圓盤剪去毛刺裝置的氣動控制新裝置

馮 沙，王 勇，冀俊杰，高聰敏，鄧良豐

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江 寧波 315807)

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新技術新設備

圓盤剪去毛刺裝置的氣動控制新裝置

馮 沙1，王 勇2，冀俊杰1，高聰敏1，鄧良豐1

(1.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032；2.寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江 寧波 315807)

介紹了一種新型的圓盤剪去毛刺裝置的氣動控制裝置，該裝置將壓縮空氣分別通入去毛刺壓輥氣缸的兩腔，兩腔各裝一個減壓閥。無桿腔的推力和去毛刺裝置的重力向下，桿腔的壓縮力向上，通過調節各腔減壓閥的出口壓力，保證去毛刺輥的壓靠力在一個較合理的使用范圍內；根據來料的不同，通過調節桿腔支路的比例減壓閥，自動控制去毛刺壓輥的壓靠力，并在上位機的畫面上顯示。該氣動控制裝置已經成功應用于生產實踐。

去毛刺裝置；壓 力；比例減壓閥

0 前言

高磁感冷軋取向硅鋼又稱Hib鋼，其厚度薄，磁感高、鐵損低、超寬幅，生產工藝極其復雜，截止2011年之前，國內鋼鐵企業生產硅鋼的精整圓盤剪全部依賴進口，生產Hib極品硅鋼的剪切設備更是如此。中國重型機械研究院股份公司立足國內某鋼鐵企業高端硅鋼產品項目，針對Hib鋼超薄(厚度僅為0.15～0.35 mm)、易脆、邊裂深(最深邊裂有40 mm)、邊浪高(可達30～40 mm)的特點開發出一種新型的切邊圓盤剪。

切邊圓盤剪用來剪切帶材的邊部缺陷，保證整個帶鋼的寬度一致，提高帶鋼的寬度精度，而經過圓盤剪切邊后的帶材邊部往往都在拉斷面上存在著毛刺，需要用去毛刺輥碾壓去掉毛刺，合理剪切情況下毛刺高度一般為板厚的10%，0.3 mm板帶毛刺高度約為0.03 mm。當帶材比較薄時，且帶材的屈服極限又很低時，這時去毛刺所需要的壓靠力非常低，而一旦壓力過大極有可能會在成品板帶上留下壓痕，但往往去毛刺輥自身裝置產生的壓力就遠遠超過此要求的壓力，常規的氣動控制回路由于控制精度較差且不能滿足去毛刺壓靠力，并且現有的控制對于去毛刺裝置的壓靠力控制范圍不大、不能對不同帶材所需要的壓靠力進行任意調整，因此需要設計一種適用于薄板的去毛刺裝置的氣動控制回路。

1 去毛刺裝置

1.1 去毛刺裝置結構組成

圓盤剪的結構如圖1所示，左去毛刺裝置和右去毛刺裝置分別布置在圓盤剪出口處的兩側，并以圓盤剪中心線成對稱布置。以右去毛刺裝置為例，右去毛刺裝置具體結構圖如圖2所示，具體包括：固定在機架上的擺動架2，擺動架2上部安裝有與其連接的第一氣缸1，該擺動架2下部安裝有與其固定的去毛刺活動壓輥4，以及在去毛刺活動壓輥4下部的固定支撐輥3。當需要去毛刺時，壓縮空氣驅動第一氣缸1，第一氣缸1帶動去毛刺活動壓輥4落下，并緊緊壓靠在帶材的邊部。

圖1 切邊圓盤剪Fig.1 Structure diagram of side trimmer

圖2 右去毛刺裝置結構示意圖Fig.2 Structure diagram of right deburring device

1.2 去毛刺活動壓輥力學分析

圖3 活動壓輥的受力情況Fig.3 Force diagram of moving pressure roller

當圓盤剪切邊后需要去毛刺時，壓縮空氣通入氣缸的無桿腔，這時帶材接觸處活動壓輥所受的力由圖3可得

Nl2=F1l1+Gl3

(1)

即

N=F1l1l2+Gl3l3

式中，F1為氣缸無桿腔的推力；G為去毛刺活動裝置的重力；N為活動壓輥所受的支撐力；

設F為輥面接觸處帶材所受的壓靠力，

則

F=N=F1l1l2+Gl3l2

(2)

因考慮到去毛刺活動壓輥壓靠帶材時，帶材會產生彈性變形，設Δt為產生的彈性變化量；t為帶材的厚度。

則由σsE=Δtt，可得Δt=tσsE

上式，取σs≤400 MPa、t=0.3 mm；則Δt=0.000 57 mm

圖4 帶材的彈性變化示意圖Fig.4 Elasticity varies diagram of strip

由圖4可求得當Δt=0.000 57時，y=0.43 mm，y為去毛刺時輥子接觸帶材的長度；

當去毛刺活動壓輥壓下去毛刺時，

F=kymσb

(3)

式中，m為毛刺的寬度，可近似認為等于毛刺的高度，而毛刺的高度約等于帶材厚度的10%，當取t=0.3 mm時,m=0.03；k為安全系數，根據去毛刺輥裝置現場使用的情況，一般取k=5～8；σb≤500 MPa。

由以上數據代入式(3)可得，F=32.25～51.6 N

即

F1l1l2+Gl3l2=32.25～51.6 N

(4)

2 原去毛刺壓輥氣缸的氣動控制裝置

原氣動控制原理圖如圖5所示。

圖5 原氣動控制原理圖Fig.5 Principle diagram of original pneumatic control

當需要去毛刺時，YB1b通電，壓縮空氣先通過換向閥，再經過單向減壓閥，最后由單向節流閥進入氣缸的無桿腔，這時氣缸驅動的去毛刺壓輥緊緊的壓靠帶材，此時取l1l2為0.88，l3l2近似的等于0.6，G為150 N代入式(4)。

此時可得去毛刺活動裝置本身重力所產生的壓力已大于帶材所需的壓靠力，當剪切的帶材為薄帶時，則極有可能出現壓痕。

因此要想使式(4)成立，則需要給活動壓輥再施加一個向上方向的力，因此可以給氣缸的下腔即桿腔也通入壓縮空氣，則原氣動控制回路需要改進。

3 改進后的去毛刺壓輥氣缸的氣動控制裝置

改進后的氣動控制原理圖如圖6所示。

圖6 改進后的氣動控制原理圖Fig.6 Improved pneumatic control principle

(1)當圓盤剪不切邊時，此時不需要去毛刺，則YB2b通電，壓縮空氣從第一個氣路通過減壓閥1由單向節流閥進入氣缸的桿腔，氣缸無桿腔壓縮空氣通過單向節流閥、單向減壓閥從電磁換向閥排出，去毛刺壓輥抬起。

(2)當圓盤剪切邊，去毛刺壓輥需要工作時，YB2a通電，這時壓縮空氣由換向閥進入第二個氣路，并通過減壓閥2、單向節流閥進入氣缸的無桿腔，而第一個氣路則始終通有壓縮空氣，并通過減壓閥1、單向節流閥進入氣缸的桿腔， 減壓閥1，減壓閥2可各自設定減壓壓力值，氣缸壓下的過程中，為防止桿腔的壓力增大并能完成溢流排氣功能，特在選取減壓閥1時，必須使減壓閥1具有二次溢流快速排氣功能。

當氣缸下壓靠在帶材上時，此時可得

Nl2+F2l1=F1l1+Gl3

(5)

即

N(F1-F2)l1l2+Gl3l2

其中F2為氣缸桿腔的拉力。

又由N=F可得

F=(F1-F2)l1l2+Gl3l2

(6)

本去毛刺輥裝置的氣缸大小為φ50/φ25，設氣缸無桿腔的減壓壓力為P1，氣缸桿腔的減壓壓力為P2；

則當P1取0.35 MPa時，此時無桿腔所施加的推力F1=687 N；

同時P2取0.5 MPa bar時、此時桿腔所施加的拉力F2=736 N；

取l1l2為0.88，l3l2近似的等于0.6，G為150 N；

把以上數值代入式(6)可得F=46.88 N

由以上結果可得，此值完全符合F=32.25～51.6

在圖6中，減壓閥2為氣動比例減壓閥，使用時可以把來料的參數在上位計算機傳送或者從觸摸屏上輸入，并傳送給可編程控制器，可編程控制器根據控制模型運行程序以此來自動設定控制去毛刺輥壓輥的適宜壓靠力，并換算到比例減壓閥的電壓信號輸入，該電壓信號可控制電控減壓閥的出口壓力，即改變氣缸無桿腔的壓力，進而改變輥面帶材的壓靠力，同時可編程控制器把控制的過程和結果數據上傳到上位計算機和觸摸屏，并在畫面上顯示,具體的參數設定控制框圖如圖7所示。

圖7 參數設定控制框圖Fig.7 Control diagram of parameter setting

4 結論

(1)改進后的氣動控制原理要求壓縮空氣分別通入去毛刺壓輥氣缸的兩腔，而且兩腔各裝一個減壓閥，通入氣缸桿腔的壓縮空氣產生一個向上的力，此力便可部分抵消去毛刺裝置自身的重力，從而可以保證去毛刺壓輥的壓靠力在一個合理的使用范圍內。

(2)在氣缸的無桿腔安裝一個比例減壓閥，可以根據來料參數的不同，自動設定控制去毛刺壓輥的適宜壓力，并在上位機的畫面上顯示。

(3)2012年11月此去毛刺裝置的氣動控制已成功應用于武鋼四硅鋼某精整機組，去除毛刺效果明顯、可靠，并得到用戶的一致好評。

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A new application of pneumatic control for deburring device side trimmer

FENG Sha1, WANG Yong2, JI Jun-jie1, GAO Cong-min1, DENG Liang-feng1

(1. China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710032, China；2.Ningbo Baoxin Stainless Steel Co., Ltd., Ningbo 315807, China)

A new pneumatic control device of deburring device side trimmer is proposed. The compressed air flows into two cavities of the deburring roll cylinder, and two reducing valves are installed on two cavities separately. Thrust force of non-pole cavity and gravity of the deburring device are downward, and pole cavity is putting an upward pressure. It can make sure that pressure of the deburring roll is in a reasonable range, through adjusting outlet pressure of every reducing valve. The deburring roll pressure is controlled automatically according to the different materials, through adjusting proportional reducing valve of pole-cavity, and the pressure is displayed on computer screen. The pneumatic control device is successfully put into production.

deburring device；pressure；proportional reducing valve

2014-10-21；

2014-12-10

2013年度科研院所技術開發研究專項資金資助項目(2013EG119117)；陜西省2013年重大科技創新項目專項資金資助項目(2013ZKC(二)01-01)。

馮沙(1981-)，男，中國重型機械研究院股份公司工程師。

TG333

A

1001-196X(2015)01-0012-04