钢卷运输翻卷机组工艺和设备设计要点

钢卷运输翻卷机组工艺和设备设计要点

摘要：本文结合宝新工程的成功应用并以宝钢股份不锈钢分公司钢卷运输翻卷机组的设计为具体内容，阐述了该机组工艺设备设计所要涉及的设备选型、机组控制联锁和设备结构设计应考虑的技术要点并介绍了对翻卷机传统结构（包括同类型引进设备）的改进和优化，对类似项目的建设和设计具有一定的借鉴作用。

关键词：钢卷运输，翻卷，设备选型，控制和结构设计

钢卷运输翻卷机组是在不锈钢卷罩式炉退火生产环节中不可缺少的重要工艺设备，如果对相关设备的控制和结构设计考虑不周，将会影响工艺功能的实现和设备的使用，对生产是不利的。

1.机组功能和主要设备选型

1.1机组功能及主要设备

钢卷运输翻卷机组承担卧卷翻立卷和立卷翻卧卷以及冷轧原料跨和罩式炉跨两跨之间运输的多重功能。

热轧成品库和冷轧原料跨的不锈钢400系列卧卷通过电动平车和吊车吊运到冷轧原料跨的钢卷存放鞍座上，然后通过钢卷小车将钢卷移送到罩式炉跨的翻卷机工位上，翻卷机将卧卷翻转90°为立卷型式，再用立卷吊将钢卷吊到待退火立卷存放场地或罩式炉中。

经罩式炉退火后的钢卷在冷却到一定温度后，由立卷吊吊至翻卷机工位上，翻卷机将立卷翻转90°为卧卷型式，然后，通过钢卷小车将钢卷移动到原料跨的钢卷存放鞍座上，再由吊车吊往下一堆放场地。

钢卷运输翻卷机组由固定鞍座、钢卷运输小车、钢卷检测装置、翻卷机组成，机组配置1个单独的液压站，位于机组的翻卷机附近。

钢卷运输小车和翻卷机均采用液压驱动。

由于机组已设置液压站，钢卷运输小车可使用该站作为其动力源，并可以简化小车结构，为此，采用地坑式小车。小车运行由液压马达驱动，比例阀控制小车走行速度，以准确停位；钢卷托座由液压缸升降。

翻卷机采用改进的L形翻转托架，单液压缸驱动进行翻转。

钢卷检测装置采用光电管检测。

1.2机组设备主要技术参数

机组（最远处鞍座至翻卷机主轴中心）长度～16.75m

钢卷运输小车运行速度max12m/min

翻卷速度～1.1°/s

运输翻卷节奏～1卷/4min

1.3.机组产量及节奏和负荷率计算

罩式退火炉产量：max131609t/年

钢卷平均卷重；19.7t

机组卧卷翻立卷钢卷数量为：131609/19.7=6681

机组立卷翻卧卷钢卷数量为：131609/19.7=6681

机组年工作时间：7000h

钢卷运输翻卷机组工作时间：6681×2×4/60=891h

钢卷运输翻卷机组工作负荷率：891/7000＝12.73%

罩式退火炉一个装卸卷周期允许的装卸卷工作时间：60min

罩式退火炉装卸卷周期装卸钢卷数量：max：5x2

钢卷运输翻卷机组所用实际工作时间：5×2×4=40min满足节奏要求

短时机组负荷率：40/60=66.7%

2.机组控制的设计要求

2.1钢卷运输小车上卷位置控制要求

根据翻卷90°的要求，翻卷机的翻转托架为L形结构，钢卷小车应将钢卷尽可能的靠近L形翻转托架的垂直面进行上卷，以减少翻卷过程形成塌卷或产生钢卷对托架的冲击。由此，必须在钢卷运输过程中对靠近翻卷机这侧的钢卷端面进行检测和位置控制。此外，只有在翻卷机处于卧卷工位时，钢卷小车才能进入上卷位置，并保证此时小车托座在高位。

2.2钢卷运输小车托卷位置控制要求

根据上卷位置的控制要求，钢卷端面在小车托座上的相对位置是有要求的，而卧卷鞍座上的钢卷是由吊车吊运上去的，其位置是不确定的，此外，钢卷宽度为750～1600mm，变化范围也较大，如果钢卷小车托卷前不进行小车位置控制，托卷时就会超出所要求的范围，影响此后钢卷在翻卷机工位的上卷。此外，托卷前小车托座必须处于低位。本设计在钢卷小车靠近鞍座侧的端部装有检测元件(超声波或光电管)，在运行过程中，当检测元件检测到固定鞍座上钢卷的右侧端部时，钢卷被检测面和小车托座的相对位置此时也就确定了，通过相对行程控制－钢卷小车运行机构上的检测元件(编码器)信号检测并控制钢卷小车此时以后的运行距离，使钢卷小车高速、降速、直至停在合适位置(钢卷右侧端部相对于托座右侧端部距离，可根据钢卷宽度自动设定，也可由人工设置调整)，在停车的同时，小车的升降机构动作，托座上升，将钢卷从鞍座上托起至高位（图1），这样，钢卷位于小车托座上的位置是能满足其后翻卷机上的上卷要求的。

图1小车托卷示意图

2.3翻卷机翻卷控制的设计要求

在翻卷过程中，由钢卷和翻卷设备自重引起的液压缸负载在方向和大小方面都是变化的，在最大钢卷重量30t，钢卷宽度1600mm的情况下，液压缸的负载在不同位置结果相差是很大的（图2）：

a.翻卷机在卧卷工位开始翻卷，液压缸行程为0时，由翻转部件自重和卷重产生

的液压缸负荷为最大，～55t，方向为朝向液压缸后端盖。

b.在翻卷机继续翻卷过程中，液压缸负载逐步减小，直到液压缸行程～950mm时，

由翻转部件自重和卷重的合成重心到达翻卷机主轴正上方，由其产生的液压缸

负荷为0。

c.当翻转部件自重和卷重的合成重心越过中心点时，由翻转部件自重和卷重产生

的负载已变为对液压缸的动力并逐步增大，当液压缸活塞杆工作行程全部伸出，

行程为2121mm时，液压缸反向的压力最大，～55t，方向则为朝向液压缸前端

盖。

图2翻卷装置负载示意图

翻卷机工作的这一特点要在液压系统设计中给予充分的考虑。

此外，只有当钢卷小车离开上卷位置一定距离后，翻卷机才能进行翻转动作。

3.钢卷运输翻卷机组的工艺和设备设计

3.1由固定鞍座卧卷至翻转为立卷的自动控制设计

钢卷小车靠近鞍座侧的端部装有检测元件(超声波或光电管)，当需要将鞍座上的钢卷向罩式炉方向运送时，由人工按动操作按钮，小车即由原始位(小车托座在低位，小车距翻卷机主轴中心～4500mm，并可人工设定调整)向固定鞍座方向空载高速运行，在运行过程中，当检测元件检测到固定鞍座上钢卷的右侧端部时，通过钢卷小车运行机构上的检测元件(编码器)信号控制钢卷小车运行过程的高速、降速(如：托座右侧端部距钢卷右侧端部～800mm时降为0.1m/s，距～200mm时降为0.05m/s)直至停在合适位置(钢卷右侧端部相对于托座右侧端部距离为－100～205mm，可根据钢卷宽度自动设定，也可由人工设置调整)，在停车的同时，小车的升降机构动作，托座上升，将钢卷从鞍座上托起至高位，向翻卷机高速运行，在钢卷小车运行过程中，设在翻卷机附近的检测装置检测到钢卷端面，并根据此时钢卷小车上钢卷端部距翻转托架垂直面的距离来确定小车运行过程的高速、降速(如：距～800mm时降为0.1m/s，距～200mm时降为0.05m/s)直至停车，使钢卷靠近翻转托架垂直面(距极限位置0～20mm)；此后，升降机构动作，将钢卷降至翻卷机卧卷工位上，小车即自动向鞍座方向运行并返回到原始位。

在钢卷小车离开翻卷机的安全位置一定距离(如小车距翻卷机主轴中心～3500mm)时，翻卷机开始进行翻卷动作，将钢卷翻转90º成为立卷。

3.2罩式炉退火后的钢卷向鞍座方向翻转运输的自动控制设计

退火后的钢卷由吊车吊放至翻卷机的立卷工位上，翻卷机开始进行逆向翻转，在翻卷机将钢卷翻转90°成为卧式以后，钢卷小车由原始位自动空载靠近翻卷机，并经过高速、降速直至停车，使钢卷小车靠近翻卷机，此后，小车的托座自动升起，将翻卷机上的钢卷托起，然后自动离开翻卷机，向固定鞍座方向运行。(由人工控制钢卷小车降速停车在合适的鞍座位置，将钢卷放在鞍座上后小车自动回到原始位。

3.3翻卷机的L形翻转托架改进优化设计

通常，L形翻转托架为图3所示，由于钢卷小车应将钢卷尽可能的靠近L形翻转托架的垂直面进行上卷，这就对钢卷小车托卷位置控制提出了较苛刻的要求，尤其是在宽度变化范围较大时，钢卷小车托卷时必须做到：1)钢卷的右侧端面在小车托座之外，否则，在小车已到达机械限位时，钢卷端面仍未靠近L形托架垂直面（机械限位必须保证小车的托座不得碰撞到托架）。2）钢卷的右侧端面在小车托座之外的距离不能过大，否则，钢卷对小车的托座偏载较大，钢卷偏置严重时甚至在托卷时会托翻钢卷，存在安全隐患，尤其对窄宽度钢卷。针对上述情况，有些引进设备将翻卷机的卧卷鞍座设计成移动式，对钢卷小