H型鋼自動倒棱設備研究

賈曉東，龔明，牛曉軍(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266555)

0 引言

在海洋工程產品噴漆工作過程中，涂料容易從尖銳邊緣流開形成“邊角效應”，導致尖銳邊緣上的涂層無法獲得足夠的厚度，而且更容易受到破壞，因此，為確保鋼材噴涂質量，在海洋工程鋼結構設計與生產過程中，需要盡量避免銳邊的存在，當前，越來越多的項目要求主次結構型材均需在施工現場進行磨圓或倒角，同時去除孔沿和切割邊緣的毛邊，此項工作主要由人工完成，耗費了大量的人力投入，同時也制約了整體項目進度。文章參考國內船廠T型材倒棱設備，研究一種H型鋼倒角專用加工機床。利用滾壓原理，快速高效的滾壓H型鋼胚料棱邊，使其受壓變為平滑圓角，減少“邊角效應”，可替代傳統人工去毛刺，倒棱，磨圓角工序，并使其輸送裝置與理料區、切割區有機結合，形成滾水線式作業，可實現施工效率最大化，同時也可降低工人勞動強度，減少打磨造成的噪音與粉塵污染，實現綠色生產。

1 H型鋼自動倒棱機的研制目標

1.1 加工材料范圍

加工型材材料屈服強度≤420MPa的碳鋼。主要技術參數：(1)倒棱機技術參數：①倒棱速度：10m/min；②倒棱尺寸：R3；③主電機及液壓泵站功率：4kW×2+11kW；(2)180°移動翻轉架技術參數(一組兩臺)：①適用型鋼截面尺寸：550×900mm；②適用型鋼重量：≤4t；③適用工件長度：4～12m；④行走速度：約8000mm/min；⑤設備總功率：0.75kW×4(不含液壓站)。

1.2 H型鋼自動倒棱機的結構組成

為滿足倒棱機加工要求，按照材料就位、進入加工區、定位、夾緊、倒棱、180°翻轉，二次倒棱，出料等功能進行布局設計，本機應由倒棱裝置(固定座、導向座、橫移箱、下壓箱)、電控系統、輸送輥道、翻身裝置等組成。

1.3 倒棱裝置

倒棱裝置由固定箱、導向座、橫移箱、下壓箱及電控液壓裝置組成(如圖1所示)。

固定箱由壓輪軸、壓輪、壓輪蓋和箱體、上下導向軸、擺線針輪減速機等零部件組成，同時承受橫移箱工作時產生的軸向推力。固定在箱體上的擺線針輪減速機為下壓輪旋轉提供動力作為工件倒棱的定位端；導向座由底座、導柱、支承架、主液壓缸等零部件組成，在支承架與固定箱之間又裝有導柱。作為機器的各零部件的支撐架，而底座的平面又是橫移箱的滑動平面。橫移箱由箱體、下壓輪、壓輪軸、上下導向軸、擺線針輪減速機等零部件組成，箱體兩側支耳內的銅套與導柱組成滑動副，使橫移箱沿底座平面來回滑動。橫移箱在主動液壓缸的作用下，移向固定箱，其上的壓輪在液壓缸的作用下將板材夾緊。導向輪裝置保持工件在倒棱時行走不易偏斜，下壓箱：由下壓箱體、上壓輪、壓輪軸、橫移法蘭、微調機構、升降液壓缸等零部件組成。在升降液壓缸的作用下，對需倒棱的板材厚度方向施加壓力，使其產生變形而達到對板材的修邊。

圖1 主機結構圖

1.4 翻轉裝置

翻轉裝置機架裝置、拖鏈裝置、翻轉裝置、傳動裝置、導軌裝置及液壓系統等組成，用于H型鋼在切割過程中的移動與翻身。傳動裝置主要由減速電機、鏈輪鏈條及行走輪等零部件組成。翻轉裝置主要由拐臂、油缸、轉軸等零件組成，配合完成型鋼的翻轉的工作。

1.5 輸送輥道

在倒棱機的前后端設有輸送輥道，主要由輥道架、滾筒、帶座軸承，減速機、鏈傳動裝置等零部件組成，在傳動裝置的驅動下，通過鏈傳動帶動滾筒旋轉來實現型材輸送；而設置在輸送輥道上的導向裝置和定位裝置，實現工件輸送過程中的導向和倒棱前的定位。

2 H型鋼自動倒棱機的工作原理及構成

2.1 工作原理

2.1.1 倒棱工作原理

倒棱機上下四個壓輪組成帶圓角的矩形空腔，兩個下壓輪為主動壓輪，通過動力驅動而轉動。兩個上壓輪為被動壓輪，依靠摩擦力而轉動。在液壓缸的作用下，兩個上壓輪能上下移動，適應不同板厚的工件，還可以分別左右短距離微調，以保證與下壓輪間距相同。而且右側橫移箱一側的上下主被動壓輪，在主液壓缸作用下可以在較大的距離范圍內同步移動，以適應不同寬度的型材。通過調節液壓缸活塞桿，使型腔的空間大于型材的截面，當工件進入各壓輪組成的型腔后，在各相應的液壓缸的壓力作用下，各壓輪對工件的截面棱邊進行同步冷擠壓，壓輪表面的硬度遠高于面板硬度，使工件棱邊產生塑性變形，而形成近似的圓角。(如圖2所示)在主動壓輪的帶動下，面板沿著導向輪直線行走，從頭至尾全部通過壓輪倒棱型腔，完成棱邊倒圓工藝。

圖2 倒棱原理圖

2.1.2 型鋼翻身工作原理

工件置于工件架或者輥道架上，由翻轉機的2個拐臂工作前成90°，利用2個可同時旋轉的拐臂相互托住工件，并配合機器的行走，邊移動邊翻轉，直至工件在原地翻轉成90°，再次翻轉即可達到180°(如圖3所示)。

圖3 翻身工作原理圖

2.2 工作流程

壓輪調整示意圖如圖4所示。

(1)型材工件由天車吊放到儲料架上。翻轉裝置將型材翻成45°，將型材送到輸送輥道，以定位輪為基準側放置，定位裝置滾輪將型材推向導向輪并固定，此時型材一側與左側下壓輪平行，再使主機上1#壓輪和4#壓輪升到最高點。

圖4 壓輪調整示意圖

(2)輸送輥道滾筒正向旋轉，按前進方向帶動型材進入倒棱裝置內，當型材進入到主機后停止前進，此時型材前端擱在2#壓輪上，2#壓輪的邊與型材的邊是對齊的，再用橫向調節裝置使3#壓輪和4#壓輪同時橫移直至3#壓輪壓緊板材，然后1#壓輪和4#壓輪同時壓下來壓緊型材，然后撥動微調壓輪進退按鈕來使1#和4#壓輪左右壓緊型材。

(3)型材被壓緊后，型材前進并開始通過帶R圓角的壓輪形成的“口”型腔，型材完成倒棱后，主機的兩側的兩組導向輪使板材保持水平，最后通過輸出輥道送翻轉裝置。

(4)在翻轉裝置再次進行180°翻身，重復2.3條倒棱動作，完成型材另外兩條棱的倒棱工作。

(5)完成全部倒棱工作，由輸送輥道運送至理料區或者H型鋼加工裝置。

3 結語

H型鋼自動倒棱機結構簡單、制作容易、使用方便，具有顯著的創新性和突出的經濟性。

(1)本設備采用可移動液壓壓輪，在保證倒棱壓力的同時提供了較大的進給間，即使工件的翼板寬度、厚度較大，也能保證工件平順進入倒棱區，解決了因工件型號復雜而使機床型號難于設計的問題，功能強大，制造成本低。

(2)翻轉裝置與兩臺倒棱裝置聯合使用，可以使型材180°翻身，每次加工兩條翼板4條棱角，經過一次翻身，流水線式解決1條H型鋼倒棱工作，優點是一次加工成型，工作效率高，同時減少行車使用，減少人工定位夾緊誤差，保證了產品質量。