新型熱軋鋁板的高效垛板機開發設計

羅 濤,張順寧,魏 鵬,陳 磊

(二重(德陽)重型裝備有限公司,四川 德陽 618000)

根據調研發現國內鋁板熱軋生產線生產的熱態定尺成品鋁板下線垛板方式,主要采用抱鉗或真空吸盤取料下線方式,單板垛板周期一般在2分鐘左右,導致生產效率低,成為板材生產的主要瓶頸,從而無法滿足鋁廠客戶高效生產的需求。傳統真空吸盤吸取方式,在高溫板面容易殘留吸盤印,影響表觀質量;而抱鉗下料對表面損傷較小逐步成為首選;另外包括西南鋁2800 在內幾條鋁熱軋生產線采用老式惰輥落料垛板方式,采用夾送輥方式送料,雖然效率較高,但對熱態鋁板表面損傷嚴重,不能滿足產品表面質量需求,且設備托輥損壞頻繁,目前僅西南鋁還在少量垛板生產表面質量要求不高的鋁板;西馬克為東輕設計的落料垛板機,也因自身結構缺陷而廢棄。

經過調研多個鋁廠的橫切機組所配置的多種垛板機結構和生產特點,工況遠好于熱軋生產線,開平切邊后冷態鋁板輕薄且規整,低溫狀態采用皮帶、吸盤或膠輥輸送,運行平穩、沖擊小、覆膜后不傷表面,此結構無法滿足高溫鋁板的垛板生產需求。

在新建鋁熱軋項目交流過程中,客戶希望有一種新型高效熱軋鋁板垛板機替代傳統的抱鉗、真空吸盤垛板機,在滿足產品高質量要求的前提下,最大限度發揮板軋機生產的能力,提高生產線的年產量。

為此根據鋁廠客戶的需求,結合熱軋鋁板的特性以及傳統垛板機的生產特點,開發了一種更適用于大規格熱態鋁板垛板下線的高效垛板機,替代鋁板熱軋生產線中配置的傳統垛板機,如圖1所示。

圖1 傳統真空吸盤垛板機

1 新型垛板機設計依據

此次設計的垛板機主要是針對某鋁廠擬建2 600 mm 鋁板生產線配套的薄板下線需求所設計。

1.1 位置與功能

新型熱軋鋁板垛板機布置在定尺剪之后軋線末端,與軋線雙錐或直輥斜裝板坯輸送輥道對接,利用垛板機托輥裝置承接成品板材并輸送至指定垛板工位,通過托輥擺動實現自動垛板,由升降機和垛板小車配合將成品板垛移出軋制線。

1.2 主要技術參數

主要技術參數如下,成品規格可根據需求調整。

單塊板材厚度:max.60 mm

單塊板材寬度范圍:900～2 350 mm

單塊板材長度范圍:4 000～16 000 mm

單塊板材最大重量:約6.2 t

成品板材溫度:小于350 ℃

最大輸送速度:1.5 m/s

1.3 用戶需求

(1)希望采用自動落料的形式進行快速垛板,替代傳統的抱鉗和真空吸盤結構,從而解決生產線設計中的下料瓶頸,釋放軋機能力,提高產量;

(2)需保證長板材的順利輸送,需解決不規則頭部和邊部對輸送的影響,同時需避免輸送跑偏;

(3)需避免板材下表面擦劃傷,解決在熱態下板材踏腰而造成下表面擦劃傷;

(4)需解決板材下落過程中導向問題,避免板材不規則下落,砸傷下方板材上表面;

(5)考慮設置放毛氈裝置,替代低效的人工放墊操作以滿足生產節奏;

(6)要求設備可靠性高,便于維護,備件成本低。

2 新型垛板機設計

二重技術團隊與客戶進行了多次技術交流,充分了解了客戶的需求,同時調研分析了鋁加工行業各類型板材垛板機生產的優缺點。結合板材生產工藝流程,通過計算分析、優化定尺垛板生產工藝流程,利用三維設計開發出了一套更適合鋁熱軋板材下線的新型垛板機,如圖2 所示。

圖2 新型熱軋鋁板用垛板機

具備以下主要特點:

(1)優化定尺垛板生產工藝流程后,大幅提高板材下線節奏,基本做到定尺板材在平均1 m/s 左右輸送速度下,連續垛板;

(2)設備結構簡單,便于安裝和維護;

(3)充分考慮了熱態鋁板容易踏腰、容易擦傷表面、邊部不規則的生產特性,進行了結構優化設計:配置了帶立導輥的側導板、集中傳動的托輥;

(4)在設備入口設置了自動墊毛氈機。

3 定尺垛板工藝分析計算

如圖3 所示,分析了鋁熱軋板材根據規格不同而細分的定尺垛板生產工藝流程,同時以厚度≤60 mm、板長≤16 m、輥道平均輸送速度1 m/s,簡要分析了薄板垛板機生產工藝條件。

圖3 板材定尺垛板生產工藝流程

4 新型垛板機結構組成特點

新型垛板機主要由機架裝配、墊毛氈裝置、對中側導輥裝置、擺動托輥裝置、移動限位裝置、升降裝置、垛板小車、檢測裝置、液壓系統等組成,如圖4 所示。

圖4 新型垛板機組成

4.1 機架裝配

機架裝配為鋼結構,由立柱、連接橫梁和操作平臺組成,如圖5 所示。

圖5 機架裝配

4.2 墊毛氈裝置

墊毛氈裝置安裝在垛板機入口,軋線輸送輥道上方,用于根據工藝需要自動(手動)投放毛氈墊,用于分隔高溫板材,避免相互粘傷或擦傷。

該裝置由毛氈墊座、電機(或氣缸)驅動推料裝置和寬度絲杠調節裝置、毛氈整理臺等組成,如圖6所示。

圖6 墊毛氈裝置組成

毛氈墊座用于存放毛氈墊,采用人工整理填充,操作簡單快捷,一次填充可滿足8 塊16 m 長板材的墊鋪墊需求。毛氈墊座的數量根據產品最大寬度進行配置分布,通常可設置3 組或5 組,其中中間一組固定安裝在軋制線中心,兩側采用對稱安裝,可根據板寬變化進行對稱調節。同時配套有毛氈墊存放箱和人工整理臺,方便工作快速準備填充。

推料裝置在氣缸或電機的驅動下,可實現毛氈墊的自動雙向周期性投放,投放速度與板材輸送速度匹配,配合板材位置跟蹤實現自動控制。

毛氈機寬度調節裝置用于調節毛氈墊座及推料裝置的間距,可進行人工調節或根據二級模型數據實現自動調節的橫向分布。

4.3 對中側導輥裝置

對中側導輥裝置安裝在入出口機架橫梁的導向滑座上,沿軋制中心線對稱布置。對中側導輥裝置由滑動側導橫梁、側導板裝配、電機驅動絲杠對中裝置組成。導向滑座分為上導向滑座和內側滑座,上導向滑座與軋線輥道錐度相同,確保托輥在開口度范圍內與輥道錐度保持同一平面。滑動側導橫梁為整體鋼結構,安裝有滑板。側導板裝配分段安裝在側導橫梁的下支承臂上,便于吊裝,由側導板座、側導輥裝配和面板組成,且在入口設置為大喇叭口,可適應邊部和頭部不規則的熱軋板材順利導入。相鄰側導輥之間開槽,留出托輥工作位擺放空間,托輥與側導輥布置位置能有效滿足鋁板平穩導向、送料和落料垛板。

4.4 擺動托輥裝置

擺動托輥裝置由兩組獨立的托輥組、傳動系統和擺動缸組成,分別安裝在軋制中心線兩側的滑動側導橫梁上,兩側實心鋼托輥采用懸臂短直輥傾斜安裝,沿軋制中心線對稱布置,與軋線輥道同錐度設計,隨對中側導板裝置開口度調節而滿足不同板寬運輸,通過齒輪馬達驅動傘齒輪組集中傳動,保證與軋線輥道輸送速度匹配,且線速度相同。每個托輥裝配采用兩組軸承支承,確保輥子能承受較大的沖擊力,采用干油潤滑。每個托輥裝配可實現單獨快速更換。

由于長度較長,擺動托輥組重量較重,此處采用出力可靠的液壓缸驅動托輥組擺動,兩件液壓缸分別安裝在對中側導橫梁頭尾,避免出現滴漏油污染板面,兩側液壓缸采用液壓同步控制。

托輥在長期運輸熱態鋁板過程,可能出現不規則的板材邊部對托輥輥身沖擊或打滑,而造成輥身粘鋁現象,這是鋁熱軋生產過程無法避免的,需要定期清理涂油,可配置專用清輥器進行輥身清理。

4.5 移動限位裝置

移動限位裝置用于不同長度的定尺板材在垛板工位進行末端對齊限位,由帶齒條導軌、移動小車和擺動擋板組成。帶齒條軌道為H 型焊接件,沿軋制中心線倒裝在機架橫梁下方。移動小車由小車座、滾輪組、齒輪裝配、減速電機組成,上下兩排滾輪對稱安裝在車座兩側并布置在導軌上下面,減速電機驅動齒輪與齒條嚙合實現小車平穩移動,通過編碼器反饋實現準確定位,滿足不同長度板材末端準確限位。擺動擋板安裝在小車座上,通過氣缸驅動實現擋板的擺動。

4.6 升降機與垛板小車

升降機采用螺旋升降機或剪式升降機形式。根據不同的堆垛規格設計升降機和垛板小車的能力。

垛板機小車通過軌道運行到垛板工位后,由升降機將其抬升至接料高度,抬升行程通過編碼器或位移傳感器控制。抬升后的垛板小車接料位與托輥始終保持恒定的距離,以避開托輥擺動軌跡為限,此距離越小越好,一方面減小板材滑落沖擊力,一方面可以避免板材出現不同步滑落時的傾斜幅度,從而避免砸傷下方的板材上表面。

升降機與垛板機小車采用自動定心結構設計,確保垛板小車能準確降下,車輪對齊軌道。

4.7 液壓與電控系統

液壓站與定尺剪共用,液壓閥臺就近布置在垛板機傳動側。

機上配置有編碼器速度和位置檢測、冷熱金屬檢測進行位置跟蹤、位移傳感器位置檢測、接近開關位置檢測等檢測手段。

采用生產線主控系統自動控制,同時設置就地操作臺。

5 總結

新型垛板機結構簡單可靠、便于維護,與生產線自動化對接,減少人工干預。針對性地對結構進行了細致的優化設計,彌補了傳統垛板機的不足,能很好適應熱態鋁板的特性,能最大限度保護熱態鋁板表面質量;垛板動作時間較傳統抱鉗和真空吸盤垛板機大大縮短,一定程度釋放了軋機和定尺剪的設計能力,能大幅提高熱軋鋁板的生產線年產量。