H型鋼自動倒棱設(shè)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(chǎn)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(yīng)”，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(zhì)量，在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與生產(chǎn)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(jié)構(gòu)型材均需在施工現(xiàn)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(nèi)船廠T型材倒棱設(shè)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?yōu)槠交瑘A角，減少“邊角效應(yīng)”，可替代傳統(tǒng)人工去毛刺，倒棱，磨圓角工序，并使其輸送裝置與理料區(qū)、切割區(qū)有機結(jié)合，形成滾水線式作業(yè)，可實現(xiàn)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(xiàn)綠色生產(chǎn)。

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(shù)參數(shù)：(1)倒棱機技術(shù)參數(shù)：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(zhuǎn)架技術(shù)參數(shù)(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(shè)備總功率：0.75kW×4(不含液壓站)。

1.2 H型鋼自動倒棱機的結(jié)構(gòu)組成

為滿足倒棱機加工要求，按照材料就位、進入加工區(qū)、定位、夾緊、倒棱、180°翻轉(zhuǎn)，二次倒棱，出料等功能進行布局設(shè)計，本機應(yīng)由倒棱裝置(固定座、導向座、橫移箱、下壓箱)、電控系統(tǒng)、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(chǎn)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(zhuǎn)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(cè)支耳內(nèi)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(diào)機構(gòu)、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(chǎn)生變形而達到對板材的修邊。

圖1 主機結(jié)構(gòu)圖

1.4 翻轉(zhuǎn)裝置

翻轉(zhuǎn)裝置機架裝置、拖鏈裝置、翻轉(zhuǎn)裝置、傳動裝置、導軌裝置及液壓系統(tǒng)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(zhuǎn)裝置主要由拐臂、油缸、轉(zhuǎn)軸等零件組成，配合完成型鋼的翻轉(zhuǎn)的工作。

1.5 輸送輥道

在倒棱機的前后端設(shè)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(qū)動下，通過鏈傳動帶動滾筒旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)型材輸送；而設(shè)置在輸送輥道上的導向裝置和定位裝置，實現(xiàn)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(gòu)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(qū)動而轉(zhuǎn)動。兩個上壓輪為被動壓輪，依靠摩擦力而轉(zhuǎn)動。在液壓缸的作用下，兩個上壓輪能上下移動，適應(yīng)不同板厚的工件，還可以分別左右短距離微調(diào)，以保證與下壓輪間距相同。而且右側(cè)橫移箱一側(cè)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(nèi)同步移動，以適應(yīng)不同寬度的型材。通過調(diào)節(jié)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(yīng)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(chǎn)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(zhuǎn)機的2個拐臂工作前成90°，利用2個可同時旋轉(zhuǎn)的拐臂相互托住工件，并配合機器的行走，邊移動邊翻轉(zhuǎn)，直至工件在原地翻轉(zhuǎn)成90°，再次翻轉(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)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(cè)放置，定位裝置滾輪將型材推向?qū)蜉啿⒐潭?，此時型材一側(cè)與左側(cè)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(diào)整示意圖

(2)輸送輥道滾筒正向旋轉(zhuǎn)，按前進方向帶動型材進入倒棱裝置內(nèi)，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(diào)節(jié)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(diào)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(cè)的兩組導向輪使板材保持水平，最后通過輸出輥道送翻轉(zhuǎn)裝置。

(4)在翻轉(zhuǎn)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(qū)或者H型鋼加工裝置。

3 結(jié)語

H型鋼自動倒棱機結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、使用方便，具有顯著的創(chuàng)新性和突出的經(jīng)濟性。

(1)本設(shè)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(qū)，解決了因工件型號復雜而使機床型號難于設(shè)計的問題，功能強大，制造成本低。

(2)翻轉(zhuǎn)裝置與兩臺倒棱裝置聯(lián)合使用，可以使型材180°翻身，每次加工兩條翼板4條棱角，經(jīng)過一次翻身，流水線式解決1條H型鋼倒棱工作，優(yōu)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(chǎn)品質(zhì)量。