全液壓壓下立輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算

曲春艷

在冶金軋鋼設(shè)備中，軋輥垂直放置的軋機(jī)被稱為立輥軋機(jī)。立輥軋機(jī)在熱連軋及寬厚板機(jī)組中有著廣泛的應(yīng)用。

在熱連軋機(jī)組中立輥軋機(jī)按所處位置不同分為粗軋立輥軋機(jī)和精軋立輥軋機(jī)，根據(jù)軋制工藝要求，一般粗軋立輥軋機(jī)放置在粗軋機(jī)的前面，同粗軋機(jī)形成連軋；也有粗軋機(jī)前后均帶立輥軋機(jī)，如鞍鋼2150 mm熱連軋機(jī)組；精軋立輥軋機(jī)放置在F1精軋機(jī)前面，因壓下量小，又稱輥式導(dǎo)衛(wèi)；在寬厚板機(jī)組中，一些大規(guī)格的寬厚板軋機(jī)也配備有立輥軋機(jī)，一般放置在水平軋機(jī)的出口側(cè)，如寧波4300 mm寬厚板軋機(jī)，還有一些布置在水平軋機(jī)的前面，并且與四輥軋機(jī)有一段距離，鋼板的轉(zhuǎn)鋼是在立輥軋機(jī)與四輥軋機(jī)之間實(shí)現(xiàn)的，如武鋼3000 mm中板機(jī)組。

早期的立輥軋機(jī)一般為電動(dòng)壓下，只能在軋制前對(duì)輥縫進(jìn)行調(diào)整，軋制過(guò)程中不能調(diào)節(jié)輥縫，所生產(chǎn)成品熱帶卷的寬度公差較大，只能降低板坯寬度，難以實(shí)現(xiàn)板坯整個(gè)長(zhǎng)度上的精確寬度控制。為改善軋制過(guò)程中的板坯寬度精度，就需要采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式對(duì)輥縫進(jìn)行在線調(diào)整。因此，現(xiàn)代帶鋼熱軋機(jī)組大多采用全液壓壓下立輥軋機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一板坯寬度控制功能。

1 概念和用途

1.1 立輥軋機(jī)的主要用途

負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)鋼板或帶鋼的寬度規(guī)格，板坯經(jīng)過(guò)寬度軋制后，可以防止軋件邊部產(chǎn)生鼓形和裂邊，減少鐮刀彎和切邊量，提高鋼板邊部和頭尾質(zhì)量，并且能調(diào)節(jié)板或帶材的寬度規(guī)格，獲得寬度均勻、邊緣整齊的板帶產(chǎn)品。由于現(xiàn)代軋機(jī)的除鱗效果很好，故第一架立輥E1軋機(jī)的功能不再以除鱗為主，而是用來(lái)改變產(chǎn)品的規(guī)格和控制帶鋼的寬度及坯料的頭尾形狀，提高鋼材的收得率。

此外，還用于將軋件對(duì)準(zhǔn)軋制中心線。

1.2 寬度控制的重要性

板坯的寬度不均、溫度不均和材質(zhì)不均都將引起帶鋼寬度偏差。精確地控制帶鋼寬度可以減少切邊量，提高帶材收得率，其創(chuàng)造的價(jià)值是十分可觀的。由于帶鋼的寬度在精軋區(qū)難以調(diào)整，必須在粗軋區(qū)完成。而要實(shí)現(xiàn)寬度自動(dòng)控制就必須采用全液壓壓下立輥軋機(jī)。

下面，將以某鋼廠1250 mm熱連軋機(jī)組中的粗軋立輥軋機(jī)為例，對(duì)全液壓壓下立輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能用途進(jìn)行分析。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）該立輥軋機(jī)與水平軋機(jī)組成萬(wàn)能軋機(jī)進(jìn)行串列軋制，為精軋機(jī)提供中間板坯，主要由立輥機(jī)架裝配、軋輥軸承、輥縫調(diào)整裝置、平衡裝置及主傳動(dòng)裝置等部件組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 1250熱連軋機(jī)立輥軋機(jī)

（2）該立輥軋機(jī)的機(jī)架采用分體式鑄造結(jié)構(gòu)，由上、下兩部分組成，相互間用四個(gè)緊固環(huán)箍成一體，而在前后方向用上、下機(jī)架結(jié)合面上的凸臺(tái)定位，防止相互錯(cuò)位。在機(jī)架牌坊的頂面安裝有兩個(gè)焊接支架支承主減速機(jī)，下部通過(guò)兩個(gè)焊接底座安裝在基礎(chǔ)上。其后面緊貼在水平軋機(jī)的牌坊上，兩者之間用鉤子互相勾住，用楔子固定，以承受軋制板坯時(shí)在立輥軋機(jī)與水平輥軋機(jī)之間所產(chǎn)生的作用力。

（3）左、右對(duì)稱的兩個(gè)軋輥軸承部件懸掛在機(jī)架窗口中，軋輥采用簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，軸承選用雙列圓錐滾子軸承。軋輥、軸承及軸承座組裝后裝入滑架中隨滑架移動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮備件更換需求，配有獨(dú)立的干油潤(rùn)滑裝置，在與主機(jī)干油潤(rùn)滑管路的接口處采用快換接頭連接。軋輥的輥身形狀為錐形軋輥，即具有一個(gè)單輥環(huán)且有一定錐度的軋輥，在立輥下部設(shè)有凸臺(tái)。目的是保證側(cè)壓穩(wěn)定，防止板坯向上抬起或彎曲，將板坯兩側(cè)產(chǎn)生的狗骨形凸起擠向板坯中間，防止軋制板坯上移阻礙四輥水平軋機(jī)咬入。與以往采用的槽型軋輥相比，該軋輥重量較輕。

（4）縫調(diào)整裝置采用全液壓AWC缸來(lái)實(shí)現(xiàn)輥縫開(kāi)口度的調(diào)整，能在軋制中帶鋼壓下以滿足AWC控制需要。該立輥軋機(jī)輥縫調(diào)整裝置有四個(gè)AWC液壓缸，缸體固定在機(jī)架牌坊上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且易于維護(hù)。為方便更換，四個(gè)AWC液壓缸設(shè)計(jì)成一種型式，液壓缸上都裝有位移傳感器，保證軋輥對(duì)稱于軋制中心線同步移動(dòng)。在側(cè)壓AWC液壓缸與軋輥軸承座之間還裝有用來(lái)檢測(cè)軋制壓力的測(cè)壓儀。

（5）該立輥軋機(jī)主傳動(dòng)采用電機(jī)上傳動(dòng)形式，主傳動(dòng)箱的下方通過(guò)支架支承在立輥軋機(jī)的牌坊上，后面靠預(yù)緊螺栓與水平軋機(jī)牌坊聯(lián)接。兩臺(tái)立式交流變頻電機(jī)左右對(duì)稱布置，分別傳動(dòng)左右兩側(cè)的一級(jí)圓柱齒輪，通過(guò)兩側(cè)大齒輪互相嚙合，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步。電機(jī)分別豎直安裝在立輥主減速機(jī)上，電機(jī)軸下伸通過(guò)鼓形齒聯(lián)軸器與減速機(jī)相連，主電機(jī)上各裝有一臺(tái)光電編碼器，用來(lái)控制兩臺(tái)電機(jī)的速度同步。

立輥的傳動(dòng)形式可分為下傳動(dòng)式和上傳動(dòng)式兩種，如武鋼3000 mm粗軋立輥軋機(jī)就屬于下傳動(dòng)方式。其主傳動(dòng)裝置和側(cè)壓系統(tǒng)都裝在地平面以下，這樣做的好處是節(jié)省空間，但卻不利于維護(hù)和檢查，無(wú)法避免氧化鐵皮、水和油污等進(jìn)入圓柱齒輪箱內(nèi)，加劇齒輪、傳動(dòng)軸及軸承等磨損，而且將主傳動(dòng)裝置放置在立輥下面，就需要有較深的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)施工量及造價(jià)都較上傳動(dòng)式有較大增加。

由于上傳動(dòng)式基本上消除了氧化鐵皮、水和油污對(duì)立輥主傳動(dòng)裝置的影響，大大減輕移動(dòng)部分的重量，減少了滑道的磨損，降低了側(cè)壓傳動(dòng)所需電機(jī)功率。因此現(xiàn)代熱連軋的立輥軋機(jī)大都采用這種上傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。

3 機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)該軋機(jī)全液壓壓下方式的特點(diǎn),對(duì)機(jī)架的變形和強(qiáng)度進(jìn)行了有限元分析計(jì)算。

3.1 上機(jī)架有限元計(jì)算

通過(guò)計(jì)算，我們得到軋機(jī)的窗口橫向變形情況，其向上最大變形為0.136 mm，具體位置在機(jī)架立柱中央。向下最大變形為0.141 mm，具體位置也是在立柱的中央。所以機(jī)架縱向總變形為向上最大變形和向下最大變形之和，即0.277mm（見(jiàn)圖2）。

軋機(jī)窗口縱向最大變形為0.129 mm，具體位置在機(jī)架橫梁的中間。由于是對(duì)稱模型，所以軋機(jī)窗口橫向總變形為最大變形的兩倍，即0.258 mm（見(jiàn)圖 3）。

圖2 軋機(jī)橫向（y方向）變形圖

圖3 軋機(jī)縱向（x方向）變形圖

軋機(jī)最大應(yīng)力為39.6 MPa，具體位置在受力處（見(jiàn)圖4）。

由于機(jī)架的材料為GS-45N，屈服限為270 MPa，所以算得其安全系數(shù)為6.8，機(jī)架滿足使用需要。

3.2 下機(jī)架有限元計(jì)算

經(jīng)計(jì)算得到軋機(jī)窗口橫向變形中向上最大變形為0.119 mm，具體位置在機(jī)架立柱中央。向下最大變形為0.111 mm，具體位置也是在立柱的中央。所以機(jī)架縱向總變形為向上最大變形和向下最大變形之和，即0.230 mm（見(jiàn)圖5）。

軋機(jī)窗口縱向最大變形為0.106 mm，具體位置在機(jī)架橫梁的中間。由于是對(duì)稱模型，所以軋機(jī)窗口橫向總變形為最大變形的兩倍，即0.212 mm（見(jiàn)圖 6）。

圖4 軋機(jī)Von-mises應(yīng)力圖

圖5 軋機(jī)橫向（y方向）變形圖

圖6 軋機(jī)縱向（x方向）變形圖

軋機(jī)所受最大應(yīng)力為38.3 MPa，具體位置在受力處（見(jiàn)圖7）。

圖7 軋機(jī)Von-mises應(yīng)力圖

該機(jī)架安全系數(shù)為7.1，同樣滿足使用要求。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)設(shè)計(jì)的熱連軋立輥軋機(jī)基本上都是采用這種全液壓壓下方式，充分證明其在熱帶鋼生產(chǎn)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在部分已投產(chǎn)熱連軋項(xiàng)目中，該形式立輥軋機(jī)不僅滿足工藝要求，而且設(shè)備本身的運(yùn)行狀況也都非常好，得到用戶認(rèn)可。