滕英才

(中冶南方工程技术有限公司，湖北 武汉 430223)

0 前言

带钢处理线中的清洗段的刷洗装置主要用来去除带钢表面的氧化铁皮，以及酸洗或碱洗作业线中残留的大量微小异物，提高带钢表面质量［1-3］。刷洗装置中的喷嘴，用来冲洗带钢上下表面的氧化铁皮，同时也具有冷却刷毛、防止刷毛热硬化破碎的作用［4-6］。

刷洗作业中，随着刷辊刷毛的消耗和其他因素的影响，刷辊会产生振动和压下(或压上)，导致过钢线也在不断地变化。在刷洗作业初期，喷嘴会向刷辊和带钢前面的指定区域进行喷水，当刷洗作业工作一段时间后，过钢线会随着刷辊的振动和压下(或压上)而发生偏移。如果喷嘴的喷射角度固定不变的话，冷却水就不能喷到刷辊的正确位置上，刷辊和带钢之间的摩擦系数增大，刷毛的研削量剧增，导致刷辊刷毛异常磨损，势必会引起刷辊产生较大振动，带来高分贝的噪音，直接降低了刷辊的使用寿命，增加生产成本［7-8］。针对上述问题，开发出一种喷嘴角度可以自动调节的装置，该装置可以随着上下刷辊的位置改变自动调节喷嘴的喷射角度，从而使喷嘴喷出的冷却水始终喷到刷辊和带钢的合理区域，进而有效地避免刷辊异常磨损现象的发生，延长刷辊的使用寿命，降低生产成本。

1 喷嘴角度自动调节装置的结构形式

如图1所示，喷嘴角度自动调节装置安装在刷洗装置的传动侧，主要由旋转体、上调节杆、连杆、下调节杆、平衡弹簧以及弹簧支架等组成。喷嘴角度自动调节装置的旋转体中心始终位于刷洗装置上刷辊和下刷辊的中心线上。喷嘴的最佳喷射方向即指向刷辊与钢板相切点前面的指定区域。

图1 喷嘴角度自动调节装置Fig.1 Auto-spray device which can automatically adjust spray angle

1.1 喷嘴角度自动调节原理

如图1所示，喷嘴角度自动调节装置的上调节杆右端与上喷嘴喷管驱动侧末端通过键连接，上调节杆左端与旋转体相连接，上喷嘴喷管在上调节杆的带动下可以绕自身轴线转动。下调节杆右端与下喷嘴喷管驱动侧末端连接，下调节杆左端与平衡弹簧上端的活动钢片接触，下喷嘴喷管在下调节杆带动下可以绕自身轴线转动。下调节杆与上调节杆之间由连杆连接，使上、下调节杆运动保持同步，即当工况发生变化，旋转体中心向下运动时，上调节杆和下调节杆同时向下运动(逆时针旋转)，下调节杆压住钢片压缩弹簧一起向下运动;当旋转体中心向上运动时，上调节杆和下调节杆同时向上运动(顺时针旋转)，钢片在平衡弹簧弹力作用下，协助下调节杆一起向上运动。

上述平衡弹簧有两个，两个平衡弹簧套在两个与弹簧支架连接的螺丝杆上，弹簧支架通过下轴承座锁紧架固定在刷洗机架上，平衡弹簧下端由螺母顶住，螺母可以调节平衡弹簧的平衡力，平衡弹簧的作用是平衡下调节杆，保持下调节杆与上调节杆同步转动。

刷洗装置的喷管和调节杆之间的连接如图2所示，喷管的驱动侧与连接轴一端通过键连接，连接轴的另一端与调节杆一端通过键连接，连接轴为空心轴形式，端头用塞子堵住。空心轴由轴承和法兰支承，可以绕自身轴线旋转，即当旋转体上下移动时，旋转体带动上调节杆，上调节杆带动下调节杆一起绕上、下喷管的轴线转动，从而实现喷嘴角度的自动调节。

图2 调节杆与喷管的转动原理图Fig.2 Adjustment lever and spout rotating schematics

1.2 旋转体结构

如图3所示，旋转体中关键的部分是弹性组件。弹性组件又名橡胶弹簧，是一种缓冲装置，它同时具有弹簧、缓冲器和轴承的三大功能，是多用途多功能的缓冲装置。与钢弹簧相比弹性组件具有很多优点:高自然阻尼、抗冲击性能好、隔绝振动以及抗腐蚀和长寿命，喷嘴角度自动调节装置选择弹性组件作为弹簧扭转件，另一个原因是弹性组件可以在±30°范围内自由扭转，且工作时无噪声，无需润滑。由于喷嘴角度自动调节装置很多情况下，旋转体只发生扭转，喷嘴角度不变化，所以弹性组件会成为喷嘴角度调节装置的重要部件。

如图4所示，喷嘴角度自动调节装置的旋转体与上调节杆相连，旋转体可以绕自己的中心点旋转一定角度，正常工作时，旋转体菱形两端与上下刷洗辊轴承座相接触，使旋转体中心始终保持在上下刷洗辊轴承座位置的中心线上。当刷洗辊振动、压下或压上导致过钢线发生变化时，旋转体会带动上、下调节杆一起运动，使旋转体中心始终都保持在上下刷洗辊轴承座位置的中心线上。应用实践表明，旋转体中心保持在上下刷洗辊轴承座位置的中心线上时，上下喷嘴喷射角度最佳。

图3 弹性组件Fig.3 Elastic component

图4 旋转体结构Fig.4 Rotating structure

2 不同工况下喷嘴角度自动调节装置的动作分析

(1)带钢厚度变化。如图5所示，在带钢厚度分别为16 mm和2 mm时，喷嘴角度自动调节装置的位置是不同的，图中虚线表示的是带钢厚度为2 mm时，喷嘴角度自动调节装置的位置，即位置二。当带钢厚度由16 mm变为2 mm时，下刷辊不动，即过钢线位置不变，上刷辊要压下，此时喷嘴角度自动调节装置的旋转体中心将跟随上刷辊向下移动，且有轻微的转动，根据上述原理，上调节杆和下调节杆在旋转体的带动下也绕着各自的旋转轴线转动(顺时针)，转动角度约0.89°，可以忽略不计。由此可知，当带钢厚度发生变化时，喷嘴角度自动调节装置的旋转体会随着上刷辊的升降绕中心旋转，喷嘴角度几乎不变，可确保冷却效果。

图5 不同带钢厚度下喷嘴角度自动调节装置的动作Fig.5 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in different strip thickness

(2)由板形及振动引起的过钢线变化。刷洗作业中，由于板形或其他因素的影响，刷辊会产生振动和压下，导致过钢线也在不断地变化，这时上刷辊和下刷辊要及时调整位置来达到良好的刷洗效果。不管过钢线的位置怎么变化，上刷辊和下刷辊的运动方向肯定是一致的，即当过钢线上移时，上、下刷辊同时向上移动;当过钢线下移时，上、下刷辊同时向下移动，这样势必带动喷嘴角度调节装置的旋转体跟着刷辊向相同的方向运动。如图6所示，图中过钢线一对应旋转体的初始位置一，过钢线二对应的旋转体位置二，是在上、下刷辊上移的情况下旋转体到达的位置，如图中虚线所示。由此可知，在由板形及振动引起的过钢线变化的情况下，喷嘴角度自动调节装置的旋转体会随着上、下刷辊的运动向相同方向运动，旋转体的移动带动上、下调节杆绕各自的旋转轴线转动，即喷嘴角度可自动调节。

图6 过钢线变化情况下喷嘴角度自动调节装置的动作Fig.6 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in different pass line

(3)同一规格带钢刷洗装置刷毛磨损。刷辊在使用过程中，磨损程度越来越严重，随着刷辊刷毛的消耗，刷洗升降装置会不断地调节上、下刷辊的位置。假设上刷辊和下刷辊刷毛的磨损量相同，刷毛磨损量按25 mm选取，这时，上刷辊会向下压下25 mm，下刷辊会向上压上25 mm，尽管上、下刷辊位置改变，但上、下刷辊轴承间的中心线位置是不变的，这时喷嘴角度自动调节装置的旋转体中心不动，即上、下调节杆的位置不变，喷嘴的喷射方向不变。旋转体绕中心旋转，这时其内部的弹性组件发生扭转，扭转角度大约为12.78°。如图7所示，喷嘴角度自动调节装置的旋转体由位置一转到位置二，粉色虚线为刷毛磨损情况下的旋转体旋转位置。由此可知，在刷毛磨损情况下，喷嘴的喷射角度不变。

图7 刷毛磨损情况下喷嘴角度自动调节装置的动作Fig.7 Motion of the auto-spray device which can automatically adjust spray angle in brush wear

3 结论

带钢处理线刷洗装置的刷辊在使用过程中，如果冷却介质不足或喷嘴的喷射角度不正确，刷辊与带钢高速摩擦，刷辊表面产生高温，导致刷毛烧焦。喷嘴角度自动调节装置的开发不仅能有效解决上述问题，还能提高带钢表面的质量，因此，该装置的投入使用在生产效率和节约成本方面起着举足轻重的作用。文章介绍的喷嘴角度自动调节装置已在国内某钢厂进行了推广应用，现场应用效果显著。

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