大型圆材收集平托装置的技术改进与性能提高

刘德金 李克涵 金海涛

(北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029)

·革新与改造·

大型圆材收集平托装置的技术改进与性能提高

刘德金①李克涵 金海涛

(北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029)

型钢收集平托装置是在瑞典惠斯顿杠杆原理基础上进行了新的改进，经过多列并行机构所组成的这种型钢移送装置，可以实现无冲击、无擦伤和低噪音的移钢功能。经过多次设计改进比较，总结出一些经验，并对其结构和工作原理进行分析，为该机构的推广应用提供了理论依据与实践经验。

轧钢精整设备 收集装置 惠斯顿杠杆 平托装置 机械设计

1 前言

大圆材收集平托装置其形式可以说是五花八门、各式各样，如电动回转式、液压升降式、链条传动式、曲柄摇杆式等等，它与使用场合和工艺要求有很大关系，关键在于能否高效、可靠、合理的运用机械设备。好的机械设备与机构可以使设备大大简化，动作简单。从工艺布置上，也会更加合理、有效，将会带来成本的降低和生产效率的提高。这是设计始终追求的目标。

该院为某钢铁公司设计了一条弹扁圆钢生产线，年产量为60万t优特钢，其中圆钢收集线即采用了收集平托装置，这是继日照、八钢、荣钢等生产线后设计的又一套新颖、独特的收集平托装置，其水平有了明显的提高，达到并接近目前国际水平。设计中不仅吸取了前几次设计的长处，而且在结构上也有了创新和改进。设计中进行了多方案比较与合理改进，并征求了甲方的意见。为了提高使用寿命，降低能耗和投资成本，采用左右双传动装置，使传动受力合理，为防止涨紧轴与托盘干涉，首次采用悬臂涨紧轮结构，摆臂可设计得更短，使负载力矩、电机功率减小，明显地降低成本和能耗。

就该机械设备的设计、结构、原理及主要关键部件的技术改进和提高作一简要叙述。表1为收集平托装置主要技术性能。

表1 收集平托装置主要技术性能

2 设备结构和工作原理

2.1 设备结构

收集平托装置位于中小型车间成品收集线上，型材经冷剪剪切定尺后，由剪后收集辊道输送到横移台架，再经几段链式横移台架到达振动装置，由振动装置进行收集，振动装置收集到一定数量后，由收集平托装置把这一批成品料一次性托起、横移、落下，可以实现无冲击平托移钢，以防止成品之间外表面的磨擦和划伤，降低噪音等。该收集平托装置旋转一周即把棒料平托到输出辊道上，输出辊道上装有平辊和立辊，很容易把料输送到打捆辊道上进行打捆、称重并收集入库。

图1 平托机构简图

1-左传动装置; 2-收集平托装置; 3-右传动装置; 4-驱动电机; 5-带轮联轴器; 6-制动器; 7-减速机; 8-传动底座; 9-联轴器; 10-滚动轴承座; 11-支座; 12-主传动轴; 13-托臂

图2 平托机构断面图

14-托盘; 15-链条涨紧装置; 16-链条; 17-带臂的链轮; 18-托盘调整装置; 19-感应板; 20-平衡重; 21-振动装置

本收集平托装置为电动步进启停式结构，间断工作，也可连续工作。该机构共分三部份组成，见图1、图2。

2.2 工作原理

本新型收集平托装置的运行轨迹为圆，详见图2，其运动方程为(xA)2+(yA-H)2=L2，详见图3，控制非常容易，在工作中托盘永远保持水平状态。当振动装置(21)中料已满发出信号时，驱动收集平托装置旋转，令待命的托盘(14)把全部型材缓慢托起，而后快速旋转平移，当型材接近输出辊道上时，托臂(13)继续缓慢旋转放料，当料完全落入输出辊道上时，托臂(13)得到停止信号后继续快速旋转运行，最后慢速返回到原待命位置停下，等待下一次再启动工作，其控制过程速度图详见图4。

图3 运动学简图

图4 速度图

收集平托装置的工作原理是，托臂旋转通过链条带动托盘做平面运动，托臂与托盘可360o旋转，托臂两侧带有个轴孔，一侧是通过平键与主轴连接，另一端与托盘固定轴连接，当电机带动主轴旋转时，托臂随着主轴做圆周运动；托盘通过轴安装在托臂上，托盘14的轴心围绕主轴12做圆周运动，当托臂的水平中心线围绕主轴轴心线做逆时针旋转一个角度α时，托盘的垂直中心线向顺时针方向旋转一个角度α，确保托盘保持开口始终向上做平动，保持托盘开口始终向上是通过链条来实现的，即托盘绝对转速为零。带臂的链轮17和随动链轮传动速比为1，链条随着托臂的旋转而摆动，托盘也随着链条的摆动而旋转，与托臂的旋转方向相反，同样转过一个角度α。托盘运转一周为一个工作周期。托盘调整机构是调整托盘在初始状态下的垂直度，当调整完成后就不再动了，在工作时不再进行调整。传动底座和传动支座为焊接结构与基础相连。见图1、图2、图3、图4、图9。

3 平托装置的技术改进与提高

收集平托装置用于冷、热轧中小型车间的收集线上，对轧材进行运输横移处理，较好的解决了成批型材的横移问题，起到了高效、平稳运送型材的作用。电动机驱动方式，结构小巧灵活，工作平稳可靠，维修操作方便，是目前较为理想的轧材平托设备。由于我国科技的发展和整体技术水平的提高，轧钢技术与生产正在向着大型化、快速化发展，涉及到的收集技术与装备也在不断发展，采用该装置后除减少事故率有效增加产量外，产品质量也有明显提高(特别是对特钢产品)，其生产节奏得以加快，更多的赢得生产时间。本收集平托装置设计独到合理，技术先进，易于控制和自动化水平高。人性化的设计理念，全自动化操作，避免了任何人为的失控，这是设计开发之初的目标之一，其技术水平接近于发达国家的水平，能满足快节奏的生产要求，为用户获得更大的经济效益，有着广泛的应用推广价值。

收集平托装置不受平移距离和料长的限制，可任意设计成所需尺寸。国外公司比如美国MOEGAN公司和意大利POMINI公司对收集平托装置都有研究。该院在深入研究国外同类产品并结合工程实践和多年设计、开发收集平托装置经验的基础上，参考吸取国外技术的优点，较好的解决了国内现存的实际问题，现场使用效果良好。与国内外同类产品相比，它更符合中国国情，为满足生产需求，做了以下技术改进。见图1、图2。

1)在12m范围内布置了7个托臂，八个传动支座，数量与间距可根据需要来确定。在主轴两端设有单独驱动的左、右传动装置。主轴共有四根由联轴器连接起来，托臂与主轴采用键连接保证其托料同步性。原采用胀套结构工作不可靠，带来托盘偏斜角度更大，调节起来也麻烦。

2)为保证托盘的水平垂直度，在平托装置的支座(11)上，设有托盘调整装置(18)，分别安装在主轴和传动底座上，通过调节连接螺杆的长度，使带臂的主动链轮转动一定的角度，来达到调节托盘相位的目的。采用连接螺杆、螺母很容易进行调节和固定托盘的水平垂直度，因此保证了机构的正常运行。最初设计并未设置此托盘调整装置。当位置变化较大时，也可调节涨紧轮和链条的位置，来保证托盘运行时的水平垂直度，使托盘在同一平面内，避免托盘倾斜，每个托盘工作受力均匀，运行轨迹更加精准。见图2、图5。

图5 托盘水平度调整机构

图6 链条张紧机构

图7 张紧机构剖视图

13-托臂; 15-链条涨紧装置; 17-带臂链轮; 18-托盘调整装置

3)在摆臂上安装了链条悬臂涨紧装置，采用连接螺杆、螺母来进行调节和固定。原来涨紧轮轴较长，影响托盘旋转。见图6、图7、图8。

4)电动平托装置仅需主轴与传动轴合为一体，省去一根轴，使传动更为简单，简化了结构，使结构更加紧凑，减轻了重量。比较电动链条传动式，需要主轴和传动轴，驱动装置和传动装置都放在地基上，占地面积大。见图1、图2。

5)加强了设备与基础的连接，将传动底座(8)、平托装置支座(11)用螺栓固定在地基上，设有防滑筋，更有利保证了平托装置整体的强度和稳定性。见图1、图2。

6)在平托装置的托臂(13)上，采用了悬臂涨紧装置(15)，保证横移运行时的稳定性，托盘不会发生歪斜，使平托装置工作安全可靠。解决了运料过程中托盘旋转不会碰到涨紧装置，使得托臂可做的更短、设备更紧凑。见图6、图7、图8。

7)安装调整十分容易，感应板(19)可360o旋转，停在任意位置，运动位置都由极限开关来控制，保证动作准确无误。见图2。

8)电动平托装置采用了制动器，保证了平托装置在电控失灵或停电时以及正常维修下，都不会发生意外事故，使设备更加安全可靠，见图1。

9)采用圆和锥相切的托盘，解决了运料过程与外部设备互不干涉的问题，使得接料与落料时更加顺畅。见图2。

在目前现代化技术进步飞速发展的时代，更环保更节能的产品，具有独到的设计，在保证轧件质量的前提下，还能降低噪音，工作又安全可靠，更显示出本机构的优越性，有充分的理由相信本机构会越来越多的被大家所采纳，广泛应用于各行各业，取得应有的经济效益。

4 平托装置的新特点及优缺点

1)电动型钢收集平托装置的特点是：分左、右传动从两端输入，由电机驱动硬齿面圆柱齿轮减速机经两级减速后，通过联轴器直接带动平托主轴旋转，四根主轴用三个齿性联轴器和两个夹克联轴器，交替布置连接以减少安装误差对传动带来的不利影响。传动机构紧凑新颖，独特的设计减少了一根传动轴(传动轴和平托轴合二为一)，采用悬臂涨紧轮装置，因此重量大为减轻，电机功率小更节能。

2)该装置的优点是：

(1)设备结构紧凑、占地面积小、生产节奏快、工作效率高、故障率少、维护调整方便。

(2)本机构设有制动器，工作更加安全、可靠，在任何状态下都不会存有潜在的危险，比如有事故或突然停电极为不安全的情况下，也不会引起任何事故。

(3)为了停位更加精准，主传动轴(12)上带臂的链轮(17)设有调整装置(18)，能非常容易的调节托盘(14)水平垂直位置，这对机构的安全运转十分有利，详见图2、图9。

(4)另设有平衡重(20)可降低对设备的冲击力，减小电机功率。

3)该装置的缺点是：

(1)当平移距离较短时，摆臂也短，如果托盘做的较大就可能机构回转中，托盘会碰到主轴过不来。只有加大托臂的长度。

图8 回转机构剖视图

图9 平托装置立体图

10-滚动轴承座; 11-传动支座; 12-主传动轴; 13-托臂; 14-托盘; 15-链条涨紧装置; 16-链条; 17-带臂的链轮; 18-托盘调整装置; 19-位置感应板; 20-平衡重; 22-随动链轮

(2)运动副较多，需要良好的润滑条件做为保证，各润滑点要定期添加干油。

5 结论

在设计收集平托装置过程中，通过研究机构的组成和工作原理得知，在其回转过程中，摆臂逆时钟旋转，托盘顺时钟旋转，安装在摆臂上的链传动装置绝对转速为零，保证了它的托盘开口始终朝上。控制摆臂的角速度，在接钢、放钢时低速运行，实现了无冲击、无擦伤并具有明显降低噪音的效果，无论是单根还是多根轧件，都能平稳、迅速、准确的移送到位。在实践中我们积累了几点粗浅的认识和经验与大家共享：

1)本装置适用于轧钢生产线上各类型钢产品移送的要求，如型钢、钢管等，在无冲击、无擦伤、降低噪音方面效果明显。不同的需求仅需改变托盘的形状和数量以及托臂的长度即可。

2)要始终保证托盘的水平垂直度，主动链轮与被动链轮的传动速比必须为1，即链传动的托盘绝对转速为零。

3)在生产中发现托盘有倾斜时(这是不可避免的问题)，生产前可通过托盘调整装置(18)和链条涨紧装置(15)来调节，使托盘始终保持垂直状态。

4)设备结构紧凑、占地面积小、生产节奏快、工作效率高。

[1]陶维瑛.TAO Wei-ying 惠斯顿杠杆的设计与计算[J].包钢科技,2001(2).

[2]张丽英.-大棒冷床上钢机构的三种方式 .机械工程与自动化，2011(3).

[3]成大先.机械设计手册【M】.北京：化学工业出版社，2005:13-97.

热烈祝贺中国冶金装备网(WWW.MCCET.COM)

机械设备电子商城上线运行！

Technology and Performance Improvement for Hold up the Planar Motion Device of Big Rounds Collection

Liu Dejin Li Kehan Jin Haitao

(Beijing Metallurgical Equipment Research & Design Co., Ltd. of MCC Group, Beijing 100029)

Hold up the planar motion device of section steel collection is the new improvements based on the Whiston leverage of Sweden, after many parallel bodies formed out of this steel transfer device can be achieved without impact, no abrasions and low noise shift steel features. After several design improvements compared gained some experience, and the structure and working principle of the analysis, promote the use of the institution to provide the theoretical basis and practical experience.

Steel rolling finishing equipment Collection devices Whiston leverage Hold up the planar motion devices Mechanical design

TG333.62

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.015

2015-01-15)

①作者简历：刘德金，男，1951年出生，毕业于江西理工大学冶金机械专业，学士，高级工程师