(攀鋼集團西昌鋼釩有限公司板材廠,四川西昌 615012)
攀鋼2#鍍鋅線1#張力輥是由奧鋼聯(lián)提供設(shè)計初稿,經(jīng)過中冶賽迪進行詳細(xì)設(shè)計,由陜西壓延加工制造成套,于2004年4月投入生產(chǎn)使用,其設(shè)備結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。1#張力輥為鍍鋅線入口段速度主控裝置[1],用于入口段帶鋼驅(qū)動和對入口活套建立張力,在焊接帶頭和鋼尾時,為入口活套建立后張力,并對焊機反向送料,完成帶鋼頭尾的焊接動作[1-7]。
圖1 1#張力輥結(jié)構(gòu)示意圖
由于入口活套張力比較大,特別是在生產(chǎn)鍍鋁鋅產(chǎn)品時,入口活套張力達到3200daN,在如此大的張力下,帶鋼在1#張力輥表面出現(xiàn)相對運動和制動抱閘自動力矩不能克服對1#張力輥組轉(zhuǎn)動力矩的問題。這兩種情況造成焊機帶尾定不了位,不具備起焊接活套條件,不能按焊機順控邏輯完成焊接的正常作業(yè);同時,帶尾在活套自身張力拉動下被動滑移,使得帶尾縮帶,致使機組降速,當(dāng)帶尾退出1#張力輥時,帶尾失去后拉力自動退到活套,造成生產(chǎn)停機事故。
當(dāng)1#和2#開卷機進行交替開卷時,1#張力輥停機制動帶鋼,制動抱閘動作抱緊閘輪制動張力輥轉(zhuǎn)動。在焊接前,為對準(zhǔn)焊機,需將帶鋼從入口活套拉出一段,也就是返回送料,這時1#張力輥施力情況如圖2所示。
圖2 1#張力輥受力分布圖
帶鋼在1#張力輥和2#張力輥上的包角分別為θ1和θ2,且有θ1=θ2=θ=222°;帶鋼與1#輥和2#輥碳化鎢涂層表面的摩擦系數(shù)分別設(shè)定為f1和f2[8]。壓輥裝置的驅(qū)動為雙作用氣缸和設(shè)置兩根壓輥,每個氣缸工作直徑,壓輥氣缸壓力,入口活套張力設(shè)定為[8]。
設(shè)帶鋼在壓輥位置最大理論張力消耗為T2,則有:
式中,f為輥面摩擦系數(shù),θ為帶鋼在張力輥上的包角,T3為入口活套張力。
代入上述1#張力輥相關(guān)數(shù)據(jù),可得T2=1755daN。
設(shè)壓輥的理論壓力為F1,則有:
式中,f為輥面摩擦系數(shù),T2為帶鋼在壓輥位置最大理論張力消耗。
代入前面的數(shù)據(jù),可得F1=11325daN。
設(shè)壓輥的實際壓力為F2,則有:
式中,P1為壓輥氣缸壓力,S1為氣缸面積,D1為氣缸工作直徑。
代入前述數(shù)據(jù),可得F2=7540.8daN。
因為F1>F2,所以壓輥的實際壓力不能滿足理論壓力需要。當(dāng)帶鋼對壓輥要求的壓力超過壓輥能提供的最大壓力時,帶鋼就會在張力輥上出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。
當(dāng)入口帶鋼需要停止時,1#張力輥需要停止運轉(zhuǎn),制動裝置抱緊張力輥組阻止張力輥轉(zhuǎn)動。而1#張力輥的抱緊裝置包括:抱閘兩套(最大制動轉(zhuǎn)矩TN=450N·m×2=900N·m),閘輪(外徑D1=500mm,工作位置的直徑D2=440mm),減速機(傳動比i=16)[8]。取入口活套的最大張力為T活=T3=3200daN,張力輥外徑D3=900mm[8]。
將入口活套張力對1#張力輥的轉(zhuǎn)矩等效到閘輪處位置時的轉(zhuǎn)矩為,則有:
式中,T3為入口活套張力,D3為張力輥直徑,i為減速機傳動比。代入上述已知數(shù)據(jù),可得N1=900N·m。設(shè)抱閘抱緊轉(zhuǎn)矩為N2,則有:
式中,TN為抱閘裝置的最大制動轉(zhuǎn)矩,D1為閘輪外徑,D2為閘輪工作位置的直徑。
帶入上述已知數(shù)據(jù),可得N2=792N·m。
由于,得出,1#張力輥最大的抱閘制動抱緊力不能克服入口活套的最大張力對1#張力輥的等效轉(zhuǎn)矩,所以1#張力輥需要停止帶鋼運行時,活套張力將驅(qū)動張力輥轉(zhuǎn)動致使帶鋼移動。
對于帶鋼在1#張力輥打滑的問題,改善方法就是1#轉(zhuǎn)向輥新增一套制動裝置。該機構(gòu)由一組氣動換向閥、汽缸、制動輥、液壓換向閥、液壓馬達等部件構(gòu)成。取帶鋼在制動輥表面的摩擦系數(shù)μ=0.4,制動輥為雙氣缸驅(qū)動,設(shè)氣缸工作直徑D4=20cm,氣缸壓力為P2=6kg/cm2[8]。
設(shè)制動輥對帶鋼的摩擦力為F3,則有式(6):
式中,P2為氣缸壓力,μ為帶鋼在制動輥表面的摩擦系數(shù),S2為氣缸工作面積,D4為氣缸工作直徑。
代入上述已知各數(shù)據(jù),可得F3=1508daN。
用T3’表示加了新增制動裝置后入口活套的張力,則有:
T3’=T3-F3=3200-1508=1692daN
則根據(jù)前面式(1),新增制動裝置后,帶鋼在壓輥位置最大張力消耗T2’為:
則新增制動裝置后,壓輥的理論壓力F1’為:
由于F1’<F2,制止了帶鋼在張力輥處產(chǎn)生滑動的情況。
針對抱閘制動力矩能力不足的問題,解決思路就是改變閘輪直徑和抱閘數(shù)量來加大抱閘的制動轉(zhuǎn)矩。改造閘輪外徑變大到D1’=600mm,閘輪工作位置的直徑改為D2’=540mm;抱閘由原來的2套增加到現(xiàn)在的4套。
設(shè)新的抱閘抱緊轉(zhuǎn)矩為N2’,則根據(jù)式(5)有:
式中,D1’為新的閘輪外徑,D2’為新的工作位置的直徑,TN為抱閘裝置的最大制動轉(zhuǎn)矩。帶入相應(yīng)數(shù)據(jù),可得N2’=1650N·m。
由于N1<N2’,1#張力輥最大的制動抱緊能力遠遠大于入口活套最大張力轉(zhuǎn)換到閘輪處的轉(zhuǎn)矩,所以1#張力輥停止運轉(zhuǎn)后再也不會出現(xiàn)被入口活套被動拉動運轉(zhuǎn)。
攀鋼2#連續(xù)鍍鋅機組帶鋼在1#張力輥產(chǎn)生相對運動的問題是安全系數(shù)取值過低、功能不能滿足現(xiàn)場入口段帶鋼啟停實際生產(chǎn)需要,通過壓輥壓力和抱閘制動力矩兩個原因的受力分析,找出了癥結(jié),采用新增制動輥裝置、增大抱閘數(shù)量和閘輪直徑的解決對策,根本上克服了之前存在的故障現(xiàn)象。在以上對策實施后,通過實踐應(yīng)用效果表明,能夠有效保證攀鋼2#連續(xù)鍍鋅機組入口段焊機正常焊機和入口活套的正常沖放套動作,對機組穩(wěn)定順行意義重大。