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摘要：分析了钢板堆垛机丝杠抖动、活动挡板卡阻、压缩空气泄漏、气缸铰耳断裂等运行故障，提出了解决方案，达到了降低事故率，提高设备运行稳定性的目的。
关键词：横切；堆垛机；气缸，定尺；断裂；泄漏
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-400-02
1.前言
某钢板剪切生产线，可将厚度为5mm～25.4mm的冷态热轧卷板展平并剪切成长度2m～16m，宽度0.8m～2.13m的定尺钢板。其基本生产流程是：上料→开卷→1次矫直→定尺剪切→2次矯直→喷标→堆垛→打捆→下线。堆垛过程主要由堆垛机完成：钢板经上游的侧导装置和辊道进入堆垛机，边部在堆垛机两侧托辊的带动下，水平行进至活动挡板的位置；托辊向下方摆动90°，使堆垛机开度大于钢板宽度，钢板自由下落到垛板台；然后活动挡板在气缸的驱动下，摆动至垂直位置，推动钢板沿长度方向对齐。此过程重复进行，直至达到规定的堆垛重量或张数。堆垛机由调长装置、调宽装置、活动挡板、固定挡板、托辊组、机架和垛板台等部分组成（图1）。堆垛机体积大，安装跨度大，结构复杂，机电液气一体化程度高，由于在生产过程中频繁受到钢板的冲击，是横切机组故障多发设备。自投产以来，发生过调长丝杠抖动、调长丝杠运行卡阻、活动挡板气动管路泄漏、钢板跑偏顶钢、堆垛不齐等问题，打乱了生产节奏，并对产品质量产生不良影响，给工厂造成了经济上的损失。现将问题逐一列举，并阐述解决方案如下。
1固定挡板 2托辊组 3 气缸 4，5丝杠和螺母
6调长装置 7活动挡板 8垛板台
图1堆垛机结构示意图
2.存在的问题和解决方案
2.1调长机构
（1）存在的问题-卡阻
在生产前，需根据生产计划中规定的钢板剪切长度，预先进行堆垛机定尺设置，即通过电机拖动丝杠，再由丝杠推动活动挡板到某一位置。此过程中曾多次发生调长丝杠运行卡阻的故障。
原因分析
活动挡板在调长丝杠的驱动下，沿导杆长度方向游动。调长丝杠长9m，直径100mm，长径比90：1，当其带动游动螺母快速旋转时，丝杠产生挠性变形[1]，发生弹跳，运行不平稳，导致螺纹间的摩擦力增大，传动电机保护性跳电。并且造成丝杠两端轴承座内铜衬套快速磨损，进一步恶化丝杠工作状况。另外，生产8m、9m、16m等长度的钢板时，活动挡板设定位置处于导杆的两个端部。由于产品尺寸规格变化大，的几率也较低；因工作环境中粉尘含量较大，落在导杆表面逐渐生成了油泥混合物，堵塞了活动挡板与导杆之间的滑动间隙，动挡板运动受阻，标定过程中断。
（2）解决方案
一方面在丝杠的下方增加多个半圆形托架，限制丝杠在重力作用下产生的自由挠曲和运行失稳。为避免丝杠与托架之间产生摩擦损伤，选择托架的材质为ZCuSn5Pb5，同时在丝杠上涂抹适量的润滑脂，降低丝杠转动的摩擦阻力。
效果
消除了丝杠抖动故障，并消除了活动挡板导杆卡死的故障。摩擦阻力得到了有效控制，计算机监控画面显示，驱动电机的电流在合理范围之内，仅有微小波动。
2.2活动挡板气动系统
（1）存在的问题-管接头漏气
活动挡板气动管路漏气，并有管接头金属卡套脱落事故发生。由于压缩空气泄漏，气缸响应时间慢，推动力不足，无法准确对正钢板头尾，造成钢板长度方向上参差不齐，外观极差，且对于较薄规格的钢板，在后续的产品下线和储运环节，有可能因磕碰和挂蹭使得钢板突出的部位产生变形，影响销售。
（2）原因分析
热轧无缝钢管存在表层冷硬性和表层晶体结构扭曲的特征[3]， 并存在加工尺寸精度偏低的实际情况，不利于卡套刃口切入钢管表层形成完整的密封线。公称直径DN10以上的管路，国内设计制造时通常避免采用卡套形式的密封接头。此处堆垛机活动挡板气缸管接头公称直径已达DN25。活动挡板工作时管道频繁受到振动冲击，管接头随液压缸摆动而偏斜，采用卡套密封，密封刃口受力复杂，无法保证密封效果，且刃口和钢管密封线划伤后，维修费时费力。
（3）解决方案
将管接头由卡套螺纹密封形式改为球-锥面螺纹密封形式。在安装时，对接头进行适当的预紧，可使球头和锥面相互紧密贴合，形成连续的密封面。另外，在确保安装和维修方便的前提下，对气动管路中的硬管以焊接的方式最大长度地预制，最大限度地减少活动接头的数量，从而减少泄漏点的数量。
（4）效果
球-锥面密封适用于有冲击和振动的工作环境，改进后，密封效果大幅提高，杜绝了管接头滑落的事故；解决了因管路泄漏原因导致的气缸动力不足，活动挡板动作不到位的问题。并且利用球头的自位性，在管路两部分同心度不理想的情况下，仍可达到密封效果，安装维护也更加方便省时。
2.3固定挡板
（1）存在的问题-气缸活塞杆环首杆开裂
固定挡板在气缸的驱动下，可上升和下降。当开始堆垛时，气缸活塞杆伸出，固定挡板上升到高于垛板台上表面的高度。当钢板着台后，在活动挡板的推动下向固定挡板移动，并通过与之碰撞实现对齐头尾。这一过程中，固定挡板频繁受到撞击，导致气缸环首杆的环壁开裂。
（2）原因分析
经检查发现，损坏的环首杆为铸铁材质，且环壁较薄，仅有8.5mm。当活动挡板拍击钢板产生的较大的冲击载荷传递至起支承作用的气缸环首杆时，造成环的薄位疲劳开裂。所以说，这是冲击振动和材料选择不当两个因素造成的事故。
（3）解决方案
比对相关技术资料，将环首杆的材质更换为Q345D锻件。另外，在保证环首杆与挡板U形座装配不发生干涉的前提下，将环壁的厚度提高到13mm，增加环壁的刚度。并在加工的过程中，将各处锐边倒钝，将过渡面曲率半径增大，表面处理光滑，以降低应力集中带来的不利影响。
（4）改进效果
材料的冲击韧性较从前大幅提高，彻底消除了气缸头部环首杆环壁开裂事故。
2.4堆垛机入口导向
（1）存在的问题-钢板跑偏顶钢
钢板经上游辊道进入堆垛机时，撞击堆垛机入口托辊支架的前端，发生位置干涉，钢板无法通行。
（2）原因分析
主要有两个因素：一是侧导装置对中精度较差，致使钢板中心线与生产线中心线不重合，存在一定的偏差量。二是堆垛机入口辊道表层为聚氨酯材料，抗撕裂性较差，被钢板边缘割裂后生成毛茬，造成辊面高低不平，转动时产生的侧向力使钢板有跑偏的趋势；又由于辊道两侧的导向辊在过钢的过程中并不一直夹持钢板，将钢板靠正后即按设定程序自动后撤，后撤量单侧30mm，这一间隙量造成了钢板实际跑偏，在堆垛机入口顶钢。
（3）解决方案
对于前一个问题，可以通过标定生产线中心线，对入口辊道的侧导辊进行位置调整，补偿偏差来消除；而对于后一个问题，需定期（一般为1年）找正辊道位置和及时更换损伤严重的聚氨酯辊道，更关键的是，在堆垛机入口设计了八字形侧导板，导板焊接于托辊支架上。导板的开度，完全满足钢板头部导入时的跑偏量极限，能保证钢板顺利进入堆垛机；导板的高度和长度均不与辊道发生位置干涉，兼顾了检修时拆装辊道的方便性。
（4）改进效果
彻底解决了钢板在堆垛机入口顶钢的事故。
3.结论
堆垛机在整个生产流程中，决定着钢板堆垛质量，作用至关重要。以上解决方案，消除了设备缺陷，解决了设备运行不稳定的难题，事故率明显下降，减轻了维护人员的劳动强度，减少了备件消耗。生产过程稳定，残次品减少，产品合格率指标得到了保证。
作者简介，吕照宇，1974～，男，工程师，现在邯宝钢铁有限热轧厂设备管理室工作， E-mail：lvzhaoyu@mail.hgjt.cn
关键词：横切；堆垛机；气缸，定尺；断裂；泄漏
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-400-02
1.前言
某钢板剪切生产线，可将厚度为5mm～25.4mm的冷态热轧卷板展平并剪切成长度2m～16m，宽度0.8m～2.13m的定尺钢板。其基本生产流程是：上料→开卷→1次矫直→定尺剪切→2次矯直→喷标→堆垛→打捆→下线。堆垛过程主要由堆垛机完成：钢板经上游的侧导装置和辊道进入堆垛机，边部在堆垛机两侧托辊的带动下，水平行进至活动挡板的位置；托辊向下方摆动90°，使堆垛机开度大于钢板宽度，钢板自由下落到垛板台；然后活动挡板在气缸的驱动下，摆动至垂直位置，推动钢板沿长度方向对齐。此过程重复进行，直至达到规定的堆垛重量或张数。堆垛机由调长装置、调宽装置、活动挡板、固定挡板、托辊组、机架和垛板台等部分组成（图1）。堆垛机体积大，安装跨度大，结构复杂，机电液气一体化程度高，由于在生产过程中频繁受到钢板的冲击，是横切机组故障多发设备。自投产以来，发生过调长丝杠抖动、调长丝杠运行卡阻、活动挡板气动管路泄漏、钢板跑偏顶钢、堆垛不齐等问题，打乱了生产节奏，并对产品质量产生不良影响，给工厂造成了经济上的损失。现将问题逐一列举，并阐述解决方案如下。
1固定挡板 2托辊组 3 气缸 4，5丝杠和螺母
6调长装置 7活动挡板 8垛板台
图1堆垛机结构示意图
2.存在的问题和解决方案
2.1调长机构
（1）存在的问题-卡阻
在生产前，需根据生产计划中规定的钢板剪切长度，预先进行堆垛机定尺设置，即通过电机拖动丝杠，再由丝杠推动活动挡板到某一位置。此过程中曾多次发生调长丝杠运行卡阻的故障。
原因分析
活动挡板在调长丝杠的驱动下，沿导杆长度方向游动。调长丝杠长9m，直径100mm，长径比90：1，当其带动游动螺母快速旋转时，丝杠产生挠性变形[1]，发生弹跳，运行不平稳，导致螺纹间的摩擦力增大，传动电机保护性跳电。并且造成丝杠两端轴承座内铜衬套快速磨损，进一步恶化丝杠工作状况。另外，生产8m、9m、16m等长度的钢板时，活动挡板设定位置处于导杆的两个端部。由于产品尺寸规格变化大，的几率也较低；因工作环境中粉尘含量较大，落在导杆表面逐渐生成了油泥混合物，堵塞了活动挡板与导杆之间的滑动间隙，动挡板运动受阻，标定过程中断。
（2）解决方案
一方面在丝杠的下方增加多个半圆形托架，限制丝杠在重力作用下产生的自由挠曲和运行失稳。为避免丝杠与托架之间产生摩擦损伤，选择托架的材质为ZCuSn5Pb5，同时在丝杠上涂抹适量的润滑脂，降低丝杠转动的摩擦阻力。
效果
消除了丝杠抖动故障，并消除了活动挡板导杆卡死的故障。摩擦阻力得到了有效控制，计算机监控画面显示，驱动电机的电流在合理范围之内，仅有微小波动。
2.2活动挡板气动系统
（1）存在的问题-管接头漏气
活动挡板气动管路漏气，并有管接头金属卡套脱落事故发生。由于压缩空气泄漏，气缸响应时间慢，推动力不足，无法准确对正钢板头尾，造成钢板长度方向上参差不齐，外观极差，且对于较薄规格的钢板，在后续的产品下线和储运环节，有可能因磕碰和挂蹭使得钢板突出的部位产生变形，影响销售。
（2）原因分析
热轧无缝钢管存在表层冷硬性和表层晶体结构扭曲的特征[3]， 并存在加工尺寸精度偏低的实际情况，不利于卡套刃口切入钢管表层形成完整的密封线。公称直径DN10以上的管路，国内设计制造时通常避免采用卡套形式的密封接头。此处堆垛机活动挡板气缸管接头公称直径已达DN25。活动挡板工作时管道频繁受到振动冲击，管接头随液压缸摆动而偏斜，采用卡套密封，密封刃口受力复杂，无法保证密封效果，且刃口和钢管密封线划伤后，维修费时费力。
（3）解决方案
将管接头由卡套螺纹密封形式改为球-锥面螺纹密封形式。在安装时，对接头进行适当的预紧，可使球头和锥面相互紧密贴合，形成连续的密封面。另外，在确保安装和维修方便的前提下，对气动管路中的硬管以焊接的方式最大长度地预制，最大限度地减少活动接头的数量，从而减少泄漏点的数量。
（4）效果
球-锥面密封适用于有冲击和振动的工作环境，改进后，密封效果大幅提高，杜绝了管接头滑落的事故；解决了因管路泄漏原因导致的气缸动力不足，活动挡板动作不到位的问题。并且利用球头的自位性，在管路两部分同心度不理想的情况下，仍可达到密封效果，安装维护也更加方便省时。
2.3固定挡板
（1）存在的问题-气缸活塞杆环首杆开裂
固定挡板在气缸的驱动下，可上升和下降。当开始堆垛时，气缸活塞杆伸出，固定挡板上升到高于垛板台上表面的高度。当钢板着台后，在活动挡板的推动下向固定挡板移动，并通过与之碰撞实现对齐头尾。这一过程中，固定挡板频繁受到撞击，导致气缸环首杆的环壁开裂。
（2）原因分析
经检查发现，损坏的环首杆为铸铁材质，且环壁较薄，仅有8.5mm。当活动挡板拍击钢板产生的较大的冲击载荷传递至起支承作用的气缸环首杆时，造成环的薄位疲劳开裂。所以说，这是冲击振动和材料选择不当两个因素造成的事故。
（3）解决方案
比对相关技术资料，将环首杆的材质更换为Q345D锻件。另外，在保证环首杆与挡板U形座装配不发生干涉的前提下，将环壁的厚度提高到13mm，增加环壁的刚度。并在加工的过程中，将各处锐边倒钝，将过渡面曲率半径增大，表面处理光滑，以降低应力集中带来的不利影响。
（4）改进效果
材料的冲击韧性较从前大幅提高，彻底消除了气缸头部环首杆环壁开裂事故。
2.4堆垛机入口导向
（1）存在的问题-钢板跑偏顶钢
钢板经上游辊道进入堆垛机时，撞击堆垛机入口托辊支架的前端，发生位置干涉，钢板无法通行。
（2）原因分析
主要有两个因素：一是侧导装置对中精度较差，致使钢板中心线与生产线中心线不重合，存在一定的偏差量。二是堆垛机入口辊道表层为聚氨酯材料，抗撕裂性较差，被钢板边缘割裂后生成毛茬，造成辊面高低不平，转动时产生的侧向力使钢板有跑偏的趋势；又由于辊道两侧的导向辊在过钢的过程中并不一直夹持钢板，将钢板靠正后即按设定程序自动后撤，后撤量单侧30mm，这一间隙量造成了钢板实际跑偏，在堆垛机入口顶钢。
（3）解决方案
对于前一个问题，可以通过标定生产线中心线，对入口辊道的侧导辊进行位置调整，补偿偏差来消除；而对于后一个问题，需定期（一般为1年）找正辊道位置和及时更换损伤严重的聚氨酯辊道，更关键的是，在堆垛机入口设计了八字形侧导板，导板焊接于托辊支架上。导板的开度，完全满足钢板头部导入时的跑偏量极限，能保证钢板顺利进入堆垛机；导板的高度和长度均不与辊道发生位置干涉，兼顾了检修时拆装辊道的方便性。
（4）改进效果
彻底解决了钢板在堆垛机入口顶钢的事故。
3.结论
堆垛机在整个生产流程中，决定着钢板堆垛质量，作用至关重要。以上解决方案，消除了设备缺陷，解决了设备运行不稳定的难题，事故率明显下降，减轻了维护人员的劳动强度，减少了备件消耗。生产过程稳定，残次品减少，产品合格率指标得到了保证。
作者简介，吕照宇，1974～，男，工程师，现在邯宝钢铁有限热轧厂设备管理室工作， E-mail：lvzhaoyu@mail.hgjt.cn