴转动。

从德国引进的SM30或是SM40卷仓设备中的成型机存在大量被动轮，主要是由于当时卷仓所使用的钢板多为复合型钢板。若均采用主动轮，则在复合型钢板的咬边成型过程中，由于各轮的线速度不同会造成钢板的分层，影响仓体质量。随着我国钢铁行业的发展，卷仓所使用的材料逐渐由复合式钢板转变成了碾压成型的镀锌钢板。被动轮的选择因素已经不存在，若继续采用被动轮在施工过程中会出现喂料不及时的情况。不仅严重影响施工效率，而且也容易造成设备的损坏。

建议在成型机的被动轮与转动轴之间使用销键连接，使被动轮转换成主动轮，以适应材料的变化、提高施工效率，从而有效的缩短工期。

2 设备研发

螺旋咬边式钢板仓的卷仓主要设备为：开卷机、折弯机及成型机。目前，螺旋咬边式钢板仓制造企业所使用的卷仓设备大部分为二十世纪八十年代直接从德国引进的设备，主要有SM30设备及SM40设备两种，下面分析两种设备的适用范围：

首先，SM30设备适用于厚度小于等于3.0mm镀锌钢板的弯卷成型。因此，SM30设备仅适用于小直径仓体的制作，不宜进行较大直径仓体的制作。在实际设计及施工中，SM30一般用于制作直径不超过12m，高度不超过20m的螺旋咬边式钢板仓；

其次，SM40设备适用于厚度小于等于4.0mm镀锌钢板的弯卷成型。SM40设备用于卷制稍大规格的螺旋咬边式钢板仓。在实际设计及施工中，钢板仓的直径一般不超过18m，高度不超过30m。

经过三十多年的发展，螺旋咬边式钢板仓在设计、施工等方面得到了较大的发展。许多钢板仓企业均开始着手研发新型卷仓设备，以适应行业的发展。例如，安阳福莱尔钢板仓工程有限公司，经过长期的刻苦研发，于2012年5月8日试制出了新型卷仓设备——FLYER-6型。该设备所适用的镀锌钢板厚度范围在4.0mm～6.0mm之间，能够制造较大直径及较高仓体的螺旋咬边式钢板仓。

这些新型设备的研发成功及使用，进一步拓宽了螺旋咬边式钢板仓的使用范围，使螺旋咬边式钢板仓行业能够向着大直径高仓体新目标方向发展。