淺析咬合成型鋼材捆扎液壓系統的設計

郭震宇，曾明波，鄒林

（寶武集團韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關 512123）

鋼材成品包裝是出廠前的最后工序，鋼材軋制后需包裝為定形包裝捆，鋼材打捆機是用于鋼材打捆包裝的機械設備，要求打捆機滿足捆扎力大等條件。目前僅少數大型企業引進自動化鋼材打捆機，對鋼材打捆包裝大多采用人工鋼絲繞扎，包裝產品無固定形狀，降低我國鋼鐵產品國際競爭力。國外進口鋼材捆扎機價格昂貴，目前未形成系列化打捆機研究，研發高質量自動鋼材打捆機非常必要。

1 鋼材打捆機的研究

軋制生產是冶金企業生產最后程序，精整包裝是軋鋼生產的重要部分，為便于運輸存儲，鋼材軋制后需包裝為符合國家標準的定形包裝捆，鋼材打捆機不同于其他普通包裝捆扎機械，利用盤條等捆扎材料將螺紋鋼，帶鋼等捆扎方便儲運。鋼材打捆機必須滿足捆扎材料強度高等要求，設計鋼材自動液壓打捆機，完成對集料裝置送來型鋼束的捆扎操作，根據包裝速度要求可選擇多臺打捆機打捆，提高自動化程度。打捆機成為精裝生產線的重要部分。打捆機由6臺車、3車體、2蕾絲機構等組成。主要特點是臺體結實，泵源放在臺車后部；蕾絲機構放在車體頂部，用雙并行油缸驅動，減小導軌與直線軸承承受偏載力。上下導絲槽成形油缸，避免抽絲中的死點，大部分液壓元件暴露于整體機構表面。

打捆機是精裝工段自動化包裝核心設備，自60年代后各國開展對自動化打捆機的研制。如瑞典SundBrista公司研制不同型材打捆機，KNRA型用于棒材及盤條打捆。由捆扎機組、控制盤條給進感應器等組成；液壓機組包括油泵，壓力開關等；KNRA型打捆機性能指標為捆扎時間9～14s。國內打捆機發展起步較晚，建國初大部分軋鋼廠投入重點放在軋機，引進先進的軋鋼設備。

2 鋼材打捆機的設計方案

自動鋼管打捆機采用鋼帶為捆扎材料，打捆機頭驅動下完成送收帶等動作，防止鋼帶打滑松動，可編程控制器為控制單元。依據冶金部1998-02-02批準對鋼管驗收包裝質量GB2102-88規定，鋼管采用捆扎成包交貨；每捆鋼管不超過5000kg；成捆鋼管一端放置整齊；外徑大于159mm鋼管可散裝交貨；短尺寸鋼管應單獨包裝交貨。壁厚大于1.5mm不銹鋼管不少于2層麻袋緊密包裹。

全自動打捆機應用不同直徑鋼管，具有自動化程度高，可在惡劣環境下工作等特點。基于特殊應用環境要求，提出參數設計要求鋼管捆緊力達20000N左右；高速送收帶速度1.42～2.0m/s；采用高強度鋼帶為捆扎材料；一次裝扣打捆200次以上；每個打捆循環工作時間≤20s，采用SINMENS STEP7300PPLC為系統控制器。自動打捆機包括打捆頭部件，立柱機架部件，蓄帶系統部件等。打捆頭1部件是打捆機系統核心部件，打捆頭升降部件2用于安裝打捆頭，考慮升降部件具有較大懸臂負載，實現打捆頭平穩升降運動。機架部件由立柱與底座組成，升降運動執行氣缸的安裝，承受打捆系統主要重量。鋼帶驅動由馬達實現，氣馬達實現回轉控制具有獨特優勢；鋼扣送入咬扣單元，氣缸執行導帶通路閉合等。

導帶通路在鋼帶運動中總起到導向作用，打捆中鋼帶驅動必須準確可靠，打捆機導帶通路設計影響打捆機工作可靠性，選擇合理的鋼帶驅動力尤為重要。導帶通路結構設計前，首先分析送帶過程鋼帶驅動力變化，分析鋼帶順暢通過導帶通路條件。打捆機前半部分為懸臂升降機構，升降運動由氣缸執行。由于機構運動頻繁影響平穩性，直線導軌上半部分受拉，長期負載影響直線導軌使用壽命。氣缸控制運動的機構可采用平衡重量改進機構運動平穩性。重量平衡法在許多設備中應用較多，以準平衡力平衡懸臂重量，可用較小控制力驅動懸臂重量。

蓄帶機構設計為解決打捆頭送帶同步問題，通常難以達到與蓄帶電機放帶同步，扯帶現象對設備產生很大破壞。蓄帶機構作用是在送放帶中設置緩沖，蓄帶器由活動與固定繞帶輪組成，活動帶輪組具有重量，收回鋼帶靠活動帶輪組重力蓄會蓄帶器。蓄帶器安裝3個鋼帶檢測接近傳感器，缺帶為上位傳感器位置。

3 DK150型咬合型成形鋼材捆扎機系統設計

DK150型鋼材捆扎機采用美國SIGNODE公司制造M400N-114型捆扎機頭，根據鋼管生產流程，設計捆扎機垂移管捆頂面捆扎方式DK150型捆扎機，設備由立移橫梁部件、導帶槽軌部件、氣動面板部件等組成。機頭鎖扣件是完成送收帶等捆扎動作。DK150型鋼材捆扎機工作流程為鋼管捆扎，送抓帶與復位等。成形鋼材捆通過輸送輥道輸送到捆扎工位，到達設定距離后捆扎機頭貼近鋼材捆表面后停止。

鋼帶驅動摩擦輪驅動鋼帶正向軌圍繞成形鋼材1周，2層鋼帶重疊在扣結位置后送帶停止。送帶后捆扎機機頭鎖扣機構進入捆扎機頭剛帶頭。鋼帶驅動摩擦輪高速檔反向運動，多余鋼帶被回收。氣馬達驅動摩擦輪低速檔反向運動，成型鋼材捆抽緊后，在鋼帶重合處咬扣。捆扎機各執行元件復位。DK150型鋼材捆扎機由氣馬達提供鋼帶驅動動力，直接帶動負載，可實現無極調速。鋼帶驅動中利用氣馬達優點。為提高設備工作效率，氣馬達內部具有氣動變速離合機構，氣馬達變速通過氣動控制。由于捆扎機改造有抓帶動作，由雙行程氣缸分步動作實現。氣缸1的A口進氣，氣缸2的CD口與大氣聯通，氣缸1活塞桿推動2向前運動。打捆機工藝流程圖如圖1所示。

圖1 打捆機工藝流程圖

DK150自動鋼材捆扎機動作執行元件包括鋼帶驅動馬達，導帶門氣缸等，根據控制不同執行元件，設計啟動系統分為獨立控制回路。捆扎機頭升降控制回路控制捆扎機頭下井接近成形鋼材后后上升離開鋼材捆，由于回路中執行氣缸承受450kg以上質量捆扎機頭，相比水平運動垂直運動平穩性較差，承受較大重力運動較慢。如不控制速度易破壞鋼管輸送輥道，機械采用平衡重量進行懸重運動平衡。氣動回路用平衡重塊調節氣缸部分負載。氣動回路設計為速度控制回路，利用進氣不節流背壓控制。氣缸換向控制閥排氣口上增加單電控閥，實現捆扎機頭部件下降快慢的自動切換。

鋼帶驅動由氣馬達執行，完成松收帶等動作，氣馬達所需流量較大，帶有啟動變速離合器，利用氣馬達過載保護軟特性，在咬扣切帶前保持抽緊力。壓緊氣缸控制壓緊輪與導帶摩擦輪配合，通過改變回路氣壓改變導帶輪正壓力獲得最佳摩擦力。導帶門控制回路執行送帶時合上導帶門操作，送帶后鋼帶被抓緊，氣動回路由導帶門氣缸等組成。送扣控制回路執行鋼扣送入咬扣單元，由送扣氣缸等組成。抓緊咬扣切帶回路執行鋼帶頭抓緊切帶，由雙行程氣缸等組成。通過氣動回路優化組合形成自動鋼材捆扎機氣動系統。

4 自動鋼材捆絲機液壓系統

捆絲機是現代化軋鋼生產線的重要輔助設備，目前國際上僅有Simac等少數國外公司掌握精裝自動化關鍵技術，捆絲機品種多。國內普遍使用鋼材打捆機結構復雜，使用壽命短，未形成產品多樣化，僅少數鋼鐵企業配套自動化打捆包裝設備，多數企業鋼材打包捆扎質量低，工作危險度高。針對某型捆絲機進行升級改造，系統由鋼絲進給單元、打捆單元等組成，進給單元由壓絲輪等組成，進給輪實現對鋼絲進行定位。捆絲機結構示意圖如圖2。

圖2 捆絲機結構示意圖

液壓系統是鋼材捆絲機的動力驅動機構，控制完成裝置上升，自動導絲等多種，由喂絲馬達，蓋輪組液壓缸，夾絲 板夾緊缸等組成。液壓系統啟動后電磁鐵10YA通電，捆絲機裝置下降到低位，電磁鐵3YA通電，使捆絲經過承載臂，導向切刀底孔進入鋼絲導送單元，電磁鐵8YA通電，夾絲板夾緊打捆絲絲頭，電磁鐵2YA通電，電磁鐵5YA通電，導絲槽蓋輪組打開，電磁鐵8YA斷電。電磁鐵7YA得點，擰結頭對鋼絲擰結，打捆絲被擰結頭刀切斷，助切鋼23活塞桿縮回，碰到限位開關，扭轉馬達20反轉，完成打捆周期。