棒材厂冷床上钢装置综合优化设计.doc

棒材厂冷床上钢装置综合优化设计11O冶金动力METAI.LURGICALPOWER2010第4期总第140期棒材厂冷床上钢装置综合优化设计叶世堂(三明钢铁集团公司设备处,福建三明365000)【摘要】通过对冷床上钢装置目前在运行中存在故障频繁发生,出现一系列的乱钢问题,严重影响生产的顺利进行等问题及原因进行分析,并有针对性地提出了优化设计方案,解决了棒材生产中的一大难题.【关键词】冷床;上钢装置;优化设计【中图分类号】TG385【文献标识码】B【文章编号】10066764(2010)04011004OptimizationDesignforSteelFeedingFacilityofCoolingBedinBarMillYEShitang(EquipmentDepartment,SanrningIron&SteelGroup,Sanming,聊365000,Chi,【Abstract】Atpresent,frequentfaultsaroseinthesteelfeedingfacilityofcoolingbedandasetofproblemstookplace.ItseriousIyaffectedsmoothrunningofproduction.Thecauseswereanalyzedandthecorrespondingoptimizationdesignschemewasadvanced,whichsolvedamajorprobleminthebarproduction.【Keywords】coolingbed;feedingfacility;optimizationdesign1概述冷床是棒材生产线的主要辅助设备之一,上钢装置是冷床的关键设备.它的功能是将成品倍尺飞剪剪切后,高速运送的前一根轧件尾部和后根轧件头部分离,并依次经过带制动裙板的辊道输送和制动后再运送到冷床齿条上冷却.上钢装置是影响冷床使用的重要环节.三钢公司随着产量和轧制速度的不断提高,后区冷床上钢装置制动裙板的动作也就更加频繁,从而导致轧件在冷床输入时出现了一系列的乱钢问题,严重制约轧线生产能力发挥.因此,有必要对棒材厂的冷床上钢装置进行重新优化设计.以解决棒材生产中的一大难题,以适应不断变化的轧制制度.2冷床上钢装置的组成及工作原理2.1组成冷床上钢装置由油缸拨叉,同步轴,油缸,连杆拨叉,连杆,输入辊道,制动裙板(升降滑板),副冷床等部分组成.棒材厂冷床上钢装置的横断面如图1所示.2.2工作原理冷床上钢装置每隔1.2m设置一个变频辊子,所有辊子均与冷床水平面成12.倾角,以利于轧件滑入裙板进入副冷床矫直.通过调节辊子转速实现1一油缸拨叉2一l司步轴3一油缸4一连杆拨叉5连杆6输入辊道7一制动裙板8m副冷床图1冷床上钢装置横断面图轧件第n根尾部和第n+l头部的分离.当轧件靠自身重力作用滑人制动裙板时,利用升降滑板与轧件之间的摩擦阻力使轧件制动,并通过提升运动把轧件送人副冷床矫直板的第一齿槽中.制动的过程和速度根据不同的钢材品种规格进行调整.以保证整个制动循环具有完善的可重复性.在冷床上钢装置侧面每隔12m设置一个垂直布置的液压缸3,液压20lO年第4期总第140期冶金动力METAIJjRGICALPIM巳R缸通过油缸拨叉1,同步轴2,连杆拨叉4,连杆5等驱动制动裙板7同时作升降运动.在同步轴上设置接近开关,检测和控制提升裙板的升降位置,保证准确控制制动裙板在垂直方向形成低位,中位,高位三个工作位置,并按照中位一高位一低位一中位的动作规律周期运动完成轧件第n+l根的制动和第根轧件在辊道上的运送,在高位时将第n根轧件输送到冷床.3冷床上钢装置出现的问题及原因分析针对轧件在冷床输人时易出现乱钢等现象,我们对原设计进行了认真的分析,从而找到了问题的症结所在.3.1辊道部分(1)变频辊在加速段容易磨损,辊子表面磨损成凹槽后升降滑板在低位接轧件时易挂钢.(2)原设计辊子上表面与盖板高度差为1Omm,相对距离较大.在轧制小规格时由于轧制速度快,轧件在辊道上跳动严重,在升降滑板处于高位时后一根仍会从辊道上越过升降滑板跳出,引起长轧件在冷床上乱钢.3.2轧件速度与轧件制动距离不匹配随着轧制速度的不断提高.轧件速度与轧件制动距离越来越不匹配.经倍尺剪剪切后高速滑行的轧件由制动裙板卸到冷床时因无法快速制动.极易冲出冷床,造成轧件弯曲.3.3制动裙板运行不同步制动裙板运行一段时间后,出现严重不同步,并发出声响,甚至憋死引起乱钢而中断生产.产生运行不同步的主要原因是:(1)原设计的制动裙板连杆因强度不够,经常也现折断,调整螺母松动,导致全线制动裙升降时出现高低不平的现象,从而引起制动裙板动作不同步.(2)制动裙板因跑位,使得制动裙板与导板之间的摩擦阻力增大,导致各部分液压缸运动速度不一致,从而引起制动裙板动作不同步.(3)裙板液压缸关节轴承易坏或销轴磨损严重以及大梁底座,液压缸支撑座撕裂引发制动板动作不同步等设备故障.3.4副冷床盖板,扣板,导板在设计上存在着结构问题(1)副冷床部位变频辊的表面与盖板边板的上表面距离偏小,在过钢时轧件很容易从盖板边板与扣板之间的间隙中窜出.(2)副冷床扣板上的导板设计尺寸过于紧凑,升降滑板升到高位时常将扣板顶起,引起乱钢.(3)副冷床盖板在出口处开喇叭,当轧件产生弯头时易从盖板之间的交接处窜出.(4)轧制大规格036及040时,由于轧制速度低.在副冷床及主冷床的交接处轧件易栽头.(5)扣板的导板在出口处倒斜角,遇轧件头部弯曲时.易从导板的交接处撞钢,导致导板容易断裂或导槽底脚螺栓松动跑位.(6)扣板的铰链用销子,链板固定,当翻动扣板时,扣板卡紧翻转困难,而销子及销孔磨损后,整个扣板跑位,导致升降滑板将扣板顶起,引起乱钢.4冷床上钢装置重新优化设计找出问题的症结所在.就可以针对问题的关键部位进行重新优化设计,使上述问题得以解决.4-1辊道部分优化设计(1)辊子材质选用高锰钢铸件ZGMnl32,大大提高了辊子的使用寿命.将升降滑板宽度的尺寸加宽5mm,留出变频辊的伸入位置,将变频辊伸入23mm.以改善变频辊的磨损位置.(2)在副冷床及冷床人口10m处,将盖板和辊面的高度差由10mm降为5mm,变频辊的直径保持不变,改进盖板的结构,从而减少轧件在辊道上的跳动.4.2增设轧件尾部夹持装置针对轧件速度与轧件制动距离越来越不匹配的问题,可通过采用夹住轧件尾部从而增大摩擦力的方法,以达到减小制动时间和制动距离的目的.根据这一思路,在冷床前端增设轧件尾部夹持装置.该装置安装一个夹送辊来夹持轧件尾部.当轧件在裙板的中间位置滑行时,利用夹送辊对轧件尾部进行夹持,使轧件速度降低,然后松开夹送辊,使轧件继续在裙板上自由滑行.从而可有效避免高速滑行的轧件冲出冷床.4.3针对制动裙板运行不同步所采取的措施(1)将制动裙板连杆的直径由038mm改为045mm,以增强其强度.同时要求将连杆两头调整螺牙调整到适当的长度后点焊.(2)调整制动板与导板之间的间隙(45mm).对制动板的尺寸进行调整(高度降低10mm.宽度减少4mm).将控制液压缸动作的换向阀通径由08mm改为01omm,同时定期调校液压系统以确保动作同步.(3)对大梁底座,液压缸支撑座进行全面加固.同时对销轴进行热处理.112冶金动力/VIETALI,URGICALPOWER2010第4期总第140期4.4上钢装置结构部分优化设计针对上钢装置原设计所存在的结构问题.如升降滑板角度偏小;滑板高位,低位时与辊面的间距不够等.为了解决以上这些问题,有针对性地提出优化方案.具体如下:以摩擦板,齿形板,半齿形板原有高度为基础,将升降滑板的角度由20.改为35.,当升降滑板处于高位时高出辊面的距离由原来的7Omm改为110mm;当升降滑板处于低位时低于辊面25mm.油缸行程由110mm加长至120mm,留5mm的伸缩余量:油缸耳环孔距由90mm改为75mm长;连杆拨叉长度2由原来的192mm加长到240.2mm,液压缸拨叉长度保持不变;同步轴及轴承座往西移30mm;升降滑板的行程由78mm改为135mm.有关上钢装置结构部分优化设计如图2所示.一1干.r/,|,一,_l.|l11|l-r一一I-_二._f1l,:,|L.L.Lq一464.74q4O图2冷床上钢装置优化设计后的横断面图4.5上钢装置液压系统优化设计由于机械结构发生改变.制动裙板连杆拨叉长度2由原来的192mm加长到240.2ram;油缸行程由110mm加长至120mm,从而导致液压系统所需要的压力和流量也发生变化.因此,有必要对原液压系统的主要参数压力和流量进行重新计算,以满足冷床上钢装置新的工况要求.原液压系统设计中.动力油泵采用叶片泵PFE一41056,输出流量qn=72L/min,额定压力pH=21MPa,油泵一用一备.系统设2个蓄能器参与供油,型号为NXQ1一L4O,31.5,蓄能器充气压力po=6.5MPa.系统工作压力p1=12MPa,最低工作压力p2=11MPa.系统共配置10根油缸,油缸型号为DGJ63CE1E,活塞直径为063mm.4.5.1液压系统压力计算液压系统中的压力,其大小取决于外界载荷的大小.因此取上钢装置为研究对象进行受力分析,来确定液压缸的最高工作压力.当升降滑板处于低位刚要上升运动时,有关冷床上钢装置的受力分析如图3所示.这些力的作用线近似地认为分布在同一平面内.同步轴由于是旋转运动.几乎不产生惯性图3冷床上钢装置受力分析图已知参数:制动裙板总重量G,=78733N:连杆总重量G2=20384N;最大轧件重量G3=7826N(按040mm,长度81nl计).当液压缸产生的推力能够克服外界负载,推动制动裙板向上运动时.(1)裙板与轧件的摩擦力FfFn=fsina(Gl+Gff2+G=3017N其中f=o.15.(2)作用于油缸上的推力:根据力矩平衡方程:%(=0可得FAL1co=Gl(L2eosl3+Lsina)+G2(L2cosl3+L2sina)+G3L2cosfl+(L3+L4)sin+j2cos一)代入已知参数可计算出FA=236346N.(3)液压缸的最高工作压力Pn=一一=7.59MPa旷Jm蹦(4)泵的工作压力2oloF第4期总第140期冶金动力MErAI.I,URGICl虬PI113pp9.86MPa其中,系统压力损失,此处取K=I-3;A液压缸活塞面积.上面所计算的最高工作压力p是系统静态压力,系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力,而动态压力往往比静态压力高得多.所以泵的额定压力P应比系统最高压力大25%一60%,使液压泵有一定的压力储备.4.5.2液压系统流量计算制动裙板配置有1O根升降液压缸,油缸行程由110mm加长至120mm.根据轧制工艺要求,裙板的动作周期T-3s,裙板的最大上升速度0.6m/s,裙板上升时间t=0.2S.由于原液压系统中设有蓄能器作为系统的能源补充,以减小泵的流量规格,使液压缸实现快速运动.因此,带蓄能器的液压源回路的液压泵流量应按如下进行计算.当10根油缸同时动作时:(1)液压缸实际所需要的液体体积:V=10AL=3.74L其中,A液压缸活塞面积;-油缸行程.(2)液压缸实际所需要的流量:q,=10VmA=l122I_/min(3)液压泵所需要的输出流量g.j,1.3x3.74/3x60=97L/min其中,卜泄漏系数,此处K=I.3.当系统中l0根液压缸同时动作,蓄能器的工作压力从P.降为P时,系统所需要的最大有效体积AV为3.74L,将由蓄能器瞬时提供.于是:(4)蓄能器的总体积,陌将已知条件代人蓄能器体积计算公式可算出Vo=91L.分析以上计算结果可知,原液压系统中采用2个40L的蓄能器,总体积为8OL,小于计算结果Vo=91L.液压泵输出流量g=72l_/min也小于计算结果qp=97L/min.可见,原液压系统已无法满足冷床上钢装置新的工况要求.因此,必须对原液压系统进行改造.4.5.3液压系统改造根据上述所计算的压力和流量,对原液压系统进行改造.(1)考虑系统的压力损失和泄漏损失以及泵具有一定的压力储备等情况,查液压元件产品样本,选择叶片泵PFE一41085,输出流量114L/rain,额定压力21MPa,以替代原系统油泵PFE一41056,油泵由原来的一用一备改为两用一备.(2)考虑蓄能器除了作为系统的能源补充之外,还有吸收压力脉动和缓和压力冲击的作用,故新增设2个同类型的蓄能器,使蓄能器的总体积为160L,大于上述计算结果.以保证蓄能器在系统工作循环中能按工况要求提供充足的压力油.(3)为了与新系统中所需要的压力和流量相匹配,需对相关的管路和阀件规格进行相应的变大.此部分较为简单,此处就不再详细阐述.5结束语根据优化设计方案.对冷床上钢装置进行了改造,投产后到目前为止,设备动作准确可靠,矫直效果好,长期困扰冷床的乱钢问题未再发生,节约了大量检修人工,备件费用.冷床作业率,成材率以及轧件外形质量均