板料清洗機(jī)輥筒傳動(dòng)裝置的優(yōu)化改進(jìn)

陶中杰

（上汽大眾汽車有限公司沖壓中心，上海 201806）

0 引言

在汽車沖壓成形工序中，為保證汽車外覆蓋件的表面質(zhì)量及改善板材的拉伸性能，沖壓加工前要對(duì)板材進(jìn)行清洗和涂油。這道工序?qū)η逑从偷酿ざ群土蚝康燃夹g(shù)參數(shù)有特殊要求。同時(shí)要求清洗板材用的清洗油可循環(huán)利用，不會(huì)發(fā)生外泄污染周邊環(huán)境。因此，一般在拆垛機(jī)后面，噴油機(jī)或?qū)χ信_(tái)前設(shè)置專用清洗機(jī)。

沖壓11 線自動(dòng)化生產(chǎn)條線配備的清洗機(jī)僅用于板料的清洗，適用于ST12、ST13、ST14，表面特征03、04、05 的鋼板、鋁料以及未涂層或鍍鋅的鐵板的清洗、刷凈和擠干。被清洗的板材必須具有DIN EN 10 029（7 mm/m 的測(cè)量長(zhǎng)度）或者是DIN EN 10 131（3 mm/m 的測(cè)量長(zhǎng)度）所規(guī)定的的平整度，從清洗機(jī)中出來的板材料上下表面都會(huì)有一層清洗劑膜。

1 問題

沖壓11 線清洗機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，鋼板料從清洗機(jī)出口處向噴油機(jī)及對(duì)中臺(tái)輸送過程中，板料的前端及中部區(qū)域會(huì)彎曲上翹，導(dǎo)致料片撞擊噴油機(jī)或者越過對(duì)中臺(tái)的對(duì)中擋塊，如果是兩張對(duì)稱的料片，還會(huì)產(chǎn)生偏移及扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)卡料，損壞擠干輥光滑表面，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)修理，增加維修成本。

2 優(yōu)化改進(jìn)

為了解決現(xiàn)有清洗機(jī)擠干輥卡料和利用率的不足,本實(shí)用新型提供一種新的傳動(dòng)鏈輪，該鏈輪不僅可實(shí)現(xiàn)較高的傳動(dòng)速比，解決卡料問題，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，通用性強(qiáng)，還能將擠干輥的使用壽命延長(zhǎng)一倍。

圖1 清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.1 清洗機(jī)工作原理

清洗機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，減速電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)下送料輥，下送料輥通過一對(duì)m=12、z=22 的聚氨酯材質(zhì)齒輪嚙合帶動(dòng)上送料輥運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)具有聚氨酯類表面涂層的送料輥將鋼板拉入清洗機(jī)，通過從上至下的清洗油輸送管中連續(xù)流出的精細(xì)清洗劑進(jìn)行噴洗，鋼板上的污垢顆粒被溶解并被沖到油箱內(nèi)。同時(shí)，在鋼板運(yùn)行反方向相反的一對(duì)帶有軟貝倫鬃的毛刷輥（位于擠干輥和送料輥之間）完成清洗動(dòng)作。此外，毛刷輥還在板材表面引起激烈的清洗機(jī)漩渦，在毛刷輥的后面還有2 個(gè)噴管，將清洗機(jī)噴流再次噴向板料的上表面和下表面。

下送料輥另一端的一個(gè)27/27 齒數(shù)的雙排鏈輪，與下擠干輥對(duì)應(yīng)端的一個(gè)38/38 齒數(shù)的雙排鏈輪通過鏈條連接，形成27/38 的傳動(dòng)比；下擠干輥另外一端通過一對(duì)m=12、z=31 的聚氨酯材質(zhì)齒輪嚙合帶動(dòng)上擠干輥運(yùn)轉(zhuǎn)；上下擠干輥之間壓力（8～12 MPa）可以通過上擠干輥兩端的連接油缸液控回路調(diào)節(jié)。擠壓除去大部分殘存在鋼板上的油液，并形成一個(gè)規(guī)定油膜（油膜總質(zhì)量≤1.5 g/m2），將料片送入噴油機(jī)或過渡皮帶機(jī)。

進(jìn)料輥和擠干輥正常生產(chǎn)時(shí)同時(shí)被驅(qū)動(dòng)，如果清洗機(jī)停止，上進(jìn)料輥和擠干輥通過其兩端的液壓缸被提高，上擠干輥的液壓缸還用于調(diào)整符合板材厚度和留在板材上的清洗液劑量的擠干輥壓力。

2.2 卡料原因分析

（1）檢查清洗機(jī)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸、進(jìn)料輥和擠干輥的傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)鏈輪、鏈條以及輥面質(zhì)量，均未發(fā)現(xiàn)異常。清洗機(jī)擠干輥4 個(gè)軸承溫度監(jiān)測(cè)顯示值40～43 ℃，表明擠干輥軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（2）檢查清洗機(jī)液壓控制回路。清洗機(jī)液壓控制與若干控制進(jìn)料輥和擠干輥的調(diào)節(jié)高度相互關(guān)聯(lián)，由裝配在一塊液壓分配板上的液壓元件組成。液壓聯(lián)動(dòng)裝置是一個(gè)氣壓驅(qū)動(dòng)的活塞泵（壓縮空氣，0.6 MPa）,在液壓系統(tǒng)里壓力最高可達(dá)14 MPa。正常工作時(shí)，送料輥壓力3～5 MPa，擠干輥工作壓力6～12 MPa?，F(xiàn)場(chǎng)檢查送料輥壓力5 MPa，擠壓輥壓力10 MPa，在正常范圍內(nèi)，表明清洗機(jī)液壓系統(tǒng)正常。

（3）檢查清洗機(jī)液壓及機(jī)械傳動(dòng)正常，分析故障原因很可能是擠干輥與送料輥線速度出現(xiàn)誤差，由于送料輥和擠干輥共用一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，速差來源于各輥之間磨損造成的直徑誤差，因此測(cè)量送料輥和擠干輥直徑（各測(cè)9 個(gè)點(diǎn)）。由于輥?zhàn)映使男停渥畲笾禐檩佔(zhàn)拥膶?shí)際直徑，測(cè)量結(jié)果見圖2?？梢钥闯?，進(jìn)料輥和擠干輥直徑分別為270 mm 和373 mm。進(jìn)料輥標(biāo)準(zhǔn)直徑應(yīng)為270 mm，因此其基本無磨損，而擠干輥的標(biāo)準(zhǔn)直徑為380 mm，由于清洗機(jī)使用中，板料因各種原因卡在清洗機(jī)內(nèi)造成擠干輥表面損壞，當(dāng)擠干輥損壞后必須進(jìn)行換料修磨，由于擠干輥表面采用的是特殊的3M 無紡布材料覆蓋而成，每次委外修理造成擠干輥直徑減小?？梢钥闯?，擠干輥直徑比原來減少約7 mm，可能會(huì)引起兩者速差較大的變化，因此需要計(jì)算其線速度。

圖2 擠干輥直徑測(cè)量結(jié)果

根據(jù)擠干輥直徑測(cè)量結(jié)果計(jì)算其線速度（表1）?？梢钥闯?，當(dāng)擠干輥直徑為373 mm 時(shí)，擠干輥的線速度（1567 mm/s）比送料輥（1597 mm/s）小30 mm/s，查閱清洗機(jī)資料，標(biāo)準(zhǔn)直徑為380 mm 的擠干輥與標(biāo)準(zhǔn)直徑為220 mm 的送料輥線速度計(jì)算結(jié)果均為1597 mm/s，對(duì)比之下可以看出，由于線速度差的存在，料片在送料輥與擠干輥之間產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象（圖3），當(dāng)料片送出清洗機(jī)時(shí)就會(huì)撞擊噴油機(jī)或越過對(duì)中擋塊，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致清洗機(jī)嚴(yán)重卡料，損壞擠干輥表面無紡布材料，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和較長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)。

表1 線速度計(jì)算結(jié)果

圖3 擠干輥正常尺寸和磨損后線速度模擬圖

由于清洗機(jī)需要清洗的是鋼制料片，厚度0.5～2 mm，這種厚度料片有時(shí)會(huì)劃傷擠干輥表面，劃傷后清洗機(jī)無法將料片清洗干凈，需要更換劃傷的那部分表層。由于聚氨酯表層是分塊安裝在鋼制軸心上，只需換掉劃傷部分即可，為了使表面平整，需要進(jìn)一步研磨。這樣，經(jīng)過一次次研磨，擠干輥尺寸會(huì)逐次減小，當(dāng)直徑減小到引起擠干輥和送料輥的速差達(dá)到一定程度時(shí)，料片便會(huì)彎曲，清洗機(jī)無法正常工作。圖4 為劃傷后修復(fù)的擠干輥，深色部分為未損壞部分，淺色部分為更換后的部分。

圖4 劃傷后修復(fù)的清洗機(jī)擠干輥

2.3 解決方案

以往研磨兩次后的擠干輥直徑過小時(shí)，為了避免速差引起的料片彎曲等現(xiàn)象，一般更換新的擠干輥。經(jīng)以上分析可以看出，既然料片彎曲是由進(jìn)料輥和擠干輥的速差引起的，修正此速差就可以避免故障的發(fā)生。實(shí)際生產(chǎn)中，除了改變擠干輥直徑外，還可以通過改變傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來改善速差，改善傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要有以下4 種方式：

（1）將進(jìn)料輥和擠干輥共用一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改為單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，每一對(duì)輥?zhàn)拥木€速度可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)方式也是新型清洗機(jī)采用的主流驅(qū)動(dòng)方式。該方式可以有效避免此類清洗機(jī)卡料，直至擠干輥無紡布覆蓋層用光。但對(duì)11 線清洗機(jī)而言，如此改造將涉及增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)、改造外部罩殼、電氣程序修改、控制面板改造等多方面，另外整線至少需要停產(chǎn)3 d，維修費(fèi)用巨大，因此不具有現(xiàn)實(shí)可操作性。

（2）將上下進(jìn)料輥傳動(dòng)齒輪齒數(shù)從22 齒增加至23 齒，可使擠干輥線速提升約1/22。

（3）將下擠干輥端部傳動(dòng)雙排鏈輪齒數(shù)從38 齒降低至37齒，可使擠干輥線速提升約1/38。

（4）計(jì)算速差占擠干輥線速的比例。擠干輥的線速度為1567 mm/s，比送料輥（1597 mm/s）小30 mm/s，所占比例為1/52，相比而言更接近于1/38。綜合考慮得出,最簡(jiǎn)單有效的方法是更改擠干輥的鏈輪齒數(shù)。

改變下擠干輥被動(dòng)雙排鏈輪的齒數(shù)，將原來的38 齒改為37 齒（圖5）。計(jì)算進(jìn)料輥和擠干輥的線速度，得出其速度差已經(jīng)減少至12 mm/s，這個(gè)速差是否在允許范圍內(nèi)，需要在實(shí)際運(yùn)用中進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)得知，前后速差應(yīng)保持在3 mm/s 以內(nèi)。

3 改進(jìn)效果

對(duì)11 線清洗機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，將傳動(dòng)鏈輪的齒數(shù)由原來的38 齒改為37 齒，改造后的線速度計(jì)算結(jié)果見表2，實(shí)踐驗(yàn)證，提高擠干輥線速度可解決清洗機(jī)的卡料問題。清洗機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)產(chǎn)生的效益：①優(yōu)化后的傳動(dòng)系統(tǒng)適用于擠干輥、送料輥、刷輥共用同一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的清洗機(jī)，對(duì)其他類似結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置具有參考價(jià)值；②延長(zhǎng)擠干輥的使用壽命，優(yōu)化前擠干輥的壽命為只能修磨3～4 次（最小374 mm），改進(jìn)后使用壽命可以提高研磨次數(shù)到8 次（最小365 mm），相當(dāng)于擠干輥的使用期限提高一倍；③節(jié)省備件采購(gòu)費(fèi)用。

圖5 修改傳動(dòng)鏈輪齒數(shù)

表2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后線速度計(jì)算結(jié)果