高速線材在線全自動(dòng)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(jī)械人手臂對(duì)線材尾部自動(dòng)剪切進(jìn)行可行性分析論證，并且闡述設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試以及初期的使用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)尾部剪切的一種實(shí)踐探索，為國(guó)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(guó)有高速線材生產(chǎn)線600余條，高速線材生產(chǎn)線的特點(diǎn)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(qiáng)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(jìn)行人工機(jī)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(jìn)行線材尾部剪切，因線材尾部處在C形鉤的閉合側(cè)，無(wú)法剪切一個(gè)點(diǎn)而將多圈移出，必須多圈的每圈剪切才能實(shí)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(yùn)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(gè)重要的功能就是實(shí)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(diǎn)。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(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境溫度高的“兩大一高”問題。
在線全自動(dòng)切尾功能的智能化建設(shè)的目的，就是要實(shí)現(xiàn)以人為本，切實(shí)改善員工工作環(huán)境，減輕員工勞動(dòng)強(qiáng)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(jìn)行智能控制的機(jī)器人全自動(dòng)剪切。
2、可行性分析
工業(yè)自動(dòng)化和智能化技術(shù)的發(fā)展，為軋鋼生產(chǎn)線運(yùn)用機(jī)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(dòng)崗位被機(jī)器人替代的設(shè)想也越來(lái)越多，論證線材STELMOＲ在線全自動(dòng)機(jī)器人切尾替代P＆F線上人工機(jī)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(jì)，一般均充分考慮高端線材產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)裝備的要求，STELMOＲ輥道的設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)余地大，預(yù)留空間大的特點(diǎn)，在線增設(shè)機(jī)器人切尾設(shè)備，在作業(yè)空間上沒有限制。
機(jī)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(jī)器人作業(yè)時(shí)的最高環(huán)境溫度不超過250℃，為機(jī)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(diǎn)，正常生產(chǎn)時(shí)的出鋼間隔一般在3.5秒左右。因此要求機(jī)器人從尾部撥料到剪切完成的最長(zhǎng)時(shí)間不能超過3.5秒。而機(jī)器人系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是ms級(jí)，兩臺(tái)機(jī)器人協(xié)調(diào)時(shí)有同步啟動(dòng)空間，兩臺(tái)機(jī)器人作業(yè)的并集時(shí)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(duì)于中大規(guī)格生產(chǎn)線，成品尾部吐絲圈形比較規(guī)則，無(wú)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(shí)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(jī)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(jìn)行補(bǔ)切，以防尾部漏剪流入用戶。因此機(jī)器人在線剪切不成功信息如何及時(shí)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(shuō)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(jìn)行尾部補(bǔ)切。這說(shuō)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(cè)器，同時(shí)在輥道旁安裝兩只機(jī)械手裝置，一只機(jī)械手附帶擋料裝置，另外一只機(jī)械手附帶鉤料及剪切裝置，鉤料由氣缸驅(qū)動(dòng)，剪切由液壓驅(qū)動(dòng)(見圖1)。
高速線材正常生產(chǎn)時(shí)，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(jī)成圈形后通過斯太爾摩輥道運(yùn)送，當(dāng)線材尾部通過探測(cè)器位置時(shí)，探測(cè)器送出信號(hào)給兩臺(tái)機(jī)械手，擋料機(jī)械手、鉤料剪切機(jī)械手接受到信號(hào)后延遲動(dòng)作，運(yùn)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(jī)械手上的鉤料裝置下降，擋料裝置上升，線圈前進(jìn)進(jìn)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(duì)線材進(jìn)行剪切，完成剪切動(dòng)作后再把剪切下來(lái)的尾料放入輥道中。
裝置為國(guó)內(nèi)試制的首套線材在線自動(dòng)切尾設(shè)備，于2019年4月安裝，經(jīng)多次改進(jìn)，7月份開始熱負(fù)荷調(diào)試。
因是國(guó)內(nèi)首套智能全自動(dòng)剪切裝置，從保護(hù)設(shè)備的角度出發(fā)，制定了熱機(jī)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(jìn)一步優(yōu)化。
4、問題與處理方法
國(guó)內(nèi)首套智能全自動(dòng)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(jìn)中。
4.1雙機(jī)不動(dòng)作
調(diào)試中出現(xiàn)擋料機(jī)械手和鉤料剪切機(jī)械手同時(shí)不動(dòng)作現(xiàn)象，主要是線卷尾部檢測(cè)激光探測(cè)器無(wú)反應(yīng)或反應(yīng)超時(shí)(設(shè)定2s)所致。通過檢查和延時(shí)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(jī)械手延時(shí)設(shè)定、剪切機(jī)械手刀片失效有關(guān)，通過延時(shí)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(jī)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(jìn)入集卷筒時(shí)產(chǎn)生卡鋼事故。產(chǎn)生倒叉料的主要原因是鉤料剪切機(jī)械手鉤料提升剪切時(shí)，其鉤料抬升高度過高，且鉤料后剪切動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)，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(shí)非原位恢復(fù)，而是錯(cuò)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(dòng)作的延時(shí)時(shí)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(lái)成品質(zhì)量問題，剪切圈數(shù)多了則會(huì)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(cè)器信號(hào)、STELMOＲ末端輥道速度和擋料機(jī)械手動(dòng)作延時(shí)時(shí)間來(lái)綜合計(jì)算的。由于受檢測(cè)靈敏度、響應(yīng)靈敏度和尾部吐絲狀態(tài)的影響，綜合計(jì)算的圈數(shù)與實(shí)際剪切圈數(shù)的對(duì)應(yīng)性較差。下一步對(duì)擋料機(jī)械手動(dòng)作時(shí)間的設(shè)定，除自動(dòng)采集Ｒ末端輥道速度外，還需機(jī)器人系統(tǒng)與生產(chǎn)PLC系統(tǒng)打通，自動(dòng)追塑采集被剪切卷吐絲時(shí)的尾部吐絲線速度，以精準(zhǔn)計(jì)算尾部剪圈數(shù)。
4.5物料跟蹤系統(tǒng)融合
全自動(dòng)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(shí)性依靠切頭操作工在C形鉤上是否取到尾料來(lái)判斷。但全自動(dòng)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(dòng)剪切系統(tǒng)發(fā)出的剪切不成功故障信息，自動(dòng)跟蹤到線卷的掛鉤鉤號(hào)，利用C形鉤上FＲD卡，由P＆F線成品切頭崗位前的讀卡器識(shí)別，做到自動(dòng)報(bào)警提醒，提高成品切頭尾工序質(zhì)量運(yùn)行的穩(wěn)定性。
5、結(jié)束語(yǔ)
項(xiàng)目從施工到調(diào)試大概4個(gè)月時(shí)間，雖然離正常軋機(jī)節(jié)奏3.5秒，還有1.5秒的差距，但相對(duì)于調(diào)試初期的15秒已經(jīng)有很大的進(jìn)步。自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境溫度高崗位的機(jī)械化、自動(dòng)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(dòng)切尾功能的建設(shè)應(yīng)用。
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