文献综述-高速线材打包机结构改造设计

附录 2 文献综述高速线材打包机结构改造设计魏英杰(燕山大学里仁学院 机械工程系 机械制造及其自动化 秦皇岛)摘 要 ： 比 较 了 半 自 动 打 包 机 与 高 自 动 打 包 机 在 工 作 过 程 中 的 优 缺 点 ， 综 述 了 高 自动 打 包 机 在 瑞 典 ， 意 大 利 ， 日 本 以 及 中 国 的 研 究 情 况 。 分 析 了 打 包 机 的 发 展 趋 势 ，讨 论 了 自 动 打 包 机 和 半 自 动 打 包 机 在 工 作 中 存 在 的 问 题 并 指 出 国 内 半 自 动 打 包 机今 后 应 当 着 重 解 决 的 技术难点。关键词：高速线材；打包机；结构改造一、课题国内外现状线材在很多领域扮演着相当重要的角色， 所谓的线材是指直径为 5-4mm 的热轧圆钢和10mm以下的螺纹钢。它是用作钢筋混凝土的配筋和焊接结构件或再加工（如拔丝，制 钉 等 ） 原 料 。 另 外 线 材 中 应 用 广 泛 的 是 高 速 线 材 ,所 谓 的 高速 线 材 是 指 用 高 速 轧 钢 机 轧 制的线制钢材。类似线材的钢材还有棒材，卷材等。按照包装国家标准汇编的有关规定，各种不同类型的金属成品，在一定的规格范围内出厂前必须包装成卷或捆，包装的方式多样，但对紧实度有一定的要求，而且要有相应的标志。对应的每种钢材都有适应它的打包机构，即所说的金属材料捆扎机。所谓的金属材料捆扎机是指冶金工厂将其生产的钢材或其他金属材料进行机械化捆扎包装，以便于储存和运输的设备。 打捆机的种类繁多，按照捆扎材料的形状，可分为钢带类打捆机和钢丝类打捆机;按照动力系统可分为电动打捆机、液压打捆机和气动打捆机;按照自动化程度可分为全自动打捆机、半自动打捆机和手动打捆机;按照打捆时被捆扎对象所处的状态来划分，可以分为卧式打捆机和立式打捆机;按照功用可分为板卷打捆机、板叠打捆机、盘卷打捆机和型钢棒材打捆机等。用钢带进行捆扎的特点是捆腰平整，在带结处没有突起的尖锐断口，不易划伤成品钢材的表面。从满足打捆质量要求的角度来讲，采用钢带作为捆扎材料，可用来对任何材料进行捆扎，尤其适用于对表面质量有严格要求的冷轧钢板和带卷。但是它也有其不足之处，由于用钢带捆扎，需要特制的钢带和封口卡扣，使得其成本高，而且捆扎周期长。相比之下，用盘条或钢丝打捆由于取材方便，而且线结的形成比较容易，使得打捆速度快、周期短，从方便和实用的角度考虑，对于线材盘卷和型钢棒材及管材，多采用钢丝类打捆机进行捆扎。在当今比较流行的打捆机中，用钢带捆扎的打捆机多为气动式，或者兼有气动及液压驱动装置;用钢丝捆扎的打捆机多为液压式。打包机主要由打包机主体和线库（Wire Magazine）两部分组成。线库部分由外方提供图纸，国内制造，结构比较简单，在这里不作详述。钢 材 打 捆 机 的 基 本 工 作 原 理 是 利 用 金 属 捆 扎 材 料 既 有 钢 性 ， 又 有 塑 性 的特 点 ， 首 先 采 用 推 进 （ 也 有 用 拉 进 ） 的 方 式 令 其 沿 特 定 的 轨 道 送 出 ， 对 被 捆扎 对 象 形 成 包 绕 并 紧 箍 在 被 捆 扎 对 象 的 外 面 ， 然 后 将 两 个 端 头 联 结 （ 俗 称 打结 ） 并 与 后 面 的 捆 扎 材 料 分 离 ， 这 样 便 在 被捆扎对象的周围形成一个封闭的金属环，使其成为整体。一 般 打 捆 机 的 工 作 过 程 大 致 为 ： 1.打 捆 定 位 2.导 线 （ 带 ） 轨 闭 合 3.送捆 线 （ 带 ） 及 抽紧 4.夹紧，剪切及成型 5.复位。二、研究主要成果 目前在线材打包机这一领域，国外的研究成果有前苏联黑色冶金机械化科学所研究的钢带类打捆机，如图 1 所示。图1 前苏联黑色冶金机械化科学研究所打捆机简图 1围盘； 2捆扎头； 3捆带拉引机构； 4捆带供给机构；5液压驱动装置；6开卷机；7板叠 图2 PCH-4KNA 型卧式打捆机1-左移动压实板；2-右移动压实板；3-打包头；4-送线器；5-中心线道；6-弯曲线道；7-升降台瑞典森德斯（SUND/BIRSTA）公司制造的 PCH-4KNA 型卧式打捆机，如图2所示。首钢自行研制的卧式线材打捆机，如图3所示。图3 首钢自行研制的卧式线材打捆机 1-压实缸； 2-支座 ； 3-压实头； 4-吊卷钩； 5-托起机构；6-拧扣机构北京航空航天大学改造的达涅利打包机，如图 4 所示。图 4 北航打捆机结构示意图图中序号部件名称：1-捆丝除锈器；2-蓄丝液压锁；3-蓄丝送丝滑轮组；4-送丝滑轮组；5- 支撑立板；6- 捆丝；7-上支臂油缸；8- 送丝力调节机构；9-送丝压轮；10-打捆上抱臂；11- 上送丝导槽；12-下送丝导槽；13-送丝主轮及送丝马达；14-剪切机构；15- 剪切油缸；16-拧紧头；17- 挤平机构；18-防脱油缸；19-打捆机下抱臂；20-拧紧油缸；21-下支臂油缸；22-蓄丝抽丝油缸；23-驱动马达。除了以上四种国内外的常见打包机，还有意大利的达涅利（DANIELI ） 公司,日本的潼川公 司 ， 德 国 的 小 西 马 公 司 ， 荷 兰 的 泰 伯 勒（ NUMTEC/TEBULO） 公 司 ， 德 国 的史密斯公司及法国的伯特拉姆（BOT ALAM） 公司。国内的研究成果有冶金工业部北京冶金设备制备厂研制的D BJ 打捆机等。以下是国外打包机的特点与主要参数：国外最大的打捆机供应商是瑞典的森德伯斯德(SUND IBIRSTA)公司，该公司生产的主要产品的特点如下:.设备采用液压操作，传动功率大，动作平稳，工作精确度高；.设备中使用了可互换的标准组件，便于维修；.结构紧凑，占用空间少；.可根据需要，配备各种不同类型的辅助设备，如配备KNOG防热装置，可以处理高温线材;配备KNOV系统，可以将线材结压下，使其紧贴捆材;配备KNOM加标签机，可以完成自动加标签的任务;还可配备运输，压实及点算等设备。该公司生产的打捆机的性能参数及销售情况见表1。日本的潼川公司也是一家生产线棒材打捆机定型产品的老厂， 该公司从60年代初就开始进行轧钢精整设备自动化方面的研究 。 该公司所生产的 TBM 系列全自动液压打捆机的性能特点如下： 打 捆 头 中 采 用 了 差 动 齿 轮 机 构 ， 捆 线 的 夹 紧 ， 切 断 及 拧 扣 等 操 作 仅 由 一液压马达驱动，使得结构简单，易于控制，维护方便；捆扎时间短，大型机8秒；中型机4秒；小型机2.5秒；供线采用双重控制机构，连续控制，捆扎操作稳定。 该机全部为液压驱动，捆扎速度，夹紧力易于调节。 意大利的达涅利（DANIELI）公司生产打捆机的特点是系列化，自动化程 度高，其产品的性能参数及销售情况见表2。三、发展趋势 从国外各打捆机制造商推出产品的更新换代可以看出打捆机的研制是向着如下几个趋势发展的：1.自动化智能化2.高效率3.系列化 标准化。这是任何一个行业竞争的必然结果。要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，为了赢得用户，就要使换代产品之间具有继承性，对大部分构件进行标准化设计，以提高备件的通用性，降低用户的更新费用。为此，进行打捆机的系列产品开发，从一开始，就要将起点定高，才能长盛不衰。总的来说，打捆机的发展趋势是动作周期短，耗能低，投入少，寿命长，智能化水平高，环保性能好。表1 SUND/BIRSTA 公司打捆机产品简介（销售数量截止1988 年）型号 捆扎对象 性能特点 研制年代销售数量（台）KNA线材盘条和型、棒、管材捆线：35.5mm，含碳量0.08%，捆扎时间：911s，最大拉紧力：3.4KN功率：4KW1966 60KNRA线材盘条和型、棒、管材捆线：35.5mm，含碳量0.08%，延伸率45%捆扎时间：914s，功率：4KW1966 100KNS 型棒材捆线：36mm，捆扎时间：26.5s，功率：5.5KW1967 254KNSS 大规格的型棒材捆线：5.5mm，捆扎时间：2025s，功率：5.5KW1976 88KNSB 多种规格的型棒材捆线：5.5mm功率：5.5KW1967 至1990年54台KNA-SBD线、棒材及型钢捆线：7mm带双线轨功率：5.5KW1979 至1990年15台表 2 DANIELI 公司打捆机产品简介（销售数量截止 1980 年）型号 捆扎对象 捆线直径 打捆周期 研制年代 销售数量LF 120-650mm棒材 4-10mm 5-20S 1975 110多台LP 320320-500500mm型钢 6-10mm 15-20S 1975 20多台LB 厚度250mm,长度1000-2200mm盘卷 6-8mm 14-22S 1975 约30台四、存在问题在 实 际 中 ， 国 外 高 自 动 打 包 机 虽 然 是 一 套 比 较 成 熟 的 设 备 ， 但 是 也 存 在一 些 问 题 。 其 常见故障及处理方法见表3。表3 国外高自动打包机常见故障及处理方法故障 原因 处理方法打捆机不启动打捆 不在初始状态检查压力盘信号（S3 S6）,升降平台（S10）,线导（S14），摆头（S20）与线交接信号等 P/F盘卷中心不在 C 型钩中心或卷未压紧 压力盘速度不同压力盘编码器信号（S7 ，S17）升降平台不能上升到最高位 S8 信号未到检查光电管 S8，检查阀线路喂线不能实现 摆头或线导不在喂线位置 检查摆头 S20 与 S21，线导S2，线导动作阀 Y11喂线或回抽时出现问题编 码 器 或 摆 头 不 在喂 线 位置检查喂线单元 S18， 编码 器及接轴， 摆头 S23 与给 定设置等摆头停止在初始位置 开关，气缸，阀故障 检查开关 S1，气缸 C9， 阀Y11，设置等扭结不停 开关 S23 故 障 检查 S23，设置等润滑泵不能启动 油位低， 油温高， 蝶阀位置检查油位信号与实际状态，检查温度计与实际温度检查阀口信号在 我 们 国 家 打 包 机 是 半 自 动 化 的 ， 需 人 工 穿 线 ， 自 动 化 程 度 低 ， 而 且 打 结的 位 置 很 不 理 想 ， 在 打 结 的 一 端 有 一 小 结 头 ， 这 样 在 每 次 装 卸 的 过 程 中 都 会碰 到 这 个 结 头 ， 而 不 巧 的 是 线 材 从 厂 家 到 用 户 需 要 经 过 多 次 装 卸 ， 装 卸 过 程大 致 为 ： 厂 家 汽 车 （ 运 输 工 具 ） 码 头轮船码头汽车（运输工具）用户。这样经过至少 6 次碰撞后，结头可能会断， 使 钢 捆 变 松 或 散 包 ， 达不 到 用 户 的 要 求 。 另 外 ， 购 买 国 外 的 高 自 动 化 打 包 机 价 格 很 贵 ， 所 以 我 们 要自 主 研 发 改 进 ， 用 以 改 变 现 有 国 产 打 包 机 扭 结 位 置 与 形 状 不 合 理 ， 在 运 输 中 易散 包的关键问题。五、主要参考文献 1 李 建 华 . 自 动 打 捆 机 在 高 速 线 材 厂 的 应 用 . 自 动 化 信 息 ， 2008,5：58-59，612 莫韶斌. 瑞典森得斯打捆机新型打包头K NB的结构和维护要点. 机床与液压, 2005,6:202-2033 冯国良. 新型高温线材打捆机. 重庆大学学报: 自然科学版， 2001， 4：31-334 卢爱民. 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