關于帶飛鋸切割鋁型材功能的牽引機設計和技術的話題,已經有很多文章都進行了闡述。作為帶飛鋸切割功能牽引機系統的領軍供應商,格蘭克克拉克將以下三方面:交接、可靠性、還有關于帶飛鋸切割牽引機的平滑運作方式/響應性的“模式特點”來闡述我們的牽引技術。
HANDOFF 交接
首先需要定義“交接”這個術語和說明它與帶飛鋸切割功能牽引系統的關聯性。所謂交接,就是物體從一個設備轉移到另外一個設備。這些設備可能被稱為“牽引機”、“牽引機頭”、“熱鋸”或者“飛鋸”。必要的動作有:1)兩個設備有匹配的速度;2)把一個設備上的牽引力矩(牽引力)轉移到另外一個設備上。讓人感到驚訝的是,存在這樣一個觀點,就是一套含三個設備的帶飛鋸切割功能的牽引系統是沒法進行交接的。
根據定義,每一個帶飛鋸切割牽引系統都有交接功能。鋁型材擠壓循環開始時,鋁型材由一個設備控制著。型材在擠壓過程中被飛鋸切斷后,剩下的(短)型材就交由另一部設備來操作。為了實現交接,必須要有速度的匹配和力矩的轉移。對于任何人聲稱他們的產品不執行交接,那么 “交接” 就需要重新定義了,其也不能包含速度匹配和力矩轉移的概念了。
圖1 帶飛鋸單軌雙牽引機的3D模型
飛鋸切割過程中的交接是非常關鍵的過程,因為交接動作發生在型材的引出區,一般是距離模具不到30英尺(9米)。頂尖的供應商會很好地設計引出區,確保在該區域進行的交接動作時不會在型材上造成模具痕。在眾多特性中最佳供應方案應該是:1)擠壓機出口處設置可調的滾輪臺,可阻止模具出口處型材向下游移動;2)引出區有獨立可升降的滾輪,允許牽引機頭在低于系統高度的位置運行,這樣就可以不用把型材抬起來后再進行飛鋸切割。
圖2 格蘭克克拉克單軌雙頭牽引機的特點是兩個牽引機頭運行在同一根導軌上,可識別型材上的模具痕/焊接痕,用飛鋸切割型材。
帶飛鋸單軌雙頭功能的牽引機在型材牽引方向上有第二個位置可實現交接(延遲交接)。交接點遠離模具出口,距離模具100英尺(30米)處,或者更遠的地方。在交接過程中,這段距離可避免模具造成型材表面的模具痕。在交接時,獨立可升降滾輪同樣能避免要把型材抬起來的必要。
圖3 帶飛鋸的牽引機
可靠性
市場中還存在另外一種觀點,就是三頭牽引機設計比雙頭牽引機設計有更高的可靠性??煽啃杂袃蓚€因素組成:每個設備發生故障的頻率和設備恢復運行所需時間。這兩個因素有正式的名稱和定義。一個設備發生故障的頻率叫作“平均無故障時間”(MTBF)。設備恢復運行所需時間稱作“平均修復時間”(MTTR)。
對可靠性的任何研究最終都可以歸到這兩個因素。可靠性的提高是通過平均無故障時間(MTBF)的增加和平均修復時間(MTTR)的減少來實現。
一個系統的平均無故障時間可定義為該系統中各組成部分的平均無故障時間的組合,下面是一本教科書中的例題,對一含有三個部分的通用系統進行分析如下:
定義系統由組成部分c1到cx組成,MTBF(c)是每一個組成部分的平均無故障時間
1/(1/MTBF(c1) + 1/MTBF(c2) +…+ 1/MTBF(cx)) = 系統的平均無故障時間
Example 1:
System with (3) components
c1 = 3000 hour MTBF
c2 = 2000 hour MTBF
c3 = 4000 hour MTBF
1/(1/3000 + 1/2000 + 1/4000) = 923 hr MTBF
例題1:
系統含(3)組成部分
c1 = 3000 小時平均無故障時間
c2 = 2000小時平均無故障時間
c3 = 4000小時平均無故障時間
1/(1/3000 + 1/2000 + 1/4000) = 923 小時平均無故障時間
Example 2:
c1 = 3000 hour MTBF
c2 = 2000 hour MTBF
c3 = 4000 hour MTBF
c4 = 48000 hour MTBF
1/(1/3000 + 1/2000 + 1/4000+1/48,000) = 905 hr MTBF
例2中增加了第4個具有極高可靠性的組成部分:
例題2:
c1 = 3000 小時平均無故障時間
c2 = 2000小時平均無故障時間
c3 = 4000小時平均無故障時間
c4 = 48000小時平均無故障時間
1/(1/3000 + 1/2000 + 1/4000+1/48,000) = 905 小時平均無故障時間
可以看到平均無故障時間還是有所減少的,盡管新增加的部分比前三個部分的可靠性要更高。增加設備會降低一個系統的可靠性。所以設計增加額外的設備(牽引頭)會降低系統的可靠性,換來的將是故障之后的“跛行”功能。應該指出的是,不管是有兩個頭還是三個頭包含鋸在內的牽引機,經正確設計的牽引機應該在有一個牽引機頭發生故障時,能有辦法讓擠壓繼續進行,而不是把所有的牽引頭一同棄置等到修復為止。
可靠性的第二個因素是平均修復時間(MTTR)。平均修復時間衡量的是設備發生故障后再恢復運行所需時間。我們可以通過觀察更換牽引機鏈條所需停機時間和更換整個牽引系統上的一根連續的齒條所需停機時間這兩者之間的差別,對平均修復時間進行解釋。鏈條只需數小時就可以更換完畢,而更換齒條則可能要花費60-80小時。對于平均修復時間,可維護性是一個重要的設計考慮因素。
設計時為了達到最大的可靠性,可以參考下面的一些指導意見:
1.簡化設計-降低復雜性能提高平均修復時間。
2.設備動作數量最小化-因為使用更少的軸承、油缸、電磁閥等,這同樣可以增加平均修復時間。
3.接線最少化-任何導線彎曲將周期性地成為一項經常性的故障點,會降低平均修復時間。接線故障難以排除,還會增加平均修復時間。
4.簡化部件更換-將減少平均修復時間。
平滑運動方式/響應性
運轉平滑是一個低背隙系統所能觀察到的特征。如果一個系統背隙很小,那么加速、減速和變換方向的變化看起來就會很平滑。
所有的機械系統都要有一種方式去調整背隙以應對部件的磨損。齒輪驅動系統需要輪齒嚙合的調整。鏈條驅動系統需要鏈條張緊裝置。如果這些系統是手動調節,那么一些調節真有可能被疏忽掉,導致系統運行不平滑。頂尖的供應商將提供精細的、自動的調節功能,這樣就無需監視或調節系統了。無論系統運行驅動是靠鏈條、皮帶還是齒條加齒輪,這都是適用的。
設備響應性與設備的質量和阻力(摩擦力)相關。越大越重的設備響應速度沒有較輕的設備快。當強壯沉重的生產設備需要來處理外加負荷時,必須要注意設備結構,不要“過度建造”,也就是說,它們不應該有不必要的材料。頂尖的供應商會減少不必要的部件讓牽引頭質量最小化,如空氣壓縮機、減速機、驅動部件、導線槽等。供應商使用現代材料來減輕質量也是非常重要的。例如用鋼管代替鋼棒或鋼板,就是個簡單的例子。管材自身重量輕且有優秀的負載能力。以這種方式制造的牽引機頭可能會更貴,但結果是一個更堅固的,響應更靈敏的機頭。請記住,根據不同的訂單,現代的擠壓機可用于擠壓重量范圍幅度很大的不同型材,牽引頭自身很容易因為沖力作用的問題而造成輕質型材的損壞。
摩擦力是不能直接觀察到的。而系統的摩擦力不僅存在于軌道、軸承和驅動系統上,還存在于坦克鏈拖行中。如何確定一條擠壓線實際運行系統對設備響應性產生什么樣的損失?一個辦法就是在同一規格的最大牽引力和最大擠壓速度的參數下比較驅動系統的馬力(千瓦)。你避不開物理學。如果某供應商需要30%到50%更大的電機來達到同樣的性能,那么他們是在與更大的重量和/或在與更高的系統摩擦力抗衡。要不斷地監測速度和牽引力,以確保對設備性能的承諾。
總結
在考慮采用新的牽引系統時,我們建議客戶要檢查一下性能和設計參數,還有上述文章所提的觀點。關鍵的參數包括最大鋁材擠壓速度、最大飛鋸切割速度、引出區長度的要求、停機預防準備、維護保養計劃、修理的容易性、還有鋁屑收集率。
需思考的底線:在考慮為你的擠壓生產線添加新的牽引系統時,要小心那些毫無價值的特點和好處的推薦,這對擴大鋁型材擠壓生產線產量和提高設備性能不起任何作用。雖然大多數擠壓設備供應商能提供同等的技術解決方案,你要確保你的首選供應商了解你的業務,并提供了解決方案,以滿足你的需求,同時保持外表簡單的設備,以便于未來可持續性發展的考慮。通過了解事實和你的選擇,是能節省維修費用,甚至能挽回更多生產所產生的損失。