板坯連鑄二次去毛刺機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，國(guó)內(nèi)板坯連鑄去毛刺機(jī)結(jié)構(gòu)形式主要有飛錘式和圓盤刮刀式兩種，飛錘式去毛刺機(jī)設(shè)備維護(hù)及備件成本較低，但是只能用在一次火焰切割機(jī)后方的長(zhǎng)定尺鑄坯，而且毛刺飛濺、刮刀斷裂時(shí)存在一定的安全隱患。圓盤刮刀式去毛刺機(jī)去毛刺效果較好，但是設(shè)備維護(hù)及備件成本相對(duì)較高，增加助推機(jī)構(gòu)后可以應(yīng)用在二次火焰切割機(jī)后方的短定尺鑄坯。

1  二次去毛刺機(jī)問(wèn)題分析

1#板坯連鑄機(jī)二次去毛刺機(jī)為圓盤刮刀式去毛刺機(jī)，其設(shè)備主要由去毛刺輥和助推擺臂裝置組成。去毛刺機(jī)的工作原理：鑄坯從輸送輥道送至去毛刺輥上方，輥道及鑄坯停止動(dòng)作→去毛刺輥兩端底部升降氣囊抬起→兩端定位銷刮刀氣缸升起，定位銷插入定位孔內(nèi)，限制去毛刺輥轉(zhuǎn)動(dòng)，刮刀頂在鑄坯下表面→助推擺臂和輥道同時(shí)動(dòng)作使得鑄坯與刮刀發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)毛刺進(jìn)行去除。在實(shí)際運(yùn)行中，該毛刺機(jī)存在的以下問(wèn)題：

（1）去毛刺機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度高、粉塵大，在生產(chǎn)過(guò)程中18個(gè)升降氣缸容易出現(xiàn)卡阻，經(jīng)常出現(xiàn)個(gè)別氣缸升降不到位現(xiàn)象，造成毛刺去不干凈。

（2）現(xiàn)有鑄坯品種及鑄坯定尺規(guī)格較多，鑄坯切割后的毛刺大小不一，對(duì)刮刀的要求非常高，特別是毛刺較小時(shí)，刮刀有輕微的磨損就會(huì)出現(xiàn)毛刺去不干凈現(xiàn)象。

（3）去毛刺助推擺臂裝置為“Γ”型結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期使用后助推框架受力變形嚴(yán)重，助推過(guò)程中出現(xiàn)框架振動(dòng)搖擺現(xiàn)象，底座螺栓經(jīng)常出現(xiàn)松動(dòng)，框架焊縫及鋼板出現(xiàn)裂縫。

（4）在澆鑄小斷面短定尺的時(shí)候，由于鑄坯重量較輕，鑄坯與刮刀之間的壓力不足，氣缸頂起后直接把鑄坯抬起，刮刀與鑄坯下表面形成了一定的夾角，從而毛刺去不干凈。

（5）維護(hù)檢修工作頻繁，去毛刺率偏低，氣缸及刮刀備件消耗大，備件成本較高。

2  去毛刺機(jī)的優(yōu)化改造方案

針對(duì)原有去毛刺機(jī)存在的問(wèn)題，對(duì)原有去毛刺機(jī)進(jìn)行了全面的優(yōu)化改造，下面通過(guò)去毛刺輥、助推擺臂裝置和壓輥裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。 

2.1  去毛刺輥整體進(jìn)行優(yōu)化改造

本人參考學(xué)習(xí)了鞍鋼使用的一種新型去毛刺機(jī)對(duì)去毛刺輥進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)后去毛刺輥結(jié)構(gòu)如圖1中所示，這種去毛刺輥與原有去毛刺輥比較主要改動(dòng)的情況如下：（1）去毛刺輥的結(jié)構(gòu)主要由支撐梁和活動(dòng)梁兩部分組成，活動(dòng)梁可以通過(guò)固定在支撐梁一側(cè)軸承座上的液壓馬達(dá)進(jìn)行橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；（2）刮刀的結(jié)構(gòu)形式改變，由原來(lái)的圓盤型刮刀改為鋸齒型刮刀；（3）取消原有的刮刀升降氣缸改為壓縮彈簧和升降刀桿配合來(lái)達(dá)到刮刀與鑄坯下表面緊密貼合；（4）取消去毛刺輥?zhàn)鳛檩斔洼伒赖妮斔凸δ?，縮短去毛刺輥前后兩輥的輥間距，采用翻轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)去毛刺輥0～180度的翻轉(zhuǎn)傾倒毛刺及氧化鐵皮的功能。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的去毛刺輥工作原理為：鑄坯從輸送輥道送至去毛刺輥上方，輥道及鑄坯停止動(dòng)作→去毛刺輥兩側(cè)軸承座底部的升降油缸抬起→鋸齒形刮刀頂在鑄坯下表面，通過(guò)壓縮彈簧使得刮刀與鑄坯緊密貼合，去毛刺輥兩側(cè)的定位銷插入基座上定位孔，使得去毛刺輥不能轉(zhuǎn)動(dòng)→液壓馬達(dá)啟動(dòng)帶動(dòng)活動(dòng)梁使得整組刮刀橫向鋸動(dòng)→助推擺臂和輥道同時(shí)動(dòng)作使得鑄坯與刮刀發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)毛刺進(jìn)行去除。

2.2  助推擺臂裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

原先鑄坯助推擺臂裝置機(jī)架結(jié)構(gòu)形式為“?！毙蛦为?dú)安裝在輸送輥道一側(cè)的獨(dú)立基礎(chǔ)底座上，助推擺臂擺軸一端安裝在機(jī)架上，另一端懸空在輥道上方。優(yōu)化設(shè)計(jì)后結(jié)構(gòu)如圖1中所示，改為三個(gè)支撐立座分別坐落在鑄坯輸送輥道兩側(cè)的輥道梁和原先獨(dú)立基礎(chǔ)底座上，三個(gè)支撐立座的上下都采用鋼梁連接而成為一個(gè)整體,這樣機(jī)架結(jié)構(gòu)更加的穩(wěn)定可靠。為了助推擺臂在鑄坯頭尾毛刺具有相同的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)擺臂裝置由一個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)改為雙油缸驅(qū)動(dòng)。由于去毛刺需要的推力大小受到鑄坯的鋼種、溫度、定尺及毛刺的大小等較多因素的影響，具體數(shù)值計(jì)算較為困難。由于原有油缸在使用過(guò)程中驅(qū)動(dòng)力沒(méi)有出現(xiàn)不足的現(xiàn)象,雙油缸的選型主要參考原有油缸工作驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行配型。

原有油缸型號(hào)：φ160/φ110-500，工作壓力：18MPa

無(wú)桿腔工作時(shí)作用力：F1=P*S1=18*106 *π*0.082=361728（N）

有桿腔工作時(shí)作用力：F2=P*S2=18*106 *π*（0.082-0.0652）=122931（N）

現(xiàn)有油缸選型型號(hào)為：φ110/φ80-500，工作壓力：18MPa

助推過(guò)程中兩個(gè)油缸同時(shí)工作作用力：

F3=P*S3=18*106 *π*（0.0652+0.0652-0.042）=387162（N）

為了確保能夠滿足增加壓輥裝置后擁有足夠的驅(qū)動(dòng)力，油缸選型時(shí)驅(qū)動(dòng)力比原先加大了一點(diǎn)。

2.3  助推壓輥裝置設(shè)計(jì)

壓輥的設(shè)計(jì)主要為了解決在澆鑄小斷面、短定尺的鑄坯時(shí)候，由于鑄坯重量較輕，鑄坯與刮刀之間的壓力不足的問(wèn)題。該機(jī)構(gòu)主要利用現(xiàn)有的助推擺軸作為驅(qū)動(dòng)力，在鑄坯輸送輥道兩側(cè)輥道梁的支撐立座中部設(shè)置兩個(gè)壓輥機(jī)構(gòu)的支撐軸承座。

壓輥裝置設(shè)計(jì)原理如圖2所示：

LS1——鑄坯從輸送輥道至左從右走，助推擺臂，壓輥裝置及去毛刺刮刀處于等待位置；

LS2——鑄坯輸送到去毛刺刮刀上方，坯頭超出刮刀100~300mm,去毛刺輥刮刀升起，刮刀與鑄坯下表面緊密貼合，助推擺臂從右往左擺推動(dòng)鑄坯，壓輥則從左往右擺動(dòng)，壓輥接觸鑄坯表面形成一個(gè)下壓力的過(guò)程，該步驟去除鑄坯頭部的毛刺；

LS3、LS4與LS1和LS2是一個(gè)反方向的過(guò)程，該過(guò)程去除鑄坯尾部的毛刺。

壓輥在擺動(dòng)過(guò)程中受力情況如圖3所示：忽略壓輪重力后主要受力有鑄坯表面的反作用力F1，壓輥彈簧的彈力F2，擺臂驅(qū)動(dòng)力F3，壓輥與鑄坯表面之間的摩擦力f1；對(duì)受力情況進(jìn)行分解后可以得出如下列式：

 x方向受力平衡式：

F1=F2*cosθ+F3*sinθ   （1）

Y方向受力平衡式：

f1+F2*sinθ=F3*cosθ                      

摩擦力f1= F1*δ（δ為滾動(dòng)摩擦系數(shù)）      

F1*δ+F2*sinθ=F3*cosθ （2）              

由（1）（2）式得出擺臂驅(qū)動(dòng)力：

F3=F2*( cosθ*δ+ sinθ)/( cosθ- sinθ*δ)                                    

δ參考值為0.05計(jì)算：

F3=F2*( cosθ+ 20*sinθ)/( 20*cosθ- sinθ)                                                                      

從上式可以看出擺臂所需驅(qū)動(dòng)力F3與壓輥彈簧彈力F2及夾角θ有關(guān)，在推坯的過(guò)程中θ角是從15°逐漸縮小到0°。θ角逐漸減小的過(guò)程中( cosθ+ 20*sinθ)/( 20*cosθ- sinθ)的值是一個(gè)遞減的過(guò)程，取 θ角為15°時(shí)計(jì)算出最大值為0.32，所以F3≤0.322*F2。

進(jìn)一步分析可得壓輥所需油缸的驅(qū)動(dòng)力F5=F3*L1 /L2* cosα*sinβ，通過(guò)機(jī)構(gòu)實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算得出壓輥機(jī)構(gòu)從LS2位置運(yùn)動(dòng)到LS4位置過(guò)程中cosα*sinβ數(shù)值在0.62~0.2之間變化，L1/L2的比值為1.6。由此可以得出：F5=2.6*F3～8*F3。

在實(shí)際使用過(guò)程中逐漸增加彈簧的彈力進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)算壓輥下壓力可達(dá)20000N左右，油缸驅(qū)動(dòng)力完全能夠滿足鑄坯去毛刺過(guò)程中所需要的下壓力。

3  結(jié)語(yǔ)

板坯去毛刺機(jī)經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后取得了明顯的效果，去毛刺機(jī)原先存在的問(wèn)的提得到了有效的杜絕，鑄坯去毛刺率得到了提升。有了鋸動(dòng)功能后，在去毛刺的過(guò)程中刮刀與鑄坯表面橫向和縱向都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成切割力，毛刺去除的更為干凈。有了壓輥裝置后，在去除小斷面短定尺鑄坯時(shí)，避免了因鑄坯重量不足導(dǎo)致毛刺去不干凈的現(xiàn)象。也有不足之處：齒輪與齒條分體式翻轉(zhuǎn)液壓缸現(xiàn)場(chǎng)安裝精度要求較高，現(xiàn)場(chǎng)故障處理較難，活動(dòng)梁兩側(cè)導(dǎo)向滾動(dòng)體容易磨損，需要經(jīng)常調(diào)整等，目前正在逐步優(yōu)化改進(jìn)。

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