張少壯，郭延軍，白明華，張志明，龍 鵠，任素波

(1. 秦皇島西重所燕大重型機(jī)械研究院有限公司，河北 秦皇島，066004；2. 燕山大學(xué) 國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心，河北 秦皇島 066004)

熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)的研發(fā)

張少壯1，郭延軍1，白明華2，張志明1，龍 鵠1，任素波2

(1. 秦皇島西重所燕大重型機(jī)械研究院有限公司，河北 秦皇島，066004；2. 燕山大學(xué) 國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心，河北 秦皇島 066004)

針對窄帶鋼多卷打捆工序中人工捆扎與焊接方式所帶來的效率低、勞動強(qiáng)度大以及與軋機(jī)效率不匹配等問題，秦皇島西重所燕大重型機(jī)械研究院有限公司經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代包裝機(jī)械和自動焊接理論，成功研發(fā)了新型熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)，該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、運(yùn)行平穩(wěn)、自動化程度高等特點(diǎn)，對于改善窄帶鋼打捆工序技術(shù)落后的生產(chǎn)現(xiàn)狀具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，該設(shè)備已在國內(nèi)某鋼廠的窄帶鋼生產(chǎn)線上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并取得了良好的效果。

窄帶鋼；自動打捆機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 前言

目前，鋼鐵行業(yè)中熱軋窄帶鋼生產(chǎn)的精整工序技術(shù)落后，與軋機(jī)的高生產(chǎn)效率不匹配，技術(shù)層面主要體現(xiàn)為多卷窄帶鋼的包裝工藝均采用人工捆扎和焊接的方式，生產(chǎn)效率低下，工人勞動強(qiáng)度大。為改善操作環(huán)境，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，近年來國內(nèi)外中、小型帶鋼廠熱軋窄帶生產(chǎn)的精整技術(shù)都逐漸朝著供貨包裝規(guī)范化、機(jī)械化和自動化的方向發(fā)展, 在以軋制、卷取、打包、冷卻、成品入庫為主要環(huán)節(jié)的傳統(tǒng)生產(chǎn)周轉(zhuǎn)過程中, 帶卷捆扎成型的規(guī)范化已成為業(yè)內(nèi)令人關(guān)注的實(shí)用課題[1-3]。

經(jīng)過幾十年的技術(shù)積累和不斷發(fā)展，國外的鋼材打捆機(jī)已形成多品種、專業(yè)化、系列化。生產(chǎn)自動化程度不斷提高，捆扎速度不斷加快，設(shè)備可靠性和使用壽命也不斷提高。比如國際上比較知名的鋼材打捆機(jī)生產(chǎn)商有：美國SIGNODE(信諾)公司、瑞典SUND BIRSTA(森德斯)公司、德國TITAN公司等，這些公司生產(chǎn)的打捆機(jī)械可應(yīng)用于棒材、管材以及板卷等軋材的打捆包裝，特點(diǎn)是捆帶聯(lián)接采用卡扣方式，打捆帶厚度小，操作靈活，我國目前所能生產(chǎn)制造的打捆機(jī)多為一些通用型的捆扎機(jī)械。例如北京航空航天大學(xué)研制的SGBD-800-I全自動液壓棒材打捆機(jī)用于捆扎退火或熱軋盤條(Q195)，采用擰緊720°緊固方式，液壓為動力源。綜上所述，盡管目前打捆機(jī)械形式多樣，但應(yīng)用于帶鋼打捆的設(shè)備均是在帶鋼周向或單卷軸向進(jìn)行打捆包裝，因此該型打捆機(jī)對于多卷窄帶鋼軸向打捆束手無策，現(xiàn)有打捆技術(shù)無法滿足多卷帶鋼產(chǎn)品包裝的需求。為了滿足窄帶鋼生產(chǎn)企業(yè)和用戶所提出的提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量的需要，秦皇島西重所燕大重型機(jī)械研究院有限公司成功研發(fā)了一種熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)，相關(guān)研究成果已經(jīng)獲得了多項(xiàng)國家發(fā)明專利，并在工業(yè)試驗(yàn)中取得了良好的應(yīng)用效果[4-5]。

熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)設(shè)備的研發(fā)，借鑒其它同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，針對多卷窄帶鋼重量大、多卷分散的特點(diǎn)，整個(gè)設(shè)計(jì)以熱軋窄帶鋼多卷自動打捆技術(shù)為目標(biāo)，以厚打捆帶的捆型處理和接合為中心展開，系統(tǒng)研究自動打捆機(jī)的總體工藝流程和結(jié)構(gòu)，包括其工作原理、捆扎方式和材料、技術(shù)參數(shù)、機(jī)械總體結(jié)構(gòu)、液動執(zhí)行方式、自動焊接技術(shù)、控制系統(tǒng)方案以及設(shè)備加工制造等一系列全套技術(shù)。

1 打捆的原理及工藝流程

1.1 帶鋼打捆的技術(shù)原理

帶鋼打捆的基本原理是先將準(zhǔn)備好的打捆帶沿帶鋼卷的捆扎周邊進(jìn)行折彎預(yù)成型，之后將打捆帶收緊成型，在打捆帶搭接處切斷并焊接，完成一個(gè)動作周期，然后驅(qū)動鋼卷旋轉(zhuǎn)一定角度，重復(fù)以上打捆焊接動作，完成鋼卷軸向多道捆扎工序，最終的捆扎形式如圖1所示。

圖1 1.鋼卷1 2.鋼卷2 3.鋼卷3 4.捆帶1； 5.捆帶2 6.捆帶3圖1 多卷帶鋼捆扎示意圖Fig.1 Schematic diagram of multi-volume steel strapping

1.2 工藝流程

實(shí)現(xiàn)鋼卷自動打捆焊接功能的難點(diǎn)在于改進(jìn)目前的手工穿帶、焊接方式，全過程采用機(jī)械化、自動化進(jìn)程，工作人員在操作平臺即可完成捆扎過程。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，最終將打捆帶的捆扎過程分解為以下幾個(gè)動作：即多鋼卷軸向穿帶、捆帶反向拉緊、切斷、折彎、焊接。具體打捆工藝設(shè)計(jì)方案如下：

(1)打捆帶開卷。將成盤打捆帶吊裝到開卷機(jī)上進(jìn)行開卷，為打捆穿帶做好準(zhǔn)備，同時(shí)運(yùn)輸臺車將待捆鋼卷組合運(yùn)送到打捆工位；

(2)打捆帶矯直。為保證開卷后的打捆帶能夠順利完成穿帶動作，在開卷機(jī)后設(shè)置夾送輥輔助運(yùn)送打捆帶，同時(shí)設(shè)置矯直輥對打捆帶進(jìn)行矯直處理，消除其板形等缺陷以平整穿帶；

(3)穿帶。打捆帶從鋼卷一端面處開始沿鋼卷外徑前進(jìn)至另一端后轉(zhuǎn)彎，沿端面運(yùn)行至鋼卷軸心處，折彎后沿鋼卷內(nèi)徑運(yùn)行至鋼卷起始端面，再次折彎后沿鋼卷端面運(yùn)行到穿帶的起始位置后停止。為保證穿帶順暢并形成特定的捆型，整個(gè)穿帶過程打捆帶均在預(yù)設(shè)的成型軌道內(nèi)運(yùn)行；

(4)捆帶成型與剪切。打捆帶到達(dá)指定位置后將其壓緊，另一端施加反向抽力并壓緊，使捆帶緊貼鋼卷的內(nèi)外徑與端面，形成特定捆型后切斷捆帶并折彎，使捆帶的兩端形成搭接；

(5)焊接。焊槍運(yùn)動到焊接位置后自動尋找焊縫，然后自下而上開始焊接，完成焊接后鋼卷旋轉(zhuǎn)指定角度，重復(fù)以上步驟進(jìn)行第二道、第三道打捆帶焊接；

(6)整卷捆扎完成后，運(yùn)輸臺車退回，吊運(yùn)鋼卷至后續(xù)工序。

2 設(shè)備組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)的主機(jī)組成主要包括開卷機(jī)、五輥矯直機(jī)、左梁、右梁、成型軌道裝配、自動焊接裝置、運(yùn)輸臺車、工作平臺及機(jī)架等部分，各機(jī)構(gòu)的動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用液壓傳動、并由電氣控制系統(tǒng)整體進(jìn)行調(diào)控，設(shè)備總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.工作平臺 2.左梁裝配 3.右梁裝配 4.軌道裝配 5.臺車裝配 6.開卷裝置圖2 自動打捆機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Structure diagram of automatic strapping machine

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在機(jī)械機(jī)構(gòu)上，為保證打捆帶的順利送進(jìn)，在打捆帶開卷后設(shè)置三輥/五輥矯直機(jī)；打捆帶的最終包裝捆型為矩形，穿帶過程打捆帶要經(jīng)過多處折彎，因此設(shè)計(jì)的打捆帶運(yùn)行滑道應(yīng)該保證穿帶順暢，且能實(shí)現(xiàn)基本捆型；為保證捆帶的收緊、折彎和剪切效果以及精度，采用液壓技術(shù)配合電氣控制完成各工藝動作，實(shí)現(xiàn)機(jī)電液的高效一體化；同時(shí)考慮到厚帶聯(lián)接不適合卡扣方式，采用捆帶專用的自動焊接設(shè)備，保證焊接質(zhì)量和效率。

3 創(chuàng)新技術(shù)

本項(xiàng)目的實(shí)施過程中，開發(fā)了多項(xiàng)技術(shù)，主要有：

(1)開發(fā)了運(yùn)行穩(wěn)定、高效的熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)捆扎工藝，研制了帶自動焊接功能的全自動窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)，并應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)線；

(2)設(shè)計(jì)了厚打捆帶送進(jìn)與轉(zhuǎn)彎動作的滑道(見圖3所示)和保證穿帶順暢的夾送輥，優(yōu)化了矯直機(jī)配置參數(shù)；

(3)研制出打捆帶帶頭卡拉裝置如圖4所示，可保證打捆帶在完成捆型后通過該裝置的動作實(shí)現(xiàn)打捆帶的有效卡緊和拉緊，保證打捆帶的捆扎強(qiáng)度；

1.搖桿機(jī)構(gòu) 2.滑道圖3 捆帶成型的滑道結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Slide structure schematic of strapping forming

(4)構(gòu)建了打捆帶自動焊接設(shè)備，自主研發(fā)了三維全自動焊接機(jī)，包括焊接機(jī)、主梁、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、信號反饋機(jī)構(gòu)和位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等多個(gè)運(yùn)行模塊，通過該設(shè)備的驅(qū)動機(jī)構(gòu)自動尋找焊點(diǎn)并對中，完成鋼帶焊接工序。

1.拉緊缸 2.底座 3.滑塊 4. 打捆帶頭 5.壓頭 6.夾鉗缸圖4 打捆帶帶頭的卡拉裝置Fig.4 Tightening device of bundled tape head

4 結(jié)束語

通過分析國內(nèi)熱軋窄帶鋼生產(chǎn)和打捆包裝工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了其過程存在打捆效率低、工人勞動強(qiáng)度大以及打捆質(zhì)量差等問題。針對這些問題深入分析，尋找對策，研發(fā)了一種熱軋窄帶鋼多卷自動打捆機(jī)。該設(shè)備采用了自動穿帶、帶頭卡拉裝置以及三維全自動焊接機(jī)等多項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)了較高程度的自動化，現(xiàn)場反饋信息表明，該設(shè)備生產(chǎn)效率高、且操作簡單，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。該設(shè)備的成功研制和工業(yè)應(yīng)用填補(bǔ)了我國熱軋窄帶鋼多卷自動打捆生產(chǎn)線的空白，具有推廣價(jià)值，在國內(nèi)外熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Design and development of multi-coil automatic strapping machine for hot rolled narrow strip

ZHANG Shao-zhuang1, GUO Yan-jun1, BAI Ming-hua2, ZHANG Zhi-ming1, LONG Hu1, REN Su-bo2

(1.Qinhuangdao Xizhongsuo Yanda Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Qinhuangdao, 066004, China;2.National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling，Yanshan University，Qinhuangdao 066004，China)

This paper successfully developed a multi-volume automatic hot rolled narrow strip balers, in order to solve the multi-volume narrow steel strapping and bundling step manual welding brings efficiency, labor-intensive and do not match the mill efficiency and other issues, through technology research, integrated use of modern packaging machines and automatic welding theory, the device has a simple structure, small footprint, smooth operation, high degree of automation, for improving the narrow strip hit bundle production process technology behind the current situation has important application value, the device has been in a domestic steel narrow strip production line industrial test, and achieved good results.

narrow strip; automatic strapping machine; structural design

2015-11-29；

2015-12-15

張少壯(1968-)，男，工程師，主要從事冶金機(jī)械設(shè)計(jì)研究工作。

任素波(1980-)，男，燕山大學(xué)副教授，博士。

TF333.4

A

1001-196X(2016)02-0021-04