2230酸轧打包机机头动力系统研究与故障诊断①

李保卫 田晓男 张小松

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.140

摘 要：打包机由国外整套进口，是酸轧产线的重点设备，而机头则是打包机最核心的部分。对其动力系统的解析研究、消化吸收，有利于提高现场人员的设备操作和维护水平，掌握故障诊断的知识和技能。该文通过现场技术人员的研究，全面、彻底地解析了机头动力系统，并结合实际情况对常见故障诊断进行了说明。

关键词：打包机机头 动力系统 故障诊断

中图分类号：J52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0140-02

全自动打包机是酸轧产线的重点设备，对全线高效运行、降低工人负荷意义重大。作为整套进口设备，外方提供的资料比较简单，无法有效地指导一线人员掌握操作、维护的知识和技巧。该文通过现场技术人员的研究，全面、彻底地解析了机头动力系统，并结合实际情况对常见故障诊断进行了说明。

1 打包机概况

从机头外形可以看出，它是由咬扣组件和送带组件，包括2个马达、4条气缸、5个检测元件、若干气动阀及其他元件构成的紧凑精密部件，采购价格约120万人民币。

从动力系统图1可以看出，动力全部采用气动，其中，执行元件包括2个马达、4条气缸，控制元件包括5个电磁阀、1个气控阀、5个节流阀及其他辅助元件构成。

2 按照动作时序解析动力系统

按照打包机机头的动作顺序，大致分为送带运行、送带停止、扣爪半咬&导向板打开、机头下压、反向收带、捆带张紧、扣爪咬紧、捆带切断、咬紧保持、扣爪复位、机头上升、导向板关闭、动作结束。下面重点说明各动作中控制元件和执行元件的关键点：

（1）送带运行&送带停止，送带主要是气动马达夹送捆带绕在需要打包的钢卷上，电磁阀①的Y 1得电，送带马达⑥旋转，此时送带轮与备轮夹紧，把捆带头沿着轨道和导向板完成绕钢卷一周，完成信号由杠杆开关加延时控制，捆带停止位置由安装在导向板上的挡块决定。

（2）扣爪半咬&导向板打开，送带动作完成后并保持至设定时间（可调），机头扣爪半咬，用以抓紧带头，确保收紧带钢时捆带带头不被拉出，同时导向板打开。电磁阀③的Y 3得电，级进气缸⑧的小缸动作实现扣爪半咬，同时气缸⑨伸出导向板打开，给机头下降做好准备，完成信号由位置开关检测。由于在硬件连接上，气缸⑧的有杆腔和气缸⑨的无杆腔用气管连接在一起组成一个密闭腔（参考气动原理图），气缸⑧的无杆腔和气缸⑨的有杆腔分别与电磁阀③用气管相连。

那么如何保证两个动作都准确可靠，就是一个问题，因为密闭腔并没有直接的动力控制。检修时，现场人员解开连接气管进行给压测试，发现气缸⑧的小缸活塞和气缸⑨的活塞上均有小孔连接其有杆腔和无杆腔。这样通过小孔的阻尼作用，建立起两腔压差，确保了动作可靠性。扣爪半咬和导向板打开动作完成后，机头下压到钢卷上，准备下一组动作。

（3）反向收带&捆带张紧，收带是把已经绕在钢卷上的捆带紧密贴在钢卷表面。此时电磁阀②的Y 2得电，送带马达⑥驱动的带轮与备轮压紧反向旋转，实现约1 500 N的小张力拉紧。脉冲计数器检测到捆带拉紧停止动作时，开始进行大张力拉紧。两个电磁阀①的Y7、Y8得电，气动阀④切换位置，单作用气缸⑩缩回，气动马达⑦张紧轮下降与备轮共同夹紧反拉捆带，可产生最大20 000 N的拉力，拉力大小由气动管路的节流阀控制，拉紧时间由定时器控制，一般设在1～2 s。

送带马达⑥和张紧马达⑦都安装在捆带运行的通道上，如何保证独立作用而不互相影响？经过现场观察，主要采用气缸切换和凸缘导槽。马达作用时，由气缸驱动压带轮与备轮共同压紧捆带，马达不作用时，由气缸驱动压带轮与捆带脱离接触，此时带钢由凸缘导槽进行上下方向定位。这种方式简单易行，需要注意的导槽表面需要定期检查清理。

理论上来讲，压力控制一般由减压阀来实现，而此处大张力由节流阀设定，与常规做法不同。经过现场进行试验，把节流口开到最大时，达到最高的系统压力用时约2 s，把节流口开到最小时，达到最高的系统压力用时约6 s，因此节流阀调整的不是压力，而是达到最高压力的时间，这是张力调整的本质。

（4）扣爪咬紧&捆带切断，在捆带大张力拉紧时，时间计时触发扣爪咬紧动作，电磁阀③的Y 4得电，级进气缸③的大缸动作进行咬紧使捆带形成免扣连接，同时与扣爪装在一起的剪刃，把捆带末端切断。

这里有两个要点：一是咬紧必须要在大张力下进行，这样才能把捆带打紧，这点由顺控实现；二是切断之前，必须停止张紧马达⑦否则容易出现抽带飞出的危险。这两点如何兼顾由定时器控制，具体设定值在设备调试阶段测试确定，本质是在级进气缸⑧驱动咬扣组件在抓紧和切断两个动作之间。

（5）扣爪复位&导向板关闭，咬紧切断完成后，电磁阀③的Y 5得电，级进气缸⑧的大缸缩回到初始位置，扣爪完全打开。机头上升到位后，电磁阀③的Y 6得电，气缸⑨缩回导向板关闭，准备进行下一次机头动作循环。

3 常见故障诊断与排除

打包机运行5年，把机头常见故障进行了梳理，其原因分析与解决对策列举如下：

（1）位置控制问题。

①捆带重叠太长，这种情况会造成不必要的材料浪费，而且控制精度低。主要原因是在送带运行&送带停止环节，导向板上的固定挡块与基座的间隙太大导致捆带停止位置没有起作用。要求间隙调整到比捆带厚度大0.2 mm，通过调整导向板另一端的可调螺丝可以获得需要的尺寸。

②捆带喂入过短，这种情况连接部分不牢靠，甚至出现绷断现象。主要原因是在送带运行&送带停止环节，触发杠杆开关后延时阶段，送带马达转速低行走距离短。对策是检查气源处的油雾器，确保马达润滑到位，或者提高系统压力，目的均是提高马达转速。

③送带长度不一致，这种情况表现在捆带重叠部分长度不固定，有时长有时短，此时检查捆带表面，往往印痕不清甚至有打滑痕迹。究其原因，送带轮长时间运行后，表面会黏附、聚积捆带表面的漆皮，达到一定程度就会出现这个问题。对策是根据实际情况，清理或者更换送带轮。

（2）张力控制问题。

①张紧力不足，直观反应就是带钢尾部无法贴紧，其原因一般有两种情况，一是张紧马达进气节流过度，二是时间控制不当。前者比较简单，可以通过调整节流阀观察压力表获得理想工况。后者相对困难，详见上面关于动作扣爪咬紧&捆带切断的说明。

②张紧力过大，其现象为大张力拉紧时把带钢重叠部分直接拉脱，主要原因为马达进气节流太小，通过调整节流阀观察压力表获得理想工况。

（3）其它问题。

①导向板开闭不良，其现象为动作缓慢甚至不能到位，主要原因是导向板的齿轮齿条传动聚积了大量漆皮铁粉，导致负荷不断增大，其对策为定期解体机头进行清理。

4 结语

通过对外方资料的消化吸收，结合现场的实验观察和经验积累，绘制了打包机机头的动作顺序状态表，全面掌握了机头动力系统的设计原理和运行特点。以此为基础，对投产以来常见的故障进行原因分析并制定了针对性的措施，对指导设备的操作和维护工作，降低昂贵的备件费用，具有重要的意义。

参考文献

[1] Operating and Maintenance Instructions VS 31， TITAN[J].2010.

[2] 成大先. 机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.