小棒鋸開動(dòng)率的提高

供稿|葛強(qiáng) / GE Qiang

內(nèi)容導(dǎo)讀

特鋼廠軋鋼車間小棒磨切鋸組如果在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，輕則打亂生產(chǎn)計(jì)劃，重則會(huì)導(dǎo)致停機(jī)無法生產(chǎn)。該套設(shè)備投產(chǎn)使用以來一直處于不良工作狀態(tài)，給生產(chǎn)帶來較大的損失。本文通過對(duì)800軋線小棒鋸及其附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式及工作原理進(jìn)行分析，找出小棒鋸在使用過程中故障頻發(fā)點(diǎn)，采取有效措施：減速機(jī)傳動(dòng)軸的加固及潤(rùn)滑方式的改進(jìn)延長(zhǎng)減速機(jī)的使用壽命；液壓缸的改進(jìn)提高活塞桿的抗彎強(qiáng)度；改變液壓缸位置降低爆鋸片及鋸渣對(duì)鋸片的影響；并對(duì)設(shè)備及切削過程優(yōu)化，從而提高小棒鋸的開動(dòng)率，為小棒生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

本鋼特鋼廠軋鋼車間小棒磨切鋸組是整條軋線系統(tǒng)中最重要的部分之一。如果小棒磨切鋸組在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，輕則打亂生產(chǎn)計(jì)劃，重則會(huì)導(dǎo)致停機(jī)無法生產(chǎn)。而該套設(shè)備投產(chǎn)使用以來一直處于不良工作狀態(tài)，給生產(chǎn)帶來較大的損失。從過去5年小棒生產(chǎn)報(bào)表來看，小棒鋸區(qū)的熱停機(jī)占總熱停機(jī)50%以上，嚴(yán)重影響小棒生產(chǎn)線產(chǎn)能的釋放。

通過對(duì)故障頻發(fā)點(diǎn)的分析，整體可分為：設(shè)備熱停機(jī)——夾緊裝置及減速機(jī)的損壞；生產(chǎn)熱停機(jī)——鋸片的損壞。針對(duì)以上問題，分別從設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷及生產(chǎn)過程兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，保障生產(chǎn)順利進(jìn)行。

小棒鋸故障點(diǎn)分析

通過對(duì)2013年小棒鋸故障熱停機(jī)統(tǒng)計(jì)分析可知：設(shè)備熱停機(jī)占78%，導(dǎo)致直接減產(chǎn)5000 t；生產(chǎn)熱停機(jī)占22%，其中由于設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致爆鋸片占生產(chǎn)熱停機(jī)75%。不難看出，設(shè)備是否完好、設(shè)計(jì)是否合理是生產(chǎn)能否順利進(jìn)行的重要保障，如果設(shè)備故障率得到有效控制，那么小棒生產(chǎn)線的產(chǎn)量將有質(zhì)的飛躍。

設(shè)備熱停機(jī)可以分為機(jī)械熱停機(jī)和電氣熱停機(jī)(如圖1所示)。由圖1可見，機(jī)械熱停機(jī)占78%，電氣熱停機(jī)占22%。減速機(jī)和夾緊裝置熱停機(jī)占總熱停機(jī)66%，控制住這兩項(xiàng)就可以大幅降低熱停機(jī)時(shí)間。減速機(jī)故障主要是潤(rùn)滑方式問題，設(shè)備在初始設(shè)計(jì)中沒有充分考慮到鋸切工況的惡劣性。小棒鋸?qiáng)A緊裝置故障頻發(fā)主要集中在：生產(chǎn)φ38～φ50 mm棒材時(shí)側(cè)夾緊液壓缸脫離運(yùn)行軌跡，缸頭翹起使其彎曲變形從而無法正常使用；上夾緊升起不到位，棒材無法正常通過，撞壞夾緊裝置。

生產(chǎn)熱停機(jī)主要是爆鋸片。爆鋸片的原因可分為設(shè)備影響、鋸片質(zhì)量、安裝操作三方面，其中設(shè)備影響主要是上下夾緊壓力匹配不穩(wěn)導(dǎo)致鋸片在切斷過程中發(fā)生爆裂。

綜上所述，如果減速機(jī)及夾緊問題得以解決，那么小棒鋸區(qū)的熱停機(jī)必然會(huì)大幅下降。

圖 1 設(shè)備熱停機(jī)分布

裝置組成及原理

減速機(jī)

小棒鋸減速機(jī)主要由4根傳動(dòng)軸、1組傘齒輪副、2組斜齒輪、潤(rùn)滑系統(tǒng)及箱體組成，主要完成傳動(dòng)比為1.3:1的增速運(yùn)轉(zhuǎn)。

夾緊裝置

夾緊裝置主要由夾緊裝置框架、2對(duì)上夾緊(4個(gè)液壓缸)、2對(duì)下夾緊(8個(gè)液壓缸)、1對(duì)側(cè)夾緊(2個(gè)液壓缸)組成。夾緊裝置驅(qū)動(dòng)形式為液壓驅(qū)動(dòng)，使用SIEMENS PLC400控制系統(tǒng)。動(dòng)作順序?yàn)椋焊鶕?jù)訂貨商提供的棒材尺寸要求，通過液壓馬達(dá)動(dòng)作將整個(gè)夾緊裝置及小棒鋸調(diào)整到合理的位置，鎖緊液壓缸鎖緊后，小棒鋸進(jìn)入正常動(dòng)作的等待狀態(tài)，等鋼棒到達(dá)預(yù)切長(zhǎng)度時(shí)：輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)—下夾緊上升—上夾緊下降—側(cè)夾緊推出，然后在等待位的小棒鋸開始切鋼，等切斷鋼后：側(cè)夾緊收回—上夾緊上升—下夾緊降下，小棒鋸?fù)嘶氐却?，完成一次?dòng)作。其中動(dòng)作指令由接近開關(guān)及位移傳感器控制。

存在問題及改進(jìn)措施

減速機(jī)

存在問題

(1)傘齒輪副損壞。輪齒折斷：輪齒單側(cè)工作時(shí)，根部彎曲應(yīng)力一側(cè)為拉伸，另一側(cè)為壓縮，輪齒脫離嚙合后，彎曲力為零。因此，在載荷的多次重復(fù)作用下，彎曲應(yīng)力超過彎曲持久極限時(shí)，齒根部分將產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋逐漸擴(kuò)展最終引起斷齒，或者輪齒因短時(shí)過載或沖擊過載而引起突然折斷。在2013年生產(chǎn)過程中發(fā)生了2次輪齒折斷，1次齒與齒嚙合不上。

(2)減速機(jī)軸承及潤(rùn)滑故障。2013年減速機(jī)軸承損壞5次。軸承損壞原因主要為：軸承溫度過高和軸承噪音。軸承溫度過高：潤(rùn)滑油質(zhì)不符合要求或變質(zhì)；潤(rùn)滑油黏度過高；機(jī)構(gòu)裝配過緊(間隙不足)；軸承裝配過緊；軸承座圈在軸上或殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；負(fù)荷過大；軸承保持架或滾動(dòng)體碎裂等。軸承噪音：滾動(dòng)軸承在工作中允許有輕微的運(yùn)轉(zhuǎn)響聲，如果響聲過大或有不正常的噪音或撞擊聲，則表明軸承有故障。2013年潤(rùn)滑系統(tǒng)齒輪泵損壞3次。

改進(jìn)措施

傘齒輪副損壞主要是傳動(dòng)軸竄動(dòng)所致，如果能在軸向竄動(dòng)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)將能避免類似事故的發(fā)生。防止傘齒輪竄動(dòng)的機(jī)構(gòu)只有前端擋蓋。為防止傳動(dòng)軸發(fā)生竄動(dòng)，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將所有固定螺栓用細(xì)鋼絲連接在一起，從而防止螺栓松動(dòng)。只要鋼絲斷裂就可以直觀發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸產(chǎn)生竄動(dòng)并及時(shí)進(jìn)行處理。傘齒輪前端擋蓋采用同樣的方法，有效避免了類似事故再次發(fā)生。

減速機(jī)軸承及潤(rùn)滑故障出現(xiàn)的主要原因是軸承潤(rùn)滑不到位。潤(rùn)滑油管在鋪設(shè)及潤(rùn)滑點(diǎn)的選擇上，原設(shè)計(jì)只考慮到了理論上存在的問題而忽略了設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的工作情況，磨切鋸在工作過程中產(chǎn)生大量的鐵屑和含膠粉末等混合粉塵，這些粉塵極易通過潤(rùn)滑系統(tǒng)的循環(huán)過程堵塞供油孔，并且這些供油孔在生產(chǎn)停機(jī)過程中無法進(jìn)行疏通檢查。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)供油孔進(jìn)行改進(jìn)，方便定期疏通檢查，如圖2所示。

側(cè)夾緊裝置

存在問題

(1)液壓缸活塞桿彎曲變形。出現(xiàn)彎曲變形的主要原因是側(cè)夾緊液壓缸活塞設(shè)計(jì)直徑為φ56 mm行程為1500 mm，當(dāng)活塞桿接近滿行程時(shí)，活塞桿受到輕微的外力沖擊就會(huì)出現(xiàn)彎曲變形。當(dāng)鋸切φ38～φ50 mm棒材時(shí)由于活塞桿行程過長(zhǎng)導(dǎo)致液壓缸活塞桿容易偏離軌跡跑到棒材上方。這樣不僅無法滿足生產(chǎn)使用要求，也降低備件的使用壽命。

圖 2 油孔改進(jìn)前后(單位：mm)

(2)爆鋸片及鋸渣對(duì)液壓缸的影響。當(dāng)鋸切φ38～φ50 mm棒材時(shí)需要側(cè)夾緊液壓缸持續(xù)推動(dòng)才能滿足生產(chǎn)要求。但是，由于鋸片質(zhì)量及鋼材硬度等綜合因素會(huì)導(dǎo)致鋸片爆裂，當(dāng)爆裂鋸片落到活塞桿上時(shí)，會(huì)劃壞活塞桿表面，被劃壞的活塞桿在下次工作過程中會(huì)損壞缸體內(nèi)密封圈，導(dǎo)致液壓缸漏油。

當(dāng)磨切鋸連續(xù)切削時(shí)間超過8 h后，下夾緊上表面的鋸渣高度超過3 mm。這樣側(cè)夾緊液壓缸在頻繁動(dòng)作時(shí)會(huì)使下夾緊工作表面出現(xiàn)斜面。當(dāng)斜面的傾斜角過大或斜面高度大于5 mm時(shí)，側(cè)夾緊液壓缸在工作時(shí)就會(huì)偏離軌道發(fā)生彎曲變形(如圖3所示)。

圖 3 側(cè)夾緊液壓缸的工作狀態(tài)

改進(jìn)措施

針對(duì)液壓缸活塞桿彎曲變形問題，更改液壓缸，將活塞桿的直徑從原來的φ56 mm更換為φ100 mm，提高活塞桿的抗彎強(qiáng)度5倍以上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作環(huán)境，將原行程為1500 mm的活塞桿更換為1120 mm(如圖4所示)。

圖 4 改進(jìn)液壓缸(單位：mm)

為了降低爆鋸片對(duì)活塞桿的損壞并且滿足生產(chǎn)要求，將側(cè)夾緊液壓缸從夾緊框架里分離出去，變成一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體。將液壓缸橫移到減速機(jī)的前端，用減速機(jī)作為掩體能有效對(duì)液壓缸進(jìn)行保護(hù)。由于側(cè)夾緊液壓缸從夾緊裝置里分離出來，因此就沒有了下夾緊上表面積渣平臺(tái)的影響，但是有必要加大原設(shè)計(jì)的夾緊碰頭，防止側(cè)夾緊液壓缸在工作時(shí)偏離軌道發(fā)生彎曲變形。

上下夾緊裝置

存在問題

(1)上下夾緊控制壓力匹配不均衡。在設(shè)計(jì)上，要求下夾緊的工作壓力大于上夾緊的工作壓力，保證鋸片在切削過程中不會(huì)被棒材夾住。但是，在實(shí)際操作過程中，由于閥臺(tái)壓力波動(dòng)及鋸渣卡堵等綜合因素影響，根本無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)常出現(xiàn)棒材夾住鋸片導(dǎo)致鋸片爆裂的現(xiàn)象。

(2)鋸渣的清理問題。下夾緊在升起后鋸片與夾緊裝置之間的距離只有30 mm，這樣小的距離很容易引起鋸渣的堆積，影響鋸片的使用壽命。

改進(jìn)措施

上下夾緊控制壓力匹配不均衡的改進(jìn)措施：根據(jù)原設(shè)計(jì)理念，鋸片在切削過程中依靠壓力差來保證切削過程中切斷口處始終存在向外的拉力。為了達(dá)到這種設(shè)計(jì)理念，可以通過杠桿原理來實(shí)現(xiàn)。將現(xiàn)有的上夾緊向輥道外平行移動(dòng)100 mm，上夾緊壓鋼的力通過將輥道作為支點(diǎn)，將力作用在切削口處，不僅能達(dá)到設(shè)計(jì)目的，而且向外的拉力作用穩(wěn)定。

鋸渣的清理問題改進(jìn)措施：上夾緊分別向輥道外移動(dòng)100 mm后，達(dá)到設(shè)備設(shè)計(jì)功能的同時(shí)，就能將下夾緊拆除，釋放出有限的空間來，方便操作工清渣和維護(hù)人員檢修，如圖5所示。

圖 5 上下夾緊改動(dòng)圖

結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)鋸切設(shè)備工作原理的分析，找出影響鋸切正常工作的原因，擬定改進(jìn)措施：(1)加固減速機(jī)傳動(dòng)軸及改進(jìn)潤(rùn)滑方式，延長(zhǎng)減速機(jī)的使用壽命；(2)改進(jìn)液壓缸，提高活塞桿的抗彎強(qiáng)度；(3)改變液壓缸的位置，降低爆鋸片及鋸渣對(duì)鋸片的影響。改進(jìn)措施的實(shí)施取得了良好的效果，提高了鋸切的工作效率，同時(shí)提高了備件的使用壽命，降低了備件費(fèi)用。