小型鋼矯直機下輥軸向漸進位移分析及改進措施

衛(wèi) 衛(wèi)

(中冶華天工程技術(shù)有限公司 江蘇南京210019)

·革新與改造·

小型鋼矯直機下輥軸向漸進位移分析及改進措施

衛(wèi) 衛(wèi)

(中冶華天工程技術(shù)有限公司 江蘇南京210019)

介紹了角鋼矯直時產(chǎn)生側(cè)彎的判斷方法。分析了小型鋼矯直機矯直輥軸向位移對角鋼側(cè)彎的影響機理，提出了消除矯直輥軸向位移的相應(yīng)解決方案。為消除矯直機下輥環(huán)在矯直過程中出現(xiàn)的軸向自行移動現(xiàn)象，在全部下輥環(huán)調(diào)整到設(shè)定位置后，對下輥軸向調(diào)整機構(gòu)的主動小齒輪采用防松卡固定的措施。實驗證明，采用放松卡固定后，角鋼出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象大為改善。

小型鋼矯直機 矯直輥軸向位移 側(cè)彎 影響機理 解決方案

1 引言

型鋼熱軋成型，經(jīng)冷床冷卻后，一般均需通過矯直得到平直度符合要求的型鋼產(chǎn)品。矯直的主要作用是通過矯直機的上下輥反復(fù)彎曲型鋼，消除殘余應(yīng)力、上下彎、側(cè)彎、扭轉(zhuǎn)等缺陷，保證產(chǎn)品的各項允差在規(guī)定范圍內(nèi)，同時也要防止矯直過程型鋼的啃傷、矯裂、矯痕等缺陷。

由于型鋼生產(chǎn)中作為非對稱截面的角鋼在矯直過程中出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象具有典型的意義，僅就角鋼在矯直過程中產(chǎn)生側(cè)彎的現(xiàn)象進行探討。

2 角鋼側(cè)彎判斷及消除

角鋼出現(xiàn)側(cè)彎可以這樣判斷：當角鋼出現(xiàn)側(cè)彎時，沿角鋼長度方向觀察，矯直印痕在角鋼斷面上呈不同高度變化。

角鋼矯直時溫度、厚度的變化、矯直輥軸向的位置、矯直輥軸向位置的變化等原因都可能對角鋼出現(xiàn)側(cè)彎有所影響。實際生產(chǎn)中，對于角鋼矯直進入矯直機時的溫度、角鋼軋件的厚度變化可由軋制及冷卻工藝的微調(diào)進行改善。中小型鋼矯直一般采用大壓下方式使型鋼翼緣發(fā)生全塑變，產(chǎn)生金屬流動，使兩側(cè)翼緣合理拉伸壓縮，有利于側(cè)彎的矯直。

為消除矯直輥軸向位置的影響，根據(jù)矯直工藝的需要，試矯階段前進行矯直輥的軸向位置參數(shù)預(yù)設(shè)；爾后通過對前次矯直型鋼平直程度進行實際測量、判斷后，對單個矯直輥的軸向位置及壓下量進行修正調(diào)整進行后續(xù)作業(yè)。事實上，由于國內(nèi)中小型矯直機技術(shù)裝備水平普遍較為落后，矯直機的矯直輥的軸向竄動，徑向跳動均較為嚴重，因此，為得到合格的矯直型鋼產(chǎn)品需要有經(jīng)驗的矯直工不斷進行參數(shù)微調(diào)，以應(yīng)對變化的矯直機工作狀態(tài)。

3 高精度矯直對矯直機要求

阿曼國某型鋼生產(chǎn)線中采用二臺P380型矯直機左右對稱布置，在線矯直。P380型矯直機是一種符合國際上SMS、DANIELI等廠商矯直機主流技術(shù)特征的高剛度、高精度9+1輥機型矯直機；該機為滿足多品種，寬規(guī)格范圍、高精度要求，采用小節(jié)距、高剛度機架、高剛度矯直輥系設(shè)計以解決國內(nèi)傳統(tǒng)矯直機剛度不足，矯直精度低的問題。P380型矯直機下輥為固定傳動輥，采用手動調(diào)整方式滿足軸向零位標定要求。下輥單個矯直輥的軸向位置一經(jīng)調(diào)整后，正式矯直作業(yè)中一般不再頻繁調(diào)整。上輥為非傳動輥，采用編碼器測控下的電動壓下及軸向位置調(diào)整控制型鋼平直度；矯直輥調(diào)整采用預(yù)設(shè)模型參數(shù)方式。因此，由型鋼側(cè)彎影響因素分析認為，這種自動化裝備水平較高的機型，對矯直輥軸向竄動，徑向跳動均應(yīng)有較高的要求。

4 側(cè)彎現(xiàn)象的觀察與分析

1)在角鋼試矯中發(fā)現(xiàn)，矯直機在工作一段時間后，矯直的角鋼出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象。

試矯作業(yè)采用的角鋼為商品型材，兩邊高度及厚度公差符合要求；矯直輥位置設(shè)定由經(jīng)驗豐富的矯直工進行；角鋼矯直試驗在常溫下進行。因此，首先排除了試驗角鋼矯直時溫度、厚度的變化原因。分析發(fā)現(xiàn)，角鋼出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象在工作一段時間后發(fā)生；試矯初期無論直線度還是側(cè)彎值基本符合要求。因此，也排除了矯直機各矯直輥軸向位置設(shè)定不當?shù)脑颉?/p>

2)基于角鋼側(cè)彎影響因素的分析認為；型鋼側(cè)彎是由于矯直輥軸向位置處于不穩(wěn)定狀態(tài)；而矯直輥軸向位置狀態(tài)受設(shè)備間隙的影響及其他因素影響。

根據(jù)矯直機輥子轉(zhuǎn)動、軸向位移調(diào)整、上輥垂直調(diào)節(jié)三項功能要求；上輥輥系中有一項轉(zhuǎn)動，兩項直線移動要求，下輥輥系中有一項轉(zhuǎn)動，一項直線移動要求。這三項運動都要求相對運動的零件之中留有必要的間隙。滿足必要相對運動的間隙，通常理解為游隙；相應(yīng)的零件或系統(tǒng)移動稱之為游動；而超過必要的間隙引起的移動稱之為竄動。相對而言，上輥由于功能較多，輥系的累計游動量更大。但裝配時，由于間隙調(diào)整不當，本屬于游動范疇的零件之間運動容讓，演變?yōu)橛绊懗C直精度的輥系竄動狀態(tài)，這屬于非正常狀態(tài)，需要加以解決。

圖1 矯直機下輥的輥系圖

1-防松卡; 2-小齒輪; 3-齒輪螺套; 4-定位套; 5-矯直輥軸; 6-圓螺母; 7-雙向止推軸承; 8-雙列滾柱球面軸承; 9-輥環(huán)

3)通過對矯直輥系設(shè)計圖紙(見圖1)的分析，主要有以下間隙存在：

(1)矯直輥箱與機架固定處位置的間隙。為滿足上輥垂直升降功能條件，矯直輥箱凸緣與機架之間留有一定間隙。這個間隙的存在使得矯直軋件受到橫向力時，帶動整個輥箱在機架內(nèi)竄動。國內(nèi)老機型小型矯直機此項間隙較大，一般不小于0.5mm；實際使用過程中間隙一般大于1mm。據(jù)了解P380矯直機矯直輥箱凸緣與機架均在數(shù)控加工中心上加工，間隙尺寸應(yīng)能保證?，F(xiàn)場拆卸時用塞尺檢測，各輥此項間隙基本約在0.1mm。

(2)齒輪螺母與箱體和端蓋間的間隙。軸向位移調(diào)整機構(gòu)的齒輪螺母與輥箱端面間隙的存在使得矯直軋件受到橫向力時，帶動包括位移調(diào)整機構(gòu)的齒輪螺母隨輥系一道竄動。

設(shè)計中，控制輥箱齒輪螺母配合凹坑和齒輪螺母寬度尺寸允差；利用端蓋凸緣深度進行間隙調(diào)節(jié)；間隙控制在～0.1mm。

(3)齒輪螺母與定位套上螺紋側(cè)隙及定位套上鍵與箱體鍵槽之間移動付側(cè)隙。螺紋側(cè)隙存在引起的效果與上述間隙，無法控制矯直輥的竄動。

(4)輥軸與軸承組之間軸向間隙及軸承游隙。

軸承與軸肩、定距環(huán)之間設(shè)計應(yīng)無間隙。事實上，往往由于設(shè)計時蔬忽，內(nèi)倒圓尺寸不當；裝配工藝不嚴慎，軸承內(nèi)、外環(huán)未與相關(guān)件靠實，造成實際間隙存在。

軸承的游隙一般約為0.05mm。此項游隙的保證除軸承自身品質(zhì)外，尚需裝配預(yù)緊實現(xiàn)。

上述四項間隙理論之和

Σ>0.1+0.1+0.05=0.25mm

4)上述間隙消降中，輥箱與機架固定處的間隙僅存在于上輥體系中，較為易于測量和處理。齒輪螺母與箱體及端蓋間的間隙可測量后通過配制止口深度合適的端蓋解決。齒輪螺母之間配合間隙在制造階段螺紋付精度即已成型，使用階段無法提高。輥軸與軸承組之間軸內(nèi)間隙的消除可通過設(shè)計專用預(yù)緊工具進行處理。

矯直過程中下輥調(diào)整機構(gòu)中齒輪螺母發(fā)生的意外轉(zhuǎn)動，所產(chǎn)生輥系竄動是比間隙更大的影響因素。因此，對矯直過程中下輥調(diào)整機構(gòu)中齒輪螺母發(fā)生轉(zhuǎn)動觀測與處理是重點。

5)對矯直機下輥軸向手動調(diào)整機構(gòu)作周向原始位置標記后，發(fā)現(xiàn)小齒輪有偏離原始位置的角位移。進一步觀測發(fā)現(xiàn)，在非操作人員主觀因素條件下，矯直機入口第一根下輥軸向位置在矯直試驗期間發(fā)生變化；矯直輥在工作中逐漸產(chǎn)生軸向移位，帶動輥環(huán)偏離設(shè)定位置約6mm～7mm，從而破壞了矯直參數(shù)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致角鋼矯直效果的劣化。初步判斷，這是引起角鋼出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象的主要原因。

5 處理過程及措施

為消除矯直機下輥環(huán)在矯直過程中出現(xiàn)的軸向自行移動現(xiàn)象，在全部下輥環(huán)調(diào)整到設(shè)定位置后，對下輥軸向調(diào)整機構(gòu)的主動小齒輪采用防松卡固定的措施。再次試驗，角鋼出現(xiàn)側(cè)彎現(xiàn)象大為改善。見圖2 軸向防松卡示意圖。

圖2 軸向防松卡示意圖

對P380型矯直機上述間隙進行處理及小齒輪采用防松卡固定措施后，在輥系端部輥環(huán)與機架間采用3t液壓千斤頂進行水平加載，以矯直機輥環(huán)側(cè)機架加工面作基準，使用千分表實測矯直機上下輥的輥環(huán)側(cè)面相對機架軸向位移量，并進行了輥軸徑向跳動檢測。見圖3 矯直機輥環(huán)軸向位移檢測示意圖，圖4 矯直機輥環(huán)徑向跳動檢測示意圖。檢測結(jié)果數(shù)值見表1、表2。

圖3 矯直機輥環(huán)軸向位移檢測示意圖

1-機架基準面; 2-下輥加載千斤頂; 3-上輥加載千斤頂

表1 矯直輥軸向位移檢測數(shù)值表(單位：mm)

表2 矯直輥徑向跳動檢檢測數(shù)值表(單位：mm)

注：表2中數(shù)值為3點測量平均值

6 矯直輥產(chǎn)生軸向逐漸移位機理

分析矯直輥在工作中產(chǎn)生軸向逐漸移位的機理，對矯直機軸系的軸向定位結(jié)構(gòu)設(shè)計和軸向竄動故障的排除有重要的幫助。

下矯直輥手動軸向調(diào)整功能主要由小齒輪帶動齒輪螺套旋轉(zhuǎn)，從而帶動定位套產(chǎn)生相對位移來實現(xiàn)。

在圖1矯直機下輥的輥系圖中，齒輪螺套的外圍結(jié)構(gòu)為齒輪，內(nèi)圈為右旋母螺紋。定位套內(nèi)腔為軸承定位結(jié)構(gòu)，內(nèi)部配置可承受徑向負荷的雙列滾柱球面軸承和承受軸向力的雙向止推軸承；定位套外徑表面一端為右旋螺紋結(jié)構(gòu)，與齒輪螺套配合構(gòu)成螺紋副，另一端帶有鍵槽。

小齒輪旋轉(zhuǎn)時，帶動輥系中的齒輪螺套旋轉(zhuǎn)；而齒輪螺套的旋轉(zhuǎn)，使定位套僅作直線移動，通過輥系中軸承的帶動下，輥軸在箱體內(nèi)軸向移動，從而引起輥環(huán)的軸向位移。這是正常的下輥軸向調(diào)整原理。

當型鋼進入矯直輥時，由于型鋼矯直時存在側(cè)向力的原因，間隙的存在，使得矯直輥軸在旋轉(zhuǎn)的同時，帶動定位套作微量旋進/旋出動作。在旋轉(zhuǎn)的同時，軸向整體產(chǎn)生位移在物理學(xué)上稱之為“進動”。下輥軸系產(chǎn)生“進動”現(xiàn)象時，齒輪螺母在被動力作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)；小齒輪作為軸向調(diào)整輸入環(huán)節(jié)未加周向固定情況下，齒輪螺母反向帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)。

定位套上螺紋為右旋。從輥環(huán)端觀察，當1號矯直機為右進鋼，輥環(huán)轉(zhuǎn)動方向與定位套上螺紋方向一致時，下輥軸系產(chǎn)生向電機傳動側(cè)方向進動，齒輪螺母帶動小齒輪逆時針轉(zhuǎn)動(從端蓋方向觀察)；而2號矯直機為左進鋼，輥環(huán)轉(zhuǎn)動方向與定位套上螺紋方向相反時，下輥軸系產(chǎn)生向輥環(huán)側(cè)方向進動，齒輪螺母帶動小齒輪順時針轉(zhuǎn)動(從端蓋方向觀察)。小齒輪設(shè)置防松卡后，小齒輪無法轉(zhuǎn)動，在被動力作用齒輪螺母亦無法轉(zhuǎn)動；而下輥環(huán)調(diào)定軸向位置后，將無法產(chǎn)生位移，從而保證了矯直參數(shù)的穩(wěn)定性，消除了由于下輥軸向位移產(chǎn)生的角鋼側(cè)彎現(xiàn)象。

由于P380矯直機上輥系與下輥具有基本相同的結(jié)構(gòu)，在矯直軋件作用下，上輥系也有可能產(chǎn)生“進動”。但由于上輥傳動的初始環(huán)節(jié)為電機抱閘制動，因此，調(diào)定輥系軸向位置后上矯直輥基本上未產(chǎn)生由于 “進動”因素引起的位移。

上述分析表明，矯直機輥系的正確設(shè)計軸向間隙、采用適當?shù)逆i緊固定措施和軸向調(diào)整機構(gòu)正確的裝配調(diào)整，對保持矯直機工作狀態(tài)穩(wěn)定性的重要性。

7 改進措施后的效果驗證

在分析引起下輥軸向自行偏離的原因后，進行試驗驗證。其他調(diào)整均已完畢條件下，下輥軸向移動小齒輪未裝防松卡時，試矯過程中，下輥仍然產(chǎn)生自行偏離現(xiàn)象；小齒輪加裝防松轉(zhuǎn)卡后，1號、2號矯直機經(jīng)過約350噸角鋼矯直試生產(chǎn)，各個下輥偏離設(shè)定位置的軸向移動值，均小于軸向液壓加載測定的數(shù)值，矯直后成品型鋼平直度等允差經(jīng)外方按DIN標準檢測，符合DIN EN10056-1標準要求。P380型矯直機進行10號槽鋼矯直試驗，進一步檢測性能，符合DIN EN1026-1 、DIN EN1079標準要求。過載測試是在雙根5號角鋼疊放進入矯直機條件下進行的，設(shè)備未出現(xiàn)異常。系列試驗驗證了P380型矯直機采用改進措施后的良好工作效果。

[1]李同慶.寬帶鋼拉矯機工作機理及性能優(yōu)化的研究[D].北京:北京科技大學(xué)，1997.

[2]鄒家祥.軋鋼機械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

[3]崔甫.矯直原理與矯直機械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

Analysis and Improve Measure of the Axial Progressive Displacement of Lower Roll in Light Shape Straightener

Wei Wei

(Huatian Engineering & Technology Co., Ltd. of MCC, Nanjing 210019)

This article, introduce the judging method of lateral bending when straightening the angle steel, analysis the influence mechanisms about the axial progressive displacement of lower roll in light shape straightener of effect to lateral bending, put forward to eliminate the straightening roll axial displacement solution scheme, in order to eliminate the axial progressive displacement about the roller ring, the active small gear of the low roller adjusting mechanism is used the anti loose hook fixation when the low ring is adjusted to the set position. The test certificate that the lateral bending phenomenon is greatly improved when use the anti loose hook fixation.

Light shape straightener Axial progressive displacement Lateral bending Influence mechanism Solution scheme

衛(wèi)衛(wèi)，男，1955年出生，畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計專業(yè)，學(xué)士，高級工程師，主要從事鋼鐵冶金設(shè)備設(shè)計與研究

TG333.2

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.04.011

2014-04-25)