现代铝板带热轧机组导尺的结构分析

张翼航,王爱国

(1.中色科技股份有限公司,河南 洛阳 471039;2.山东信通铝业有限公司,山东 聊城 252100)

铝板带热轧供坯生产工艺在铝板带材的加工工业中占据非常重要的地位,这种生产工艺具有生产的铝合金品种多、覆盖面广、产品内部组织性能及表面质量好、板面平整度高、板带材的纵向公差和横向公差精度高等优点。

导尺作为热轧机组中必不可少的重要设备之一,主要有以下功能:(1)对中功能,将需要热轧机轧制的坯料以轧制中心线为基准进行对中,确保在轧制过程中使板带沿宽度方向获得均匀对称的厚差;(2)拢轧功能,在每个道次轧制时,使导尺的开口度比板材的实际宽度大5mm～10mm,将坯料拢住进行轧制,避免轧制过程中板材跑偏;(3)测宽功能,当导尺将板坯推到轧制中心位置后,导尺继续往前推,使导尺夹紧坯料,此时导尺的开口度即为板坯的宽度;(4)在可逆轧制时,板锭即将从轧机出口甩出时,使导尺在较小压力下夹持,可防止板坯被抛出过远,减少辅助轧制时间,从而控制板带材的温降和终轧温度,保证板带材内部组织性能。

根据铝板带热轧机组的特点,目前设计的导尺均为液压驱动,齿轮齿条对搓式紧凑结构。常用的热轧机组导尺主要有以下四种:倾斜式导尺(单液压缸)、水平拉杆式导尺(双液压缸双侧配置)、双侧支撑水平式导尺(双液压缸)和单侧支撑水平式导尺(双液压缸)。

1 倾斜式导尺(单液压缸)

1.1 结构组成和工作原理

该型导尺主要由操作侧导尺架1、立导辊2、下横梁3、传动侧导尺架4、齿轮箱5、液压缸6、联接梁7、同步轴8等组成(图1与图2)。上、下联杆分别与上、下齿条通过铰接联接。上、下齿条与传动机体内的齿轮轴啮合,两齿轮轴通过联轴器用同步轴联接。液压缸为中间销轴型,头部耳环与联接梁铰接。齿轮齿条和同步轴用来实现两导尺架的同步移动以及每个导尺架的平行移动。当液压缸开始驱动联接梁向后移动时,带动上、下齿条分别向左和向右做逆向运动,并使导尺的两导尺架开始同时向轧制中心线运动,开口度减小,实现对坯料的推移对中。反之,当液压缸缩回,联接梁向前移动时,导尺架开口度打开。

图1 倾斜式推床轴测图

1-操作侧导尺架;2-立导辊;3-下横梁;4-传动侧导尺架;5-齿轮箱;6-液压缸;7-联接梁;8-同步轴

1.2 特点和适用范围

倾斜式导尺(单液压缸)的结构,仅在导尺两个齿轮箱之间设置一台液压缸,用同步轴连接两个齿轮箱。其中,齿轮箱中的齿轮齿条以一定倾角形式布置。这种倾斜式布置主要优点是,可以保持导尺上立导辊与导尺配合使用的辊道上的锥辊的倾斜角度一致。这样在导尺开合过程中,可以保证导尺上立导辊下端面与锥辊大端上端面的高差在工作过程前后始终一致,有效防止卡料、塞料问题。

这种结构形式的导尺,由于液压缸作用力是先作用于联接梁中部再传递给两侧的齿条,而且联接梁尺寸较大,其强度和刚度限制了增大液压缸的作用力,所以提供的夹持力有限。其次,这种倾斜式的结构形式,承担设备自身重量主要集中在传动侧的传动机体上,操作侧导尺架间的下横梁跨度较大,对下横梁的刚度、加工工艺和装配精度要求较高。由于连接操作侧导尺架的下横梁是倾斜式布置,在布置导尺的高度上,尤其要求注意预留的操作空间,避免联接横梁在最小开口度时与设备基础干涉。

倾斜式导尺(单液压缸),夹紧力较小,导尺架的开口度较小,导尺架的长度较短,适用于锭重与宽度较小的热轧机组中的粗轧机前后,或1+1机组的热精轧前。

2 水平拉杆式导尺(双液压缸双侧配置)

2.1 结构组成和工作原理

该型导尺由导杆1和导杆9、两台液压缸2、操作侧、传动侧导板3和导板4、齿轮5、齿条6、操作侧、传动侧连杆7和连杆8等部分组成(图3)。操作侧导杆1与操作侧导板3联接,传动侧导杆9与传动侧导板4联接,操作侧、传动侧导板之间通过操作侧连杆7、传动侧连杆8相互联接,两个液压缸2分别与操作侧、传动侧导板3和导板4联接。当两个液压缸同时开始驱动推出时,操作侧、传动侧导板相向运动,实现对坯料的推移对中。反之,当液压缸缩回时,导尺架开口度打开。

1-操作侧导杆;2-液压缸;3-操作侧导板;4-传动侧导板;5-齿轮;6-齿条;7-操作侧连杆;8-传动侧连杆;9-传动侧导杆

2.2 特点和适用范围

水平拉杆式导尺结构简单、刚性一般,适用于薄板或者板带重量较小的机组。并且该种形式的液压缸的活塞杆与导板之间运动方向成水平方式配置,在其它方向上没有分力,除了效率的问题,不存在其它力能损失。该设备采用齿轮、齿条、连杆和导杆联接的机械同步方式使操作侧、传动侧推板同步反向移动和平行移动。但是,这种在两侧均配置了液压缸及导杆的布置方式,影响到设备在机组操作侧的空间布置,以及影响到机组的操作,带来不便。如果厂房位置受限,则无法采用该种形式的导尺。该设备的同步机构中连杆较长,在轧制方向上无别的支撑,且本身抗弯刚性有限。该种形式的导尺适用于厂房宽度宽敞,空间不受限的场合,板带宽度不是太宽的热粗轧机前后或1+1机组的热精轧机前后。

3 双侧支撑水平式导尺(双液压缸单侧配置)

3.1 结构组成和工作原理

该设备主要由齿轮箱7、操作侧、传动侧导尺架3和导尺架5、立导辊4、导向装置12及液压缸8等部分组成(图4和图5)。当坯料顺利导入平行段导尺架时,两液压缸活塞杆同时伸出时分别驱动下联接横梁移动。下联接横梁上装有齿条,通过齿条和两齿轮轴分别带动上联接横梁移动。同步轴与两齿轮轴相联接,因此可以保证上、下两对联接横梁的速度同步,且运动方向相反。这样铰接在两横梁前端的操作侧、传动侧导尺架即可实现对坯料的推移和对中。反之,当液压缸活塞杆伸出时,导尺架开口度即为打开。两齿轮轴和同步轴实现两上联接横梁和下联接横梁的机械同步。

图4 双侧支撑水平式推床轴测图

1-操作侧支撑架;2-下联接横梁;3-操作侧导尺架;4-立导辊;5-传动侧导尺架;6-上联接横梁;7-齿轮箱;8-液压缸;9-上齿条;10-齿轮;11-下齿条;12-导向装置

3.2 特点和适用范围

该种形式的导尺结构刚性较大,又是双液压缸驱动,可以提供较大的推力及夹持力。但是该种形式的导尺同样存在机组设备布置时操作侧空间使用的问题。当设备空间足够的情况下,双支撑水平式导尺,适用范围较广,无论是铝板带热粗轧机前后,还是1+1铝板带热轧机中的精轧机前后,都可广泛应用。我们在东轻2100mm铝板带热轧机组和瑞闵2400mm铝板带热轧机组中都采用了这种形式的导尺。

4 单侧支撑水平式导尺(双液压缸单侧配置)

4.1 结构组成和工作原理

该型导尺主要由操作侧、传动侧导尺架2和导尺架5、立导辊3、齿轮箱7和两台液压缸11等部分组成(图6、图7和图8)。上、下联杆分别与齿轮箱中的上、下齿条通过铰接部分连接。上、下齿条与传动机体内的齿轮轴啮合,两齿轮轴通过联轴器与同步轴联接。液压缸为中间销轴结构,头部耳环与上联杆铰接。当液压缸活塞杆同时伸出时,上联接梁向左前移动,带动上、下齿条反向运动,导尺的操作侧、传动侧导尺架开始向轧制中心移动,实现对坯料的夹持、对中等作用。反之,当两液压缸活塞杆缩回时,两导尺架即为打开。

1-下联杆;2-操作侧导尺架;3-立导辊;4-横梁(一);5-传动侧导尺架;6-上联杆;7-齿轮箱;8-下齿条;9-齿轮轴;10-上齿条;11-液压缸,12-导轮

13-横梁(二);14-车轮;15-衬板;16-车轴

图8 单侧支撑水平式推床轴测图

单侧支撑水平式导尺比之前的几种导尺,增加了三组横梁(一组横梁(一)和两组横梁(二)),用于联接相邻辊道。并且在传动侧导尺架下端增加导轮,使导轮行走于横梁(二)的上端面,不仅可以分散均衡支撑传动侧导尺架自身的重量,而且在料坯的夹紧、对中时可以分担来自坯料的部分撞击力,增强导尺架的抗击能力。

在该设备中,横梁(一)位于操作侧、传动侧导尺架的中下部,并联接于与导尺相配合的辊道上。在横梁(一)内部设置了导尺的导向装置,利于两导尺架的行走,起到导向、导正的作用。其中,横梁(二)为两组,对称配置在横梁(一)的两侧见图7)。横梁(二)联接于与导尺相关的辊道上。在下联杆上对称布置两对车轮,这两对车轮行走于横梁(二)内的衬板上。横梁(二)及下联杆上车轮的设置,有利于分散并均衡支撑左导尺架及下联杆的重量,缓释导尺工作状态时的部分冲击力。

4.2 特点和适用范围

单侧支撑水平式导尺是通过两台液压缸,上、下齿条和齿轮轴啮合传动带动操作侧、传动侧导尺架同步动作。同步轴与两齿轮轴相联,以实现两液压缸动作的机械同步从而保证两导尺架平行移动。这种型式导尺可仅在轧机机组的传动侧设置齿轮箱,使得机组操作侧的可操作空间非常富裕,便于机组的整体布置和板带材生产过程的操作和监测。另外,两液压缸的工作位置与导尺架水平受力的高度位置一致,液压缸的作用力直接作用在传动侧导尺架后相联的上联杆上,改善导尺架受力情况。但是这种结构的导尺在安装过程中,由于所使用的横梁需要与相邻设备密切配合,安装调试技术要求较高。

该导尺结构属于一种重型导尺,此装置能够保证在板带材运行过程中导尺仍能够承受较大的夹持力,且刚性能够满足生产要求。适用于重锭的铝板带热轧机组粗轧机前后,尤其是宽幅板带、开口度大的热粗轧机。

5 结束语

随着国内外市场对高质量、新品种的热轧铝板带的需求愈来愈多,导尺的型式选择显得尤为重要。合理的导尺配置不仅能大幅提升轧制线的自动化水平,提高生产效率,还能大幅提高产品质量和成品率,为企业在激烈的市场竞争中占据有利地位。