镀锌平整机高压智能喷淋装置的设计

2022-12-02蒋国华

现代交通与冶金材料 2022年6期

蒋国华

（常州宝菱重工机械有限公司，江苏常州 213019）

引言

在热镀锌机组中，需要对镀锌之后的带钢进行平整，来改善板型、消除材料的屈服平台，同时可以根据客户的要求，对轧辊进行毛化处理，生产不同粗糙度的带钢［1］。平整机根据生产工艺的不同，分为干平整和湿平整，干平整通常适用于热轧平整机，平整轧制时不采用乳化液进行工艺冷却和润滑，也无需进行废水处理，可降低生产成本，带钢表面没有残留的油污。湿平整通常适用于镀锌平整机，带钢在有平整液的条件下进行平整，平整液具有润滑作用，可以减少轧制力，从而提高了轧辊的寿命［2-3］。带钢经过镀锌之后，表面通常会附着一些锌粉，通过平整机后锌粉会以点状或凸斑附着在毛化过的轧辊表面，会给后续的带钢造成周期性的压痕，影响带钢表面质量，因此必须及时清除轧辊表面的污物［4］。早期的湿平整机采用刷辊对轧辊表面进行洗刷，能起到一定的效果，但是由于刷辊会磨损，同时对于轧辊表面一些顽固性斑痕很难清理，效果不佳。近几年随着客户对带钢的表面要求越来越高，特别是高质量汽车板和家电板，因此亟需改善轧辊的清洗功能。基于以上要求，在平整机设计时采用了高压喷淋装置来清洗轧辊，通过智能控制，根据机组速度自动匹配清洗速度、高压水压力，同时设置了定点清洗功能，起到了很好的清洗效果［5］。本文主要介绍此新型高压喷淋装置的设计。

1 高压喷淋装置的结构及工作原理

1.1 本体结构

高压喷淋装置设置在平整机的出口侧，分上高压喷淋和下高压喷淋，上高压喷淋布置在带钢上方，对上工作辊和上支撑辊进行清洗；下高压喷淋布置在带钢下方，对下工作辊和下支撑辊进行清洗。机械设备布置如图1所示。

图1 机械设备布置简图

平整机高压喷淋装置如图2所示。固定框架1安装在操作侧和驱动侧牌坊之间，横移小车2通过导轮安装在固定框架上，固定框架两端通过链轮、链条形成一个封闭驱动环，驱动马达6输出轴端安装有链轮，马达驱动时带动链条移动，从而带动小车在固定框架上行走。伸缩小车3安装在直线导轨上，在气缸8的作用下可以伸缩。

图2 平整机高压喷淋装置

固定框架以H型钢为主体，在4个角的位置焊接并加工了导向面，H型钢上方中部也焊接并加工了一个支撑面，移动小车在多个方向设置了导向轮，与H型钢上方中部支撑面接触的导向轮主要承受移动小车的自重，与H型钢4个角落的导向面接触的导向轮起导向作用，其中有一侧的导向轮带偏心轴，可以调节导轮与导向面之间的间隙，确保小车在移动过程中运动平稳。在高压水喷出时会产生一定的后冲力，如果间隙过大，会影响移动小车运动的稳定性。

工作辊、支撑辊喷头为加工有管路的集成块，采用SUS316材质，每个集成块上装有多个喷嘴，根据清洗需求，工作辊的流量要大于支撑辊，选择的喷嘴类型为喷雾型喷嘴，可以产生高打击力，喷嘴喷出的纯水呈扇形，喷射角度最大为15°，为了增大清洗面积，多个喷嘴交错布置，如图3所示。使喷射区有一定的重叠区域，以便清洗区的流量分布均匀，打击力一致，清洗效果最佳［6-7］。流量选择方面，工作辊喷嘴在工作压力为20 bar时，流量为2 L/min；在工作压力为200 bar时，流量为6.4 L/min；支撑辊喷嘴在工作压力为20 bar时，流量为1 l/min，在工作压力为200 bar时，流量为3.2 L/min［8］。

图3 喷嘴分布图（单位：mm）

1.2 工作原理

齿轮马达正转，横移小车从驱动侧向操作侧移动，工作辊喷头和支撑辊喷头将沿着辊面移动，当横移小车移动到操作侧设定位置后，齿轮马达停止并反向运转，横移小车从操作侧向驱动侧移动，工作辊喷头和支撑辊喷头也跟着反向运转，当横移小车移动到驱动侧设定位置后，再返回，如此往复运转。

齿轮马达带内置编码器，可以智能控制横移小车的移动区间。小车可以沿辊面全行程往复移动，也可以根据辊面污物的位置，智能控制清污区域、在特定区域进行往复移动［9］，齿轮马达采用变频电机，可以根据机组的运行速度，智能调速控制横移小车的移动速度，从而实现快速、有效的清理辊面，保证带钢的表面质量。

在横移小车往复运转到极限位前，设置一定的减速区，开始减速，保证横移小车不过位。横移小车两端设置了极限接近开关10，当横移小车移动到该位置接近开关发出信号时，小车停止方向运转。另外在接近开关外侧，还设置了机械安全限位挡块11，确保在接近开关出现故障时，横移小车也能依靠机械限位停止移动，避免损坏横移小车上的高压喷头。

平整机需要换辊时，气缸8收缩，带动伸缩小车后退，此时工作辊和支撑辊抽出时不与高压喷头干涉。换辊完成后，气缸伸出，伸缩小车带着高压喷头伸出靠近辊面，保证高压水对辊面的打击力，提高清理效果。

本高压喷淋系统，采用的变频泵实现喷淋压力可调，系统最高压力为21 MPa，喷淋介质为纯水。根据辊面的工况和生产的钢种，智能选控不同的喷淋压力；另外，由于辊系修磨后，辊径变小了，喷头与辊面的间距在变大，为了提高清洗效果，喷淋压力也会设置高一些。图4为平整机高压喷淋系统图，图5为平整机高压喷淋系统控制。该系统设置了2台变频泵，1开1备，每台泵采用变频电机45 kW×750 r/min，泵的最高输出压力21 MPa，流量范围为52～70 L/min。工作时调整变频电机的频率，可以控制电机转速，从而调节泵出口的压力［6，10］。

图4 平整机高压喷淋系统图

高压系统采用的电动往复泵为三柱塞卧式容积泵，该泵主要由传动箱部件、泵体部件、填料箱部件、底座部件、缓冲器和安全阀等组成。变频电机通过V型皮带驱动传动箱内部的曲轴回转，曲轴上带3个曲拐，呈120°均匀分布，曲轴通过连杆带动十字头和柱塞作往复运动，当柱塞向后死点移动时，泵容积腔逐渐增大形成吸入真空，在大气压的作用下，将吸入阀打开，排出阀关闭，纯水被吸入；当柱塞向前死点移动时，泵容积腔逐渐减小，压力增大，将吸入阀关闭排出阀打开，纯水被挤出泵体外，使泵体达到吸排的目的，对高压系统不断地输送高压水。高压泵回路中设置了安全阀，压力设置为21.6 MPa，作为安全阀，必须经过权威质检部门进行标定后才能使用［11］。

工作辊和支撑辊喷淋水的通断通过活塞阀来控制。上、下工作辊共同采用一路活塞阀来控制开闭；上、下支撑辊共同采用另一路活塞阀来控制开闭；另外还设置了一个旁通阀，当平整机喷淋不工作时，控制工作辊、支撑辊喷淋的活塞阀关闭，旁通阀打开，这样可以避免泵频繁启动，延长泵的使用寿命［12-13］。系统中采用气动系统来控制活塞阀的开闭，气动系统包含了气动电磁阀、节流阀、消音器等元气件，活塞阀打开和闭合位置分别设置有接近开关，可以实时检测到喷淋管路的开闭状态。纯水槽体采用不锈钢材质，设置了液位计，根据液位状态能自动进行补水，当液位低于设定液面时，补水回路中的阀会自动打开补充纯水，当补充的液面达到设定的高液位时，关闭补水回路中的阀，整个过程实现自动控制［14］。清洗过辊面的废水，通过平整机的地坑集中回收、集中处理。

平整机高压喷淋系统控制图如图5所示［15］。

图5 平整机高压喷淋系统控制图

2 齿轮马达的选型

根据现场使用经验，横移小车的移动速度在25～40 mm/s，根据机组运行速度和生产的钢种不同，可以设置不同的运行速度。因此初步选定齿轮马达的额定输出转速n=7 r/min，电机功率P=0.55 kW，齿轮箱速比i=1/195，链轮采用RS60×19齿，分度圆直径D=115.75 mm，小车移动部分的总重量W=350 kg。

我们参观了蒋介石座东朝西、面朝大陆的纪念堂——慈湖灵堂，铜棺至今没有入土为安，可见期盼落叶归根、两岸统一之情；我不禁联想起曾经参观浙江溪口蒋母陵墓时的情景，对台湾回归祖国充满期待。三月底从台湾归返，我有感写下一篇《从溪口到慈湖》的文章，发表在河北的《散文风》上。4月3日，我敲键盘、点鼠标，发往台湾《旺报》编辑部。我心想，试探而已！怎料到，4月8日，就发表在其“大陆人看台湾”专版。当我从网络上看到报样，为能在宝岛报章之一角留下自己几滴墨迹而欣慰。

2.1 齿轮马达的校核

选定齿轮马达的额定输出转速n=7 r/min，链轮分度圆直径D=115.75 mm，则横移小车的移动速度为：

满足最高速度要求。

选定移动小车总重量W=350 kg，车轮滚动摩擦系数μ，查手册μ取0.1，则小车移动所需拉力为：

考虑小车启动时惯性等因素，给定安全系数f=2，则F1max=686 N。

选定电机功率P=0.55 kW，转速n=7 r/min，则电机输出扭矩为：

链条的拉力为：

齿轮电机的选型满足要求。

2.2 链条的校核

高压喷淋装置长期处于水环境中，所以设备要能耐腐蚀，链轮和链条是驱动的关键配套件，链轮采用45#钢材质，表面镀锌处理。链条不能采用润滑油脂进行润滑，若链条表面涂抹了润滑油，在高压水雾环境中，油脂会残留到带钢表面，对于高档镀锌板，是允许的，所以链条选用了不锈钢SUS316材质，类型为双排链，保证链条的强度。链条的公称拉应力Fn=69.6 kN。

根据前面的计算，链条工作的最大拉力F2=12.959 kN；

链条的静强度安全系数np=Fn/F2=69.6/12.959=5.4，链条的需用安全系数通常取np=4～8［5］，所以链条的选型满足要求。