六輥CVC 冷連軋機(jī)中間輥竄輥故障分析及解決方法

李耀強(qiáng)，李連勝，劉 聰

(邯鋼西區(qū)冷軋廠，河北 邯鄲 056015)

0 前言

邯鋼西區(qū)冷軋廠2080 mm 六輥CVC 冷五連軋機(jī)是由德國(guó)SMS 公司設(shè)計(jì)制造的，CVC 軋輥輥系為中間輥，中間輥竄輥軸向竄動(dòng)行程達(dá)±285 mm，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變化，因而可以實(shí)現(xiàn)輥縫連續(xù)凸度調(diào)整控制的目的。中間輥竄輥裝置安裝在傳動(dòng)側(cè)中間輥彎輥塊上，由竄輥驅(qū)動(dòng)裝置和竄輥連接裝置兩部分組成。竄輥驅(qū)動(dòng)裝置是通過兩個(gè)內(nèi)置位置編碼器的液壓缸實(shí)現(xiàn)中間輥的軸向竄動(dòng)，竄輥連接裝置是通過一個(gè)三位液壓缸來實(shí)現(xiàn)的。本文將針對(duì)該廠中間輥竄輥裝置經(jīng)常出現(xiàn)的故障，從其結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析研究，最終提出解決這些問題和故障的方案。

1 竄輥裝置的結(jié)構(gòu)

1.1 竄輥驅(qū)動(dòng)裝置

竄輥驅(qū)動(dòng)裝置主要由固定支架、同步橫梁、竄動(dòng)液壓缸等組成。竄輥裝置是通過兩個(gè)帶位置編碼器的液壓缸實(shí)現(xiàn)中間輥的軸向竄動(dòng)的。

1.2 竄輥連接裝置

為了連接中間輥與竄輥裝置，實(shí)現(xiàn)中間輥的軸向運(yùn)動(dòng)，竄輥系統(tǒng)設(shè)計(jì)有中間連接裝置。該裝置在竄輥時(shí)連接，中間輥隨竄輥裝置一起動(dòng)作。在需要換輥時(shí)，連接裝置打開，從而可以將中間輥抽出，實(shí)現(xiàn)中間輥與竄輥裝置的快速斷開與連接。

竄輥連接裝置主要由三位油缸及其導(dǎo)桿部分、勾板、緩沖套、連接套筒、連接定位環(huán)部分、止推軸承座部分等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。竄輥連接裝置是由一個(gè)三位液壓缸帶動(dòng)連接塊軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)竄輥的三種連接位置，這三種連接位置分別是換輥位(釋放位)、連接位(非軋制位)、軋制位。換輥位時(shí)，竄輥連接裝置連接抓手與中間輥脫開。連接位是換輥位和軋制位之間的過渡位，軋制位時(shí)，連接勾板與緩沖套脫開。

中間輥止推軸承為雙列圓錐止推軸承，潤(rùn)滑方式為稀油潤(rùn)滑循環(huán)，安裝在軋機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)，集成在CVC 竄輥裝置中?？筛Z輥裝置軸向竄動(dòng)，也可隨彎輥塊上下運(yùn)動(dòng)。該軸承承載中間輥所受到的全部軸向載荷。

圖1 竄輥連接裝置Fig.1 Connection device of IMR shifting system

2 竄輥裝置出現(xiàn)的故障及其解決方案

2.1 止推軸承燒壞的原因分析及改進(jìn)

中間輥止推軸承為雙列圓錐止推軸承，潤(rùn)滑方式為稀油潤(rùn)滑循環(huán)，安裝在軋機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)，集成在CVC 竄輥系統(tǒng)中?？筛Z輥裝置軸向竄動(dòng)，也可隨彎輥塊上下運(yùn)動(dòng)。該軸承承載中間輥所受到的全部軸向載荷。

使用過程中，止推軸承出現(xiàn)了數(shù)次軸承損壞抱死事故。經(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部實(shí)際結(jié)構(gòu)存在缺陷，導(dǎo)致密封效果不佳，軸承座進(jìn)水情況嚴(yán)重。原竄輥裝置止推軸承座結(jié)構(gòu)示圖如圖2 所示。止推軸承座包括軸承箱、止推軸承、內(nèi)套1、內(nèi)套2、內(nèi)套3、油封、O 型圈及壓蓋等。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)原軸承座裝置有以下缺陷:在原設(shè)計(jì)中，內(nèi)套2 端部長(zhǎng)度不夠，不能完全壓住O 型圈，將導(dǎo)致密封效果不佳。同時(shí)，為了使內(nèi)套2盡可能多的壓住O 型圈，其端部設(shè)計(jì)為一段長(zhǎng)約2.5 mm 的凸緣，凸緣很薄(厚度0.5 mm)，此結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致如下問題:

(1)在裝配過程中，凸緣可能擠傷O 型圈，造成O 型圈損傷斷裂。(2)在裝配中，凸緣需伸入止推軸承內(nèi)圈中，將可能與軸承內(nèi)圈碰撞，導(dǎo)致凸緣崩裂，殘?jiān)M(jìn)入軸承，導(dǎo)致軸承損壞。

圖2 原止推軸承座示意圖Fig.2 Schematic diagram of original thrust bearing seat

為解決該問題，我們將內(nèi)套2 端部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為階梯式結(jié)構(gòu)，其第一臺(tái)階能夠完全壓住O 型圈，改善密封效果;同時(shí)，階梯式的端部結(jié)構(gòu)，在裝配過程中不會(huì)擠傷O 型圈，造成O 型圈損壞斷裂;其次，階梯式的端部結(jié)構(gòu)，其厚度加厚，裝配后第二臺(tái)階搭在內(nèi)套1 的軸肩上，不需伸入止推軸承內(nèi)圈，避免在安裝過程中的碰撞造成凸緣崩裂，損傷O 型圈，殘?jiān)M(jìn)入軸承。如圖3 所示。

改造其結(jié)構(gòu)后，為將各零部件裝配到位，總體裝配關(guān)系尺寸保持不變，對(duì)內(nèi)套1、2、3 尺寸進(jìn)行相應(yīng)的修改，具體如下:

(1)將內(nèi)套1 裝軸承處軸肩尺寸加長(zhǎng)，從66.4 mm 改為72.4 mm，螺紋段從60 mm 縮為54 mm，其他結(jié)構(gòu)不變，尺寸鏈上各尺寸相應(yīng)做出更改。

(2)內(nèi)套2 將螺紋段從60 mm 縮短為54 mm，整體縮短6mm，其他尺寸做相應(yīng)改變。

(3)內(nèi)套3 將伸出段從32.5 mm 縮短為26.5 mm，整體縮短6 mm，其他尺寸做相應(yīng)改變。

圖3 改進(jìn)后的軸承座內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.3 Internal structure of modified bearing seat

2.2 竄輥連接不到位的原因分析及改進(jìn)

為確保中間輥竄輥裝置穩(wěn)定無事故運(yùn)行，需每年將竄輥止推軸承座解體檢查并更換密封，竄輥裝置結(jié)構(gòu)非常緊湊，若裝配精度不夠，可能導(dǎo)致竄輥連接裝置連接不到位，即換輥后中間輥與竄輥裝置不能正常連接，導(dǎo)致軋機(jī)不能開車。然而，由于對(duì)影響竄輥耦合裝置的關(guān)鍵裝配尺寸因素不明，裝配精度不能確定，導(dǎo)致裝配中具有一定的盲目性和偶然性。為解決這一問題，我們對(duì)中間輥連接裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得出在裝配中最終影響竄輥裝置連接的尺寸要素。

如圖4 所示，中間輥裝入機(jī)架后，通過內(nèi)套3 與中間輥軸肩定位，中間輥到達(dá)此位置后，中間輥連接裝置動(dòng)作將中間輥鎖住，及圖4 中的鎖緊銷鎖住輥頭。若鎖緊銷與輥頭無間隙，存在較嚴(yán)重摩擦，則會(huì)導(dǎo)致鎖緊不到位，即圖4 中的中間輥軸肩到輥頭的距離L1小于L2，L2=內(nèi)套3 +內(nèi)套1 +內(nèi)套2 +鎖緊銷的裝配距離，則會(huì)導(dǎo)致無法連接鎖緊。反之，當(dāng)L1＞L2時(shí)，可正常鎖緊。內(nèi)套3、內(nèi)套1、內(nèi)套2、鎖緊銷各自的尺寸及公差范圍在零件圖中可查得，L2的大小還由裝配間隙1 和裝配間隙2 決定，裝配間隙2 在螺栓擰緊的情況下即可消除。裝配間隙1為內(nèi)套1 與內(nèi)套2 之間的間隙，內(nèi)套1 與內(nèi)套2為螺紋連接，此間隙在裝配中不能完全消除，即此間隙為影響裝配精度的主要因素。實(shí)踐亦證明，此間隙過大，是導(dǎo)致無法鎖緊的根本原因。

通過尺寸鏈計(jì)算，得出在確保耦合裝置正常工作時(shí)，該裝配間隙的允許范圍;

查零件圖得:L=內(nèi)套3 +內(nèi)套1 +內(nèi)套2 +鎖緊銷，

圖4 竄輥連接Fig.4 Connection device of IMR shifting system

又因?yàn)長(zhǎng)2=L+L裝配間隙1，L1=ΔL+L;

中間輥與竄輥裝置正常連接的條件為L(zhǎng)1＞L2，即ΔL+L ＞L +L裝配間隙1，即當(dāng)L裝配間隙1＜ΔL，能正常連接，ΔL 的波動(dòng)范圍為0.12～1.14，其大小由各零部件及輥?zhàn)拥闹圃炀葲Q定，故為保證所有中間輥都能正常耦合鎖緊到位，L裝配間隙1＜0.12 mm;

因此，在裝配時(shí)，用塞尺檢測(cè)該間隙，并調(diào)整裝配，確保裝配間隙在計(jì)算得來的允許范圍之內(nèi)，即裝配間隙1L裝配間隙1＜0.12 mm。

2 .3 液壓缸密封磨損頻繁導(dǎo)致漏油的原因分析及改進(jìn)

投產(chǎn)初期，軋機(jī)竄輥液壓缸頻繁出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，平均每月出現(xiàn)CVC 液壓缸漏油事故在一次以上。這極大的影響了生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。為解決這一問題，對(duì)CVC 竄輥系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，逐步查找確認(rèn)液壓缸頻繁漏油的根本原因。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致竄輥液壓缸連桿側(cè)的端蓋密封頻繁損壞的原因有以下幾方面:

(1)端蓋內(nèi)套密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，普通O型圈密封在受到外力擠壓時(shí)易變形磨損;

(2)液壓油進(jìn)入有桿腔后，會(huì)對(duì)端蓋內(nèi)套產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)沖擊作用。從而導(dǎo)致螺紋套內(nèi)壁與端蓋內(nèi)套之間產(chǎn)生一定量的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加劇了端蓋內(nèi)套上密封的磨損;解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:對(duì)竄輥液壓缸密封進(jìn)行改造，改造后的密封裝置具有良好的耐壓和耐磨性能、降低了密封的磨損速度。相對(duì)原液壓缸的密封，其改進(jìn)之處是，在端蓋內(nèi)套的內(nèi)、外側(cè)均分別安裝有密封和密封支架，密封為梯形結(jié)構(gòu)，密封支架分別位于密封左右兩側(cè)。同時(shí)，在端蓋上加工有螺紋通孔，螺紋通孔內(nèi)旋有定位頂銷，定位頂銷的前端與端蓋內(nèi)套相接觸。

3 結(jié)語

6 輥CVC 軋機(jī)的中間輥竄輥裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)整體封裝，無法進(jìn)行在線的檢查維護(hù)，目前主要采取周期更換的方式。本文針對(duì)，，生產(chǎn)中竄輥裝置出現(xiàn)的問題，研究分析其故障發(fā)生的根本原因，以此為依據(jù)，對(duì)竄輥裝置不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造:將軸承內(nèi)套端部結(jié)構(gòu)改進(jìn)為階式結(jié)構(gòu)，合理分配各零件尺寸精度。改進(jìn)后的軋機(jī)在周期更換、解體裝配中，消除了故障隱患。

［1］陳奎.六輥CVC 軋機(jī)的結(jié)構(gòu)原理及優(yōu)點(diǎn)［J］.一重技術(shù)，2006(5).

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.