淺析鋼卷翻轉(zhuǎn)工作平臺的方案優(yōu)化

王文東，付 君

(1.萊蕪鋼鐵集團板帶廠，萊蕪 271104；2.山東省農(nóng)業(yè)機械科學研究所，濟南 250100）

鋼鐵是工業(yè)的糧食，我國近年來良好的經(jīng)濟形勢，極大的推動了國內(nèi)機械行業(yè)的大發(fā)展，隨之帶來對鋼材的需求量不斷上升。加快鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)技術改造，提高鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)效率和安全系數(shù)，是國家經(jīng)濟發(fā)展的需要，也是市場經(jīng)濟下現(xiàn)代化企業(yè)管理的需要。帶鋼是鋼鐵企業(yè)主要產(chǎn)品，根據(jù)帶鋼生產(chǎn)工藝要求，需要對帶鋼進行退火處理，而鋼卷位置的變動成為退火過程中的必要工序，研究一種簡易、靈活的鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機構，對鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)具有十分重要的實用價值。

1 鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機的作用

鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機顧名思義，就是對鋼卷進行翻轉(zhuǎn)和輸送，在帶鋼生產(chǎn)過程中，需要對鋼卷進行退火處理，而鋼卷的常態(tài)為橫向平臥，鋼卷退火時的狀態(tài)為縱向豎立，所以在對鋼卷新型退火處理前，需要將鋼卷位置進行翻轉(zhuǎn)，鋼卷重量一般在10噸至30噸之間，用人工翻轉(zhuǎn)不現(xiàn)實，只能依靠翻轉(zhuǎn)設備進行專業(yè)翻轉(zhuǎn)。在帶鋼生產(chǎn)車間，對鋼卷翻轉(zhuǎn)完成后，需要用吊鉤等輔助設備將帶鋼進行轉(zhuǎn)移托運。

2 鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機的現(xiàn)狀

目前，用于實現(xiàn)鋼卷翻轉(zhuǎn)及輸送功能的設備基本上是通過不同的裝置來實現(xiàn)的，即將鋼卷放置在翻轉(zhuǎn)機上進行翻轉(zhuǎn)，吊運至輸送設備輸送，這樣的翻轉(zhuǎn)及輸送過程是由兩個不同的裝置，即翻轉(zhuǎn)機和輸送臺車分別完成的。常見鋼卷翻轉(zhuǎn)機主要有以下兩種。

2.1 機械式翻轉(zhuǎn)機

機械式翻轉(zhuǎn)機的主要功能是將鋼卷由立式翻轉(zhuǎn)成臥式，或由臥式翻轉(zhuǎn)成立式。其主要特點是:（1）該設備適用于10 t至30 t的鋼卷，翻轉(zhuǎn)時間為20秒至30秒;（2）對安裝場地要求不高;（3）該設備在翻轉(zhuǎn)過程中采用液壓傳動方式;（4）因為鋼卷的停放位置相對集中和固定，所以擺放鋼卷時必須要進行準確無誤的操作。

2.2 液壓驅(qū)動翻轉(zhuǎn)機

液壓驅(qū)動翻轉(zhuǎn)機有以下的主要特點:（1）由于常見尺寸一般都比較大(內(nèi)徑508 mm、外徑1 900 mm、高1 500 mm)，所以要求的鋼卷的轉(zhuǎn)彎半徑也較大；鋼卷的重量也較大(30噸)，所以在進行翻轉(zhuǎn)時就需要較大的驅(qū)動壓力；（2）通過兩個對稱液壓缸的運動來完成托板2的上升和下降；與液壓缸連接的兩托板在接觸到鋼卷時，在外負載的作用下，液壓缸內(nèi)的壓力不斷升高，在液壓系統(tǒng)中裝有壓力繼電器，當壓力達到壓力繼電器的調(diào)定值時，壓力繼電器發(fā)出電信號，通過換向閥的功能，加上其他基本回路，就可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動鎖緊，從而支撐住鋼卷；（3）該設備由于尺寸和重量都比較大，其轉(zhuǎn)動軸設計為實軸，所以必然要求轉(zhuǎn)動軸的直徑和長度都比較大；（4）翻轉(zhuǎn)支架和翻轉(zhuǎn)鋼卷所需的動力由翻轉(zhuǎn)液壓缸來提供。

2.3 功能對比

通過以上兩種翻轉(zhuǎn)機的特點比較，可以看出上述兩類翻卷機存在很多弊端，主要缺點為:（1）功能單一，設備使用率不高；（2）在實際工作過程中，往往要求鋼卷要實現(xiàn)由臥式到立式以及從立式到臥式兩種情況的翻轉(zhuǎn)過程，但上述翻卷機只能實現(xiàn)單向翻轉(zhuǎn)；（3）機械式翻卷機的底座是固定的，這樣會在一定程度上影響車間布局；（4）占地面積較大，且底座固定，不便于行走臺車的安裝和使用；（5）采用實軸轉(zhuǎn)動，軸的直徑和長度都設計的比較大；鋼卷本身的轉(zhuǎn)彎半徑也比較大，以至在進行翻轉(zhuǎn)時需要較大的驅(qū)動力（6）吊裝次數(shù)增多，生產(chǎn)效率比較低。通過以上對兩種翻卷機的分析可知，該類機型的性價比很低。所以對傳統(tǒng)形式的翻卷機進行技術改造和升級是非常有必要的。

3 鋼卷輸送機的優(yōu)化方案

考慮到帶鋼帶卷的重量和體積比較大，且翻轉(zhuǎn)動作是在可移動的車體上完成的，在進行翻轉(zhuǎn)工作臺的方案設計時，就要充分考慮承載方式、翻轉(zhuǎn)方式和驅(qū)動方式。由于液壓驅(qū)動可提供較大的驅(qū)動力，且可保證帶卷翻轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)性，故驅(qū)動方式考慮采用液壓方式驅(qū)動。執(zhí)行機構設計主要考慮以下兩種方案：

3.1 方案一

翻轉(zhuǎn)平臺繞一實心軸轉(zhuǎn)動，其簡化模型如圖1所示，根據(jù)分析圖1所示的翻轉(zhuǎn)機構具有如下特點：（1）在翻轉(zhuǎn)過程中鋼卷的重心位置0點距離翻轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)中心a店距離較遠，導致翻轉(zhuǎn)力矩較大，為了克服較大的阻力矩，所需的驅(qū)動力F較大；（2）距離L較大，翻轉(zhuǎn)工作臺的支撐軸受力也比較大，其直徑、長度將會設計的比較大；（3）由于所設計的翻轉(zhuǎn)輸送工作臺承重較大，且體積也較大。采用圖示的工作臺結(jié)構，為了滿足使用要求，翻轉(zhuǎn)工作臺的體積和質(zhì)量也將被設計得比較大。

圖1 方案一

圖2 方案二

以上所述的不足之處會使機器在生產(chǎn)過程中帶來一些問題，比如軋廠所使用的上述形式的翻轉(zhuǎn)工作臺，因所需要的功率、體積都比較大，承受的載荷也比較大，在使用過程中，一根直徑420毫米、長4 400毫米的翻卷機回轉(zhuǎn)軸就因疲勞強度嚴重不足而出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象，裂紋長度達到200～240毫米。這種翻轉(zhuǎn)工作臺之所以會有上述缺點，主要還是因為在翻轉(zhuǎn)過程中鋼卷重心位置距翻轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動中心的距離比較遠，翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的負載阻力力矩較大所造成的。

3.2 方案二

對方案一中的機構進行改進，通過減少帶卷重心和翻轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動中心的距離，達到降低阻力矩的目的。如圖2所示，設計采用兩個托輥分左右支撐住整個工作臺，將方案一中的回轉(zhuǎn)軸去掉，通過兩個托輥的支撐作用，翻轉(zhuǎn)工作臺工作時仍然是圍繞該“回轉(zhuǎn)軸”進行

翻轉(zhuǎn)的，但實際上這根回轉(zhuǎn)軸并不存在，即為一根虛擬軸。采用方案二的結(jié)構，鋼卷的重心0點與翻轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心a點間的水平距離變得很小，有時甚至可以重合。這樣的結(jié)構可以徹底克服方案一中結(jié)構的缺點，使結(jié)構更加緊湊、合理，既實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)的功能，又可有效降低翻轉(zhuǎn)所需要的功率，節(jié)約了能源和材料。

4 結(jié)束語

綜合上述兩種方案，在新型鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機的設計中，對鋼卷翻轉(zhuǎn)機構采用同心回轉(zhuǎn)結(jié)構，即如方案二所示，鋼卷和翻轉(zhuǎn)平臺同心旋轉(zhuǎn)，極大的減少了鋼卷翻轉(zhuǎn)阻力矩；同時將單軸支撐變?yōu)殡p托輥支撐，降低了單軸的應力，增大了翻轉(zhuǎn)平臺的受力面，使翻轉(zhuǎn)平臺工作更平穩(wěn)。

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