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攀钢3^#方圆坯切割机打滑现象分析及处理对策

罗皓文^①，耿庆红

(攀枝花钢钒有限公司提钒炼钢厂 四川 攀枝花 617000)

摘 要：切割机打滑是切割机是日常运行当中的主要故障。统计发现切割机打滑故障约占到整个切割机故障的50%，是影响切割机稳定运行的主要因素。通过对切割机同步机构的构成、工作原理的介绍，同时结合切割机打滑现象的观察，深入分析切割机打滑的原因，并提出解决方案。

关 键 词：同步机构；打滑；原因分析；对策

1 前言

攀钢3^#方圆坯是中国重型机械研究院自行研制的一台全弧形6机6流方、圆坯共用连铸机，设计年产量为100万吨。其中切割机是整个方圆坯连铸工艺流程上的关键设备。保障切割机的稳定运行有如下几方面的意义^[3]。

1)保证正常的生产节奏———切割机故障导致停流后，会延长每一炉钢的浇铸时间，从而影响整个浇钢的节奏。

2)保证流道设备的完好率———切割机故障后进行事故切割，事故切割损伤流道。

3)减少在线维护作业，降低劳动强度，同时消除一种危险作业方式。

2 切割机故障次数统计分析

2012年1－2月方圆坯切割机故障次数统计。

从表1中可以看出方圆坯切割机在1－2月的故障次数为24次，其中切割机打滑为12次，约占总故障的50%。

所以降低方圆坯切割机打滑的故障次数，从而大大降低整个切割机故障率，切割状况将得到较大的改观。针对这一故障现象从理论上进行分析，查找原因并提出改进措施。

3 同步机构的结构组成及工作原理

3．1 切割机及同步机构的结构组成

方圆坯切割机主要由切割车本体、大车走行机构、切割枪传动装置、能源介质系统、红外测长系统，以及本文中介绍的同步机构装置组成。而同步机构，类似一个剪刀结构。由气动管路、气缸、夹持机构、冷却水回路等组成。结构如图1。

3．2 同步机构工作原理

从图2可以知，切割机待机时，电磁阀失电，夹紧松开，处于极限待机位置。当铸坯运行到切割定尺时，由定尺装置发出信号，二位四通电磁换向阀1Y得电，气缸伸出，压头夹紧铸坯，通过压头与铸坯之间的摩擦力f克服切割机车体的阻力F，实现切割车与运动的铸坯同步。当铸坯切割完后，同步机构压头松开，由大车驱动机构将切割车体返回初始位。

4 切割机打滑现状及原因分析

4．1 打滑现象观察

切割机正常运行时是由压头与铸坯之间产生的摩擦力带动，但通过观察切割机打滑的现象发现，切割机打滑时并不是切割车静止不动，而是切割车与轨道之间的摩擦力大于压头与铸坯之间的摩擦力，从而使切割车在走行的过程中与铸坯之间产生相对的滑移，最后导致铸坯断面切斜，影响铸坯切割质量。

4．2 原因分析

由打滑现象可知，切割车受到的阻力、压头与铸坯之间的摩擦力相当，处于临界状态，导致切割车与铸坯产生相对滑移的现象。通过以下两方面来进行具体分析。

4．2．1 公式计算切割机的牵引力和阻力

1)当同步机构夹紧时，气缸伸出的压力为：F=PA^[2]

已知：气源调定压力P=0．5×106Pa，气缸无杆腔活塞面积A=3．14×0．06²m²，

则：

F_气缸=PA=5652N

2)根据二力平衡原则，以受力杆件ABC为研究对象，进行受力分析^[1](如图1)。

得到平衡方程：F_c×Lc－F_b×L_b=0

已知：L_c=900mm   F_b=5652N   L_b=300mm

则压头受到的力F_c=1884N

3)压头与铸坯之间的摩擦力F_摩擦=μN，

已知：N=F_cμ=0．6

则F_摩擦=1884×0．6=1130．4N

2F_摩擦=1130．4×2=2260．8N

综合上述的计算可知，同步机构夹紧铸坯后，压头与铸坯之间的摩擦力为2260．8N，则切割机受到的牵引力为2260．8N。(即：切割机阻力趋近摩擦力2260．8N)

4．2．2 切割机走行阻力增大原因

通过对现象观察，发现导致切割车走行阻力增大的原因有以下四点^[4]：

1)切割机拖链长时间使用后出现卡阻。在切割机走行时，拖链不断弯曲的阻力相应增加。

2)方圆坯铸坯有跑偏的现象，在同步机构夹紧铸坯后，切割机随着跑偏，车体与轨道横梁摩擦加剧，使切割车阻力增加。

3)切割小车为封闭框式结构，由4个滑轮支撑在两侧方钢轨上，由于小车沉重，滑轮易积垢，故切割机行走时，摩擦力较大，容易导致夹紧臂在铸坯上打滑。

4)切割小车在长时间使用后，如车体的冷却水堵塞，造成车体的冷却效果不好，从而使车体的变形，增加切割小车走行时的阻力。

5 切割机打滑的处理对策

5．1 打滑处理分析

从上述的分析可知，切割机打滑现象主要是受到的阻力与牵引力大小相当，造成切割机运行产生滑移现象，所以处理对策可以从两个方向考虑：

1)减小切割机走行阻力。

2)增加切割机的牵引力，即摩擦力。

5．2 打滑处理方案

所有能够解决切割机打滑的方案如表2所示。

从表2中的方案对比，选择方案一、方案二、方案五、方案六同时配合方案四作为解决切割机打滑的办法。其中，方案一、方案二、方案五、方案六可在平时定修及维护过程中进行实施，无需验证。

方案四的可行性分析如下：

1)当气源压力加大20%时，则气源调定压力P=0．6×106Pa，

气缸伸出的压力为F=PA，^[2]已知：气缸无干腔面积A=3．14×0．062m²，则

F_气缸=PA=6782N

2)根据二力平衡原则，以受力杆件ABC作为研究对象，进行受力分析(如图1)，得到平衡方程：

F_c×L_c－F_b×L_b=0

已知：L_c=900mm   F_b=6782N   L_b=300mm

则压头受到的力Fc=2260N

3)压头与铸坯之间的摩擦力F_摩擦=μN，

4)已知：N=F_cμ=0．6则

F_摩擦=2260×0．6=1356N

2F_摩擦=1356×2=2712N

通过计算得知，当气源的压力增加到0．6MPa后，切割车牵引力增加至2712N，而通过上面的计算得出切割车阻力不大于2260．8N，可见，通过计算可以证明方案四可行。

由于方圆坯切割机同步机构的气缸使用的气源为压缩空气，而压缩空气的最高压力为0．5MPa，不能在往上调。所以解决气源压力的方法是：可将气源由压缩空气改为氮气(方圆坯区域氮气压力最大可调至1．2MPa)。增加气源压力。同时，使用氮气作为气源，可以减少气缸的故障率。因为压缩空气在一定时间内会在管内产生积水和其它杂质，这样会加大气缸不规则的摩擦性，造成气缸内串气，加大气缸的损害。而氮气几乎为惰性的双原子气体，不易热胀冷缩，变形幅度小。能保持稳定气缸的压力，提高气缸运行的稳定性和延长气缸的使用寿命。

5 效果分析

针对以上面的方案提出具体整改措施：

1)对拖链各节支撑点每个月进行一次润滑，对变形严重的拖链进行更换；

2)在每一次检修的时候，校正棍缝值，找平找正，加强二冷水的水质及冷却效果，以防止铸坯跑偏；

3)将压力气源更换成氮气，提高气源压力，但同时考虑到氮气的危害，在氮气能源介质管道上安装一个安全阀，以防止检修时氮气泄漏；

4)每次检修时，检查和清理滑轮及轨道上的结垢，并检查车轮的螺丝是否松动或者车轮是否变形；

5)每次检修的时候，对车体冷却水管道进行检查是否堵塞，如有堵塞，进行及时处理。

改进后从源头解决了问题，方圆坯切割机打滑故障得到了有效地解决，降低了切割机处理故障次数，也降低了因打滑故障造成铸坯切割质量问题。通过3～4月份切割机的运行记录中发现，方圆坯切割机仅出现一次打滑故障，也是由人为的操作不当造成的。

6 结语

通过对切割机打滑现象的分析和处理对策的研究，在3#方圆坯日常生产中，按计划对切割机进行点检巡查和维护保养，可以保证切割机的稳定运行，同时此处理对策也适用于冶金行业方圆坯连铸机。

参 考 文 献：

[1]   顾迪民．工程力学．北京：人民交通出版社，2003．

[2]   张红俊．液压与气动技术．上海：机械工业出版社，2010．

[3]   王雅贞．连续铸钢工艺及设备．北京：冶金工艺出版社，2010．

[4]   张鲁阳．冶金机械．重庆：重庆大学出版社，2004．