高速線材在線全自動切尾功能探索及應(yīng)用
摘要：高速線材在斯太爾摩冷卻線到集卷收集筒之前，線材尾部一直為人工剪切，通過使用機械人手臂對線材尾部自動剪切進行可行性分析論證，并且闡述設(shè)備在現(xiàn)場安裝、調(diào)試以及初期的使用，實現(xiàn)了自動尾部剪切的一種實踐探索，為國內(nèi)眾多的高速線材生產(chǎn)線提供一種有益借鑒。
目前全國有高速線材生產(chǎn)線600余條，高速線材生產(chǎn)線的特點是線速度高，一般在80－120m/s左右;連續(xù)性生產(chǎn)，節(jié)奏快，生產(chǎn)效率高。由于工藝特性和用戶要求，線材的頭尾部分在打捆前必須切除一部分(頭尾的尺寸、耳形或因不穿水強度不符等因素不能滿足下游客戶使用要求的部分)。線材的頭尾剪切各生產(chǎn)廠因裝備不同而異，常見的是小規(guī)格(8mm以下)線材尾部在STELMOＲ輥道線上人工剪切，頭部以及大規(guī)格(8mm及以上)頭尾是在P＆F線上進行人工機械輔助剪切。由于工藝裝備決定的因素，在集卷后P＆F線切尾工位C形鉤上進行線材尾部剪切，因線材尾部處在C形鉤的閉合側(cè)，無法剪切一個點而將多圈移出，必須多圈的每圈剪切才能實現(xiàn)剪切后的尾圈移除。眾所周知，線材P＆F線系統(tǒng)除了為生產(chǎn)線提供集卷運輸、頭部剪切、尾部剪切、打捆、稱重、卸卷等工位的功能外，另一個重要的功能就是實現(xiàn)線材的降溫冷卻。大規(guī)格線材生產(chǎn)有節(jié)奏快、線卷溫度高、產(chǎn)量大的特點。因此大規(guī)格生產(chǎn)線的P＆F線頭尾剪切工位一直存在工作量大、體力勞動強度大、環(huán)境溫度高的“兩大一高”問題。
在線全自動切尾功能的智能化建設(shè)的目的，就是要實現(xiàn)以人為本，切實改善員工工作環(huán)境，減輕員工勞動強度，保持產(chǎn)線安全高效生產(chǎn)。本文介紹的是大規(guī)格線材產(chǎn)線的線材尾部在STELMOＲ輥道線上進行智能控制的機器人全自動剪切。
2、可行性分析
工業(yè)自動化和智能化技術(shù)的發(fā)展，為軋鋼生產(chǎn)線運用機器人替代人工作業(yè)提供了條件，環(huán)境復(fù)雜崗位、重體力勞動崗位被機器人替代的設(shè)想也越來越多，論證線材STELMOＲ在線全自動機器人切尾替代P＆F線上人工機械輔助切尾的可行性具有重要意義。
2.1作業(yè)空間與環(huán)境
大規(guī)格高速線材生產(chǎn)線的設(shè)計，一般均充分考慮高端線材產(chǎn)品生產(chǎn)對裝備的要求，STELMOＲ輥道的設(shè)計有調(diào)節(jié)余地大，預(yù)留空間大的特點，在線增設(shè)機器人切尾設(shè)備，在作業(yè)空間上沒有限制。
機器人位置增設(shè)在STELMOＲ輥道最后一段，各種規(guī)格和鋼種，在機器人作業(yè)時的最高環(huán)境溫度不超過250℃，為機器人允許的作業(yè)溫度。
2.2生產(chǎn)作業(yè)節(jié)奏銜接
高速線材生產(chǎn)線有連續(xù)性、節(jié)奏快的特點，正常生產(chǎn)時的出鋼間隔一般在3.5秒左右。因此要求機器人從尾部撥料到剪切完成的最長時間不能超過3.5秒。而機器人系統(tǒng)響應(yīng)時間是ms級，兩臺機器人協(xié)調(diào)時有同步啟動空間，兩臺機器人作業(yè)的并集時間控制在出鋼間隔周期內(nèi)的空間是可行的。
2.3剪后尾料處理方式
對于中大規(guī)格生產(chǎn)線，成品尾部吐絲圈形比較規(guī)則，無論是剪后STELMOＲ輥道上在線收集，還是剪后跟隨母件或與下一件頭部一起入筒收集都有其可行的途徑，用戶可以按生產(chǎn)線實際作業(yè)環(huán)境或作業(yè)習(xí)慣自行選擇。
2.4剪切不成功信息的傳遞
線材尾部在STELMOＲ輥道上剪切以后，一般后道P＆F線上就不再設(shè)置切尾崗位。但機器人在線剪切成功率很難做到100%，一旦有尾部剪切不成功的線卷，就必須讓后道切頭崗位進行補切，以防尾部漏剪流入用戶。因此機器人在線剪切不成功信息如何及時傳遞給切頭崗位人員是必須思考解決的問題之一。若產(chǎn)線選擇剪切尾料與下一件頭部一起入筒收集的方式，即在線剪切的尾料掛在下一卷C形鉤上的頭部，由P＆F線切頭崗位的操作工將上一件料的頭部從C形鉤上取出收集。如果操作工沒有取到尾料，說明上一件成品沒有成功切尾，因此就必須在預(yù)留好的尾部剪切工位進行尾部補切。這說明剪切不成功信息傳遞是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
3、設(shè)備安裝及調(diào)試
3.1裝備選擇與安裝
線材生產(chǎn)線斯太爾摩輥道上方安裝可旋轉(zhuǎn)支架，支架上方安裝2只探測器，同時在輥道旁安裝兩只機械手裝置，一只機械手附帶擋料裝置，另外一只機械手附帶鉤料及剪切裝置，鉤料由氣缸驅(qū)動，剪切由液壓驅(qū)動(見圖1)。
高速線材正常生產(chǎn)時，斯太爾摩輥道速度不大于1.5m/s，過鋼間隔不小于3.5秒，線材經(jīng)過吐絲機成圈形后通過斯太爾摩輥道運送，當(dāng)線材尾部通過探測器位置時，探測器送出信號給兩臺機械手，擋料機械手、鉤料剪切機械手接受到信號后延遲動作，運行至工作位，擋料裝置下降使線圈尾部保持靜止，線圈在輥道里拉開距離，然后鉤料剪切機械手上的鉤料裝置下降，擋料裝置上升，線圈前進進入鉤料裝置，鉤料裝置把線材提升至剪切裝置的刀刃口，然后對線材進行剪切，完成剪切動作后再把剪切下來的尾料放入輥道中。
裝置為國內(nèi)試制的首套線材在線自動切尾設(shè)備，于2019年4月安裝，經(jīng)多次改進，7月份開始熱負(fù)荷調(diào)試。
因是國內(nèi)首套智能全自動剪切裝置，從保護設(shè)備的角度出發(fā)，制定了熱機調(diào)試方案，調(diào)試期出鋼間隔從15秒開始，逐步縮短到目前的5秒，但離軋制間隔3.5秒目標(biāo)，還有1.5秒的差距，目前正與設(shè)備供貨方共同制定調(diào)試方案，進一步優(yōu)化。
4、問題與處理方法
國內(nèi)首套智能全自動剪切裝置的調(diào)試，暴露了部分問題，通過問題分析和攻關(guān)，一些問題得到處理，部分問題仍在改進中。
4.1雙機不動作
調(diào)試中出現(xiàn)擋料機械手和鉤料剪切機械手同時不動作現(xiàn)象，主要是線卷尾部檢測激光探測器無反應(yīng)或反應(yīng)超時(設(shè)定2s)所致。通過檢查和延時調(diào)整已得到處理解決。
4.2剪料不成功
剪切不成功包括未鉤到料、鉤雙料、未剪斷等情況，主要與擋料機械手延時設(shè)定、剪切機械手刀片失效有關(guān)，通過延時調(diào)節(jié)和刀片更換得到解決。
4.3倒叉料
該現(xiàn)象是指鉤料剪切機械手剪切后，母材尾部幾圈線卷出現(xiàn)圈形倒叉的現(xiàn)象，由于圈形倒叉，極易在線卷進入集卷筒時產(chǎn)生卡鋼事故。產(chǎn)生倒叉料的主要原因是鉤料剪切機械手鉤料提升剪切時，其鉤料抬升高度過高，且鉤料后剪切動作的延時時間過長，使母材尾部幾圈線卷被拉開，彈力變大，在抬升剪斷后尾部彈回時非原位恢復(fù)，而是錯位回彈，造成倒叉現(xiàn)象。處理方法是合理調(diào)整抬升高度，適當(dāng)縮短鉤料后剪切動作的延時時間。
4.4剪切圈數(shù)不穩(wěn)定
線材生產(chǎn)線的線卷尾部剪切圈數(shù)在工藝中是有明確標(biāo)準(zhǔn)的，但調(diào)試中發(fā)現(xiàn)成品剪切圈數(shù)并不穩(wěn)定。如果剪切圈數(shù)不穩(wěn)定，剪切圈數(shù)少了可能帶來成品質(zhì)量問題，剪切圈數(shù)多了則會造成成材率指標(biāo)的下降。該裝置剪切圈數(shù)的設(shè)定是依靠激光探測器信號、STELMOＲ末端輥道速度和擋料機械手動作延時時間來綜合計算的。由于受檢測靈敏度、響應(yīng)靈敏度和尾部吐絲狀態(tài)的影響，綜合計算的圈數(shù)與實際剪切圈數(shù)的對應(yīng)性較差。下一步對擋料機械手動作時間的設(shè)定，除自動采集Ｒ末端輥道速度外，還需機器人系統(tǒng)與生產(chǎn)PLC系統(tǒng)打通，自動追塑采集被剪切卷吐絲時的尾部吐絲線速度，以精準(zhǔn)計算尾部剪圈數(shù)。
4.5物料跟蹤系統(tǒng)融合
全自動剪切系統(tǒng)有完整的故障記錄系統(tǒng)，而線材生產(chǎn)線也有完整的在線物料跟蹤系統(tǒng)。剪切不成功信息傳遞暫時性依靠切頭操作工在C形鉤上是否取到尾料來判斷。但全自動剪切系統(tǒng)與產(chǎn)線在線物料跟蹤系統(tǒng)融合后，可根據(jù)全自動剪切系統(tǒng)發(fā)出的剪切不成功故障信息，自動跟蹤到線卷的掛鉤鉤號，利用C形鉤上FＲD卡，由P＆F線成品切頭崗位前的讀卡器識別，做到自動報警提醒，提高成品切頭尾工序質(zhì)量運行的穩(wěn)定性。
5、結(jié)束語
項目從施工到調(diào)試大概4個月時間，雖然離正常軋機節(jié)奏3.5秒，還有1.5秒的差距，但相對于調(diào)試初期的15秒已經(jīng)有很大的進步。自動剪切的成功率從調(diào)試初期30%到現(xiàn)在的90%左右，與投入工業(yè)化正常生產(chǎn)的要求還有一步之遙。
隨著物質(zhì)、生活水平的不斷提高，鋼鐵行業(yè)工作量大、體力勞動強度大、環(huán)境溫度高崗位的機械化、自動化、智能化改造變得迫在眉捷。而當(dāng)今信息技術(shù)、制造技術(shù)的日新月異，也為這些崗位的改造創(chuàng)造了條件。該高速線材生產(chǎn)線在線全自動切尾功能的建設(shè)應(yīng)用。
2024/02/06 11:01:26
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