2800 mm熱粗軋機(jī)壓下離合器改造

王修全，楊永興，周亞雄

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

0 前言

2800 mm熱粗軋機(jī)是中鋁西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的關(guān)鍵設(shè)備之一，由中國一重設(shè)計(jì)并制造，于1970年投產(chǎn)，1989年經(jīng)日本IHI公司改造后具有一定國際先進(jìn)水平。該軋機(jī)既可單獨(dú)生產(chǎn)中、厚規(guī)格的板材，也能為后面的2800 mm熱精軋機(jī)提供坯料，是公司產(chǎn)量、利潤貢獻(xiàn)的主要設(shè)備之一。

目前，國內(nèi)外先進(jìn)的熱粗軋機(jī)大多配置有電動壓下裝置和AGC 液壓壓下裝置，電動壓下粗調(diào)，AGC液壓壓下精調(diào)。西南鋁2800 mm熱粗軋機(jī)為國產(chǎn)老式軋機(jī)，雖曾提出改造計(jì)劃，增加AGC 液壓壓下裝置，但因受原結(jié)構(gòu)尺寸限制而無法實(shí)施，因此兩側(cè)輥縫一直由電動壓下裝置調(diào)節(jié)。電動壓下裝置主要由電動機(jī)、離合器、壓下減速機(jī)、壓下絲桿、壓下螺母等組成。兩側(cè)輥縫依靠電磁摩擦離合器實(shí)現(xiàn)同步調(diào)節(jié)，離合器的運(yùn)行情況直接影響輥縫精度。

1 問題概述

近幾年，2800 mm熱粗軋機(jī)電動壓下裝置出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。空載壓下時(shí)，單次跑偏0.02 mm，全程跑偏達(dá)到0.3 mm 以上，嚴(yán)重超出了設(shè)備精度允許范圍。軋制出來的板片厚度不均，引起單邊浪、中間浪等一系列板形問題，給后面的工序造成很大的影響，嚴(yán)重時(shí)還產(chǎn)生“鐮刀彎”現(xiàn)象，如圖1 所示。

圖1 “鐮刀彎”現(xiàn)象

根據(jù)公司生產(chǎn)工藝要求，在軋制帶包鋁板的鋁合金鑄錠時(shí)，需要先靜壓焊合包鋁板。而帶料壓下時(shí)，壓下跑偏更嚴(yán)重，單道次跑偏達(dá)到0.3 mm 以上，對包鋁板產(chǎn)品的生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。

經(jīng)長期觀察與測試，發(fā)現(xiàn)壓下跑偏主要原因是離合器打滑，且負(fù)載越大，打滑程度越明顯。由于離合器使用年限較長，整體結(jié)構(gòu)已發(fā)生變形，同軸度、平行度等關(guān)鍵公差等已偏離要求范圍，更換電磁線圈和摩擦片均已無法消除打滑現(xiàn)象。針對上述問題，決定對壓下離合器整體進(jìn)行改造。下面，從離合器選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個方面介紹該技術(shù)的改造方案。

2 改造措施

2.1 改造方案

原摩擦離合器吸合后，由于兩端是柔性連接，滑差不可避免，因此決定采用剛性連接的離合器。剛性連接的離合器主要是嵌合式離合器，又分齒式離合器和牙嵌式離合器[1]。這類離合器傳遞轉(zhuǎn)矩大，無滑差，適用于低速或停止轉(zhuǎn)動下離合、不頻繁離合的工況。而氣壓操縱具有比較大的操縱力（0.4～0.8 MPa），離、合迅速，排氣無污染，結(jié)構(gòu)簡單，控制簡便[1]。最重要的是避免電氣跳電、電磁線圈發(fā)熱等問題，只需保證氣源穩(wěn)定、無泄漏就能保證離合器的正常運(yùn)行，非常符合2800 mm熱粗軋機(jī)的運(yùn)行工況。

目前氣動齒式離合器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且運(yùn)用于各行各業(yè)。如國內(nèi)某中厚板粗軋機(jī)和某二輥軋機(jī)壓下系統(tǒng)原來采用電磁摩擦離合器，后改用氣動齒式離合器，改造效果良好，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。可見氣動齒式離合器在軋機(jī)上已經(jīng)有了一定的運(yùn)用[2-3]。而我公司4300 mm軋機(jī)采用的也是氣動齒式離合器，傳遞轉(zhuǎn)矩達(dá)到80 000 N·m，但在使用過程中，由于其齒形較大，經(jīng)常發(fā)生“打齒”現(xiàn)象（即吸合時(shí)齒與齒相對，沒有嵌合）。而牙嵌式離合器的齒形較小，雖然傳遞的轉(zhuǎn)矩有所減少，但減少了“打齒”現(xiàn)象。

綜合多種因素考慮，最終確定了改造方案——采用氣動牙嵌式離合器。

2.2 可行性分析計(jì)算

根據(jù)壓下電機(jī)銘牌得到電機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

表1 壓下電機(jī)參數(shù)

由表1中的參數(shù)可以算出電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：

查詢原電磁摩擦離合器圖紙，其試驗(yàn)轉(zhuǎn)矩不小于300 kg·M。由于自身柔性連接的特性，電磁摩擦片離合器在超載時(shí)可打滑保護(hù)設(shè)備。而牙嵌式離合器是剛性連接，超載時(shí)會損壞設(shè)備，因此在選用離合器時(shí)，轉(zhuǎn)矩容量需要放大。由相關(guān)公式可以算出離合器的轉(zhuǎn)矩容量：

式中：TC為離合器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，選用離合器時(shí)，額定轉(zhuǎn)矩不小于TC；K為工況系數(shù)，冶金礦山機(jī)械離合器工況系數(shù)K=1.8～3.2 ，取中間值K=2.5；T為離合器的理論轉(zhuǎn)矩，對牙嵌式離合器，T為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。

通過上述分析及原離合器的安裝尺寸要求，最終選用了一款型號為BTC-800 的氣動牙嵌式離合器，如圖2所示。

圖2 BTC-800氣動牙嵌式離合器

該離合器的主要參數(shù)[4]如表2所示。

表2 BTC-800氣動牙嵌式離合器主要參數(shù)

在額定氣壓0.6 MPa 下，離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩可達(dá)80 00 N·m，滿足轉(zhuǎn)矩要求。

根據(jù)原2800 mm熱粗軋?jiān)O(shè)計(jì)圖紙得到壓下裝置主要參數(shù)，如表3所示。

表3 壓下裝置主要參數(shù)

離合器靜態(tài)吸合時(shí)，發(fā)生“打齒”現(xiàn)象的概率極少；離合器轉(zhuǎn)動時(shí)，齒受轉(zhuǎn)矩作用，又能錯開嵌合。計(jì)算該情況下因錯齒而導(dǎo)致的輥縫誤差：

與公司2800 mm 熱粗軋機(jī)的輥縫精度要求相比，0.0015 mm 的誤差可忽略不計(jì)，滿足精度要求。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對離合器的安裝方式以及原離合器的安裝尺寸，確定離合器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 離合器結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：左邊為離合器，由制造商提供成套產(chǎn)品，并根據(jù)公司提供的安裝尺寸加工內(nèi)孔；右邊為過渡法蘭，由公司根據(jù)原離合器結(jié)構(gòu)及安裝尺寸設(shè)計(jì)。受原離合器安裝尺寸限制，軸向安裝距離較小，且因年限較長，安裝精度下降，因此過渡法蘭采用半鼓型齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)齒圈和外齒套組成，其特點(diǎn)是工作可靠、承載能力大且具備少量的補(bǔ)償性能，對于安裝精度要求也較低，滿足工況需求。

工作原理：內(nèi)齒圈通過外齒套與離合器從動齒盤連接成一個整體，接通氣路后，活塞推動驅(qū)動齒盤直至壓緊從動齒盤且兩齒盤端面齒嵌合，實(shí)現(xiàn)離合器結(jié)合。切斷氣路后，驅(qū)動齒盤在復(fù)位彈簧回復(fù)力作用下與從動齒盤分離，端面齒脫開，離合器分離[4]。

2.4 氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對離合器的氣動響應(yīng)特性以及公司氣源情況，設(shè)計(jì)如圖4所示的氣動系統(tǒng)。

圖4 離合器氣動系統(tǒng)

公司的壓縮空氣壓力在0.4～0.5 MPa 之間波動，因此該氣動系統(tǒng)設(shè)置有氣動增壓泵和儲氣罐，起增壓、穩(wěn)壓、保壓作用。壓縮空氣通過氣動三聯(lián)件過濾、減壓后，送到氣動增壓泵增壓，再通過減壓閥將壓力穩(wěn)定在0.55 MPa左右，并儲存在儲氣罐中。儲氣罐上配置有安全閥，在達(dá)到設(shè)定壓力0.7 MPa時(shí)能迅速排空該系統(tǒng)內(nèi)的壓縮空氣，以保證設(shè)備安全。該離合器大多時(shí)間處于吸合狀態(tài)，因此采用常開電磁換向閥，斷電吸合，通電脫離。在離合器進(jìn)氣口處安裝有壓力傳感器，實(shí)時(shí)檢測離合器氣缸的壓力，并設(shè)置低壓0.3 MPa和高壓0.6 MPa兩個報(bào)警點(diǎn)。

該氣動系統(tǒng)具有增壓、穩(wěn)壓、保壓、過載保護(hù)、低壓、高壓報(bào)警等作用，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、便于維護(hù)。

3 改造效果

改造后的離合器與原來的相比，結(jié)構(gòu)更加簡單、傳遞的轉(zhuǎn)矩更大，完全杜絕了軋制過程中摩擦式離合器打滑引起的跑偏現(xiàn)象。改造后2800 mm熱粗軋機(jī)的輥縫精度提高了，從源頭上改善了板形，為后續(xù)的加工工序提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。同時(shí)，采用氣動控制可排除電氣因素的干擾，穩(wěn)定性、可靠性提升了，保證了熱軋線的順利生產(chǎn)，減少了廢品率和維護(hù)工作量，降低了生產(chǎn)成本，為公司創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

針對現(xiàn)有2800 mm熱粗軋機(jī)壓下裝置存在的問題，通過改用氣動牙嵌式離合器，增加壓下電機(jī)過載保護(hù)措施，既解決了以前更換摩擦片后需要至少半個月的磨合才能正常使用、制約了軋機(jī)穩(wěn)定高效生產(chǎn)的情況，又有效地防止了電磁摩擦離合器正常使用過程中單道次打滑位移小、多道次產(chǎn)生累積誤差較大、引起操作側(cè)和傳動側(cè)輥縫不一致的問題。該技術(shù)很好地解決了因輥縫不一致而產(chǎn)生軋制跑偏現(xiàn)象，同時(shí)對軋制板形的控制起到了良好效果。

從離合器選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及氣動系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個方面介紹了該改造方案，對同類技術(shù)改造項(xiàng)目具有一定指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。