張寶鑫（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司棒材廠，天津300301）

0 引言

棒材測長輥設(shè)備安裝在4#定尺擺剪前，作用是控制4#定尺擺剪剪切成品棒材的長短。成品棒材通過輸送輥道的運(yùn)輸，將成品棒材運(yùn)送到測長輥設(shè)備上。測長輥設(shè)備在運(yùn)動中對成品棒材進(jìn)行長度檢測。其測量原理是：帶編碼器的電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動測長輥轉(zhuǎn)動，檢測到成品棒材后開始對運(yùn)動的棒材進(jìn)行長度測量，然后通過編碼器反饋信號給4#定尺擺剪指令，對成品棒材進(jìn)行運(yùn)動剪切。定尺剪切的長度預(yù)先在計(jì)算機(jī)設(shè)定好。在實(shí)際生產(chǎn)中，筆者發(fā)現(xiàn)4#定尺擺剪剪切成品棒材時經(jīng)常出現(xiàn)剪切數(shù)剪，長度公差都不同。兩排成品棒材剪切后有時相差150 mm，嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)要求的20 mm范圍，對成品棒材的定尺質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。由于4#定尺擺剪的剪切長度是由4#定尺擺剪前測長輥設(shè)備檢測到的長度所決定，所以測長輥設(shè)備測長不準(zhǔn)是造成4#定尺擺剪剪切不準(zhǔn)的根本原因。本文對測長輥設(shè)備測長不準(zhǔn)的原因進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施，使問題得到了解決。

1 改進(jìn)前存在問題

1.1 測長輥設(shè)備的結(jié)構(gòu)

原4#定尺擺剪前測長輥設(shè)備由輥?zhàn)?、軸承座、鼓型齒式聯(lián)軸器、電機(jī)減速機(jī)和輥道支架組成。測長輥輥?zhàn)颖倔w為普通的鋼制焊接加工件，通過安裝在測長輥兩軸端的軸承座，能夠使測長輥?zhàn)杂赊D(zhuǎn)動無卡阻。電機(jī)減速機(jī)通過鼓型齒式聯(lián)軸器和帶軸承座的測長輥本體連接，傳遞扭矩，驅(qū)動測長輥轉(zhuǎn)動。電機(jī)減速機(jī)和帶軸承座的測長輥安裝在輥道支架上，輥道支架是與4#定尺擺剪剪體框架焊接在一起的鋼結(jié)構(gòu)加工件，如圖1所示。

圖1 改造前的測長輥設(shè)備

1.2 測長輥設(shè)備的測長過程

測長輥設(shè)備安裝在4#定尺擺剪前，其安裝測長輥的輥道支架與4#定尺擺剪框架焊接在一體。測長輥的電機(jī)減速機(jī)尾部安裝有專門用于檢測成品棒材長度的編碼器。當(dāng)成品棒材通過測長輥時，電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動測長輥轉(zhuǎn)動，電機(jī)尾部的編碼器開始測長，當(dāng)編碼器檢測達(dá)到定尺尺寸要求時，輸出信號，4#定尺擺剪開始剪切。以上為測長剪切的一個周期性動作，往復(fù)周期動作，剪切定尺成品棒材。

1.3 測長輥設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中存在的問題及缺陷

測長輥設(shè)備在轉(zhuǎn)動測長過程中經(jīng)常出現(xiàn)測量成品棒材長度不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。其測量成品棒材長度誤差較大（每排定尺剪切的成品棒材長度誤差105 mm左右），嚴(yán)重超差。由于測長輥設(shè)備安裝在4#定尺擺剪前，其作用是對成品棒材進(jìn)行精確測量，然后通過反饋信號給4#定尺擺剪指令進(jìn)行定尺剪切。測長輥設(shè)備的作用直接影響成品棒材的定尺剪切質(zhì)量。長期以來，成品棒材剪切后長短不齊的問題一直制約著生產(chǎn)節(jié)奏，對產(chǎn)品的外觀質(zhì)量也造成了嚴(yán)重影響，經(jīng)常出現(xiàn)由于整捆棒材參差不齊而造成使用廠商要求索賠甚至退貨的嚴(yán)重后果。

針對以上所述情況，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用狀況，對設(shè)備結(jié)構(gòu)分析如下。

1.3.1 測長輥設(shè)備的輥?zhàn)颖倔w存在問題

首先，原測長輥設(shè)備中輥?zhàn)颖倔w單元為普通的鋼制焊接加工件，輥?zhàn)訂卧谡＾D(zhuǎn)動運(yùn)行中，其上頂面標(biāo)高應(yīng)和前后其它運(yùn)輸輥道的高度保持一致。但在運(yùn)行過程中，使用一段時間后，其輥體表面出現(xiàn)磨損，輥體表面出現(xiàn)深溝，低于其它輥?zhàn)訕?biāo)高，這就導(dǎo)致測長輥在轉(zhuǎn)動過程中有時輥體表面接觸不到成品棒材。但是測長輥設(shè)備檢測成品棒材的長度是依靠驅(qū)動測長輥電機(jī)后的編碼器來實(shí)現(xiàn)的，只要電機(jī)帶動編碼器轉(zhuǎn)動，編碼器就會默認(rèn)過鋼長度，但實(shí)際由于輥體表面磨出深溝，通過輥體表面的成品棒材長度要大于實(shí)際編碼器監(jiān)測到的長度，最終導(dǎo)致電機(jī)后編碼器默認(rèn)長度與成品棒材實(shí)際過鋼長度產(chǎn)生誤差。

其次，原測長輥設(shè)備中輥?zhàn)颖倔w為普通的鋼制焊接加工件，輥?zhàn)颖倔w表面光滑，對成品棒材沒有任何約束，加之成品棒材表面帶肋，極易出現(xiàn)運(yùn)動中的成品棒材在測長輥表面打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致測長輥編碼器檢測成品棒材長度和實(shí)際通過的成品棒材長度不一致。這是造成測長輥測長不準(zhǔn)確的原因之一。

1.3.2 測長輥設(shè)備輥道支架連接形式存在的缺陷

原測長輥設(shè)備的輥?zhàn)颖倔w軸承座和電機(jī)減速機(jī)底座通過連接螺栓安裝在測長輥的輥道支架上。測長輥設(shè)備的輥道支架是一個與4#定尺擺剪本體焊接在一起的鋼結(jié)構(gòu)加工件。通過深入分析和觀察發(fā)現(xiàn)，這種焊接在4#定尺擺剪本體上的輥道支架存在嚴(yán)重的缺陷：測長輥設(shè)備的測長是依靠連接在電機(jī)減速機(jī)后的編碼器來檢測測長輥的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，從而計(jì)算通過成品棒材的長度，然后進(jìn)行信號反饋，對4#定尺擺剪發(fā)出指令，從而進(jìn)行剪切。編碼器要求在沒有振動的環(huán)境下使用，這樣才能保證其運(yùn)行的精度。編碼器的實(shí)際使用環(huán)境極其惡劣。連接編碼器的電機(jī)減速機(jī)安裝在測長輥設(shè)備的輥道支架上，原輥道支架是一個和4#定尺擺剪本體框架焊接在一體的支架。4#定尺擺剪在每次定尺剪切時都會產(chǎn)生巨大的振動，其本身就是一個振動源，對編碼器的檢測造成嚴(yán)重影響，經(jīng)常出現(xiàn)由于振動頻繁過大而導(dǎo)致編碼器的損壞，使測長輥設(shè)備無法正常工作。這也是造成測長輥測長不準(zhǔn)的原因之一。

2 相關(guān)設(shè)備問題及缺陷的解決方案

2.1 測長輥?zhàn)颖倔w的改進(jìn)

原測長輥設(shè)備中的輥?zhàn)颖倔w單元是由普通的鋼制焊接件加工而成。根據(jù)上文所述情況，表明此種輥?zhàn)颖倔w不能對運(yùn)輸中的成品棒材起到束縛作用，運(yùn)動中的成品棒材容易在輥體表面出現(xiàn)打滑錯位現(xiàn)象，且普通材質(zhì)的輥?zhàn)颖砻鏄O易磨損，與其他前后輥?zhàn)有纬筛叨炔?，從而對測長產(chǎn)生影響。為此，對測長輥的本體進(jìn)行了改進(jìn)。首先，將測長輥本體表面采用耐磨的不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），增加輥體表面的耐磨性；其次，將輥體內(nèi)部加裝永磁體，固定于輥體內(nèi)表面，使測長輥本體自身帶有吸附力。當(dāng)成品棒材通過測長輥本體時，測長輥本體在轉(zhuǎn)動過程

TIANJ IN METALLURGY中就能將成品棒材牢牢地吸附在輥體表面上，避免成品棒材在輥體表面運(yùn)動過程中出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，如圖2所示。

2.2 輥道支架改進(jìn)

2.2.1 輥道支架的改進(jìn)方案

測長輥設(shè)備的輥?zhàn)颖倔w和電機(jī)減速機(jī)本體連接在一個輥道支架上，而此輥道支架又和4#定尺擺剪本體框架焊接在一起。4#定尺擺剪每次剪切時的振動都會對連接在電機(jī)上的編碼器產(chǎn)生影響，導(dǎo)致編碼器經(jīng)常損壞，導(dǎo)致測長輥測長不準(zhǔn)確。為此，筆者決定將電機(jī)支架與輥道支架分離開，在沿輥道軸線的電機(jī)減速機(jī)方向外延，在旁邊的土建層上重新生根灌漿，安裝帶編碼器的電機(jī)減速機(jī)，使帶編碼器的電機(jī)減速機(jī)遠(yuǎn)離振動源（4#定尺擺剪框架）。之后進(jìn)行萬向軸選型，用于測長輥與電機(jī)減速機(jī)軸端的連接、傳遞扭矩，如圖3所示。

2.2.2 萬向軸的選型及強(qiáng)度校核計(jì)算

根據(jù)相關(guān)安裝尺寸，測長輥輸出軸端連接法蘭及電機(jī)輸出軸端連接法蘭為Φ100 mm，測長輥和電機(jī)減速機(jī)間距為500 mm。通過查閱文獻(xiàn)[1]，選擇萬向軸型號為：SWC-I 100 A-465；萬向軸回轉(zhuǎn)直徑為100 mm、長度為465 mm、伸長量為55 mm；萬向軸公稱轉(zhuǎn)矩為Tn=1 250 N·m。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，對所選萬向軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為：

式中，T為電機(jī)減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；Tc為計(jì)算轉(zhuǎn)矩；K為工作情況系數(shù)。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]查得：運(yùn)輸機(jī)械主傳動K=1.3～1.8,為使測長輥運(yùn)轉(zhuǎn)時安全系數(shù)最大，取K=1.8。

查電機(jī)減速機(jī)銘牌：電機(jī)減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為：450 N·m。所以計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，強(qiáng)度校核公式為：

式中，Tc為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；Tn為公稱轉(zhuǎn)矩，N·m。

由于上述已知萬向軸公稱轉(zhuǎn)矩為Tn=1 250 N·m，計(jì)算轉(zhuǎn)矩為810 N·m，因此滿足公式Tc≤Tn要求，最終選型萬向軸為SWC-I 100 A-465，如圖4所示。

圖2 改造后的測長輥本體

圖3 改造后的測長輥設(shè)備

圖4 整體叉頭十字軸式萬向聯(lián)軸器（SWC-l100.a-465）

3 結(jié)語

通過對棒材測長輥設(shè)備的分析與改進(jìn)，使測長輥設(shè)備的測長精度得到保證。通過改進(jìn)測長輥本體輥筒材質(zhì)，使測長輥本體易磨損的問題有所好轉(zhuǎn)，由每年需要更換測長輥本體數(shù)量由10個變成1～2個，既節(jié)省了備件費(fèi)用，同時降低了維修職工的勞動強(qiáng)度；通過在測長輥內(nèi)表面加裝永磁塊，徹底消除了測長輥本體與成品棒材在運(yùn)動接觸中的打滑現(xiàn)象；通過對帶編碼器的電機(jī)減速機(jī)基礎(chǔ)移位進(jìn)行改進(jìn)，徹底解決了編碼器受振動容易損壞的問題，每年節(jié)省更換編碼器16個，節(jié)約備件費(fèi)用4萬余元。測長輥設(shè)備的整體改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了每年多生產(chǎn)合格的定尺成品棒材600余噸，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和正常的生產(chǎn)節(jié)奏。此種改進(jìn)方法適合在同類型測長輥設(shè)備的廠家進(jìn)行廣泛推廣使用。