淬火機(jī)電動(dòng)推桿的技術(shù)改進(jìn)

孫海玲

(鞍鋼教育培訓(xùn)中心，遼寧鞍山 114032)

隨著大型廠一、二期改造工程竣工投產(chǎn)后，大型廠的設(shè)備裝備水平和產(chǎn)品質(zhì)量都達(dá)到了一個(gè)新的高度，大型廠重軌生產(chǎn)線的主體設(shè)備萬(wàn)能軋機(jī)、矯直機(jī)等都是從德國(guó)SMS 公司引進(jìn)的，無(wú)論是設(shè)備的裝備水平還是產(chǎn)品的質(zhì)量都是世界一流的，已成功生產(chǎn)出時(shí)速達(dá)350 km/h 的高速重軌。但附屬設(shè)備沒(méi)有進(jìn)行大的改進(jìn)，均由國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)，設(shè)備各方面的性能與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備相比有較大差距，存在許多不足之處，特別是重軌精整線淬火設(shè)備，事故頻繁，經(jīng)常影響生產(chǎn)，無(wú)法滿足高速、精品重軌生產(chǎn)的需要。對(duì)重軌精整線淬火設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，已成為重軌線技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)。

1 情況調(diào)查

重軌精整線的生產(chǎn)工藝流程是先由平立復(fù)合矯直機(jī)對(duì)冷卻后的重軌進(jìn)行矯直，矯直合格的重軌探傷后經(jīng)過(guò)跨橫移臺(tái)架輸送進(jìn)入鋸鉆組合機(jī)床，由鋸鉆組合機(jī)床按定尺要求進(jìn)行切頭、鉆孔，然后通過(guò)運(yùn)輸輥道運(yùn)輸至淬火臺(tái)架，再通過(guò)淬火臺(tái)架設(shè)備步進(jìn)梁、擺動(dòng)輸送輥道送入淬火機(jī)，淬火機(jī)對(duì)重軌軌頭進(jìn)行淬火，淬火后的重軌送檢查臺(tái)架，檢查合格后入庫(kù)。

重軌精整線主體設(shè)備平立復(fù)合矯直機(jī)、鋸鉆組合機(jī)床分別從德國(guó)SMS、WGN 公司引進(jìn)，具有世界先進(jìn)水平，而淬火設(shè)備全部由國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)，淬火設(shè)備主要包括淬火機(jī)、擺動(dòng)輸送輥道、步進(jìn)梁等，其中淬火機(jī)最為關(guān)鍵，淬火機(jī)主要由變壓器、感應(yīng)圈、電動(dòng)推桿、冷卻噴水裝置組成，其工作過(guò)程為:擺動(dòng)輸送輥道將重軌送入淬火機(jī)，通過(guò)感應(yīng)圈對(duì)重軌軌頭加熱至指定溫度，然后由電動(dòng)推桿將重軌從感應(yīng)圈中推出至淬火位置，冷卻噴水裝置對(duì)重軌軌頭進(jìn)行噴水、淬火，淬火后再由電動(dòng)推桿將重軌推出淬火機(jī)。電動(dòng)推桿是淬火機(jī)上的最主要部件，工作時(shí)電動(dòng)推桿的損壞也最為頻繁，推桿經(jīng)常運(yùn)行到極限位置，出現(xiàn)傳動(dòng)絲杠、絲母鎖死，平鍵剪斷的故障，必須更換電動(dòng)推桿才能繼續(xù)生產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

2 電動(dòng)推桿工作原理

電動(dòng)推桿(圖1)是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的一種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用就是將重軌從淬火機(jī)的電感應(yīng)加熱部位推到噴水冷卻部位，水冷后再將重軌推出淬火機(jī)。

大型廠淬火機(jī)所采用的電動(dòng)推桿是北京航天星云機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DG500 50M-B 普通型電動(dòng)推桿，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)形式簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也有著嚴(yán)重的不足之處，推桿工作行程的距離不能保證準(zhǔn)確。電動(dòng)推桿工作行程靠電氣檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)推桿推頭上的圓環(huán)來(lái)控制，工作中行程檢測(cè)開關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)故障。出現(xiàn)故障時(shí)，推桿就會(huì)運(yùn)行到極限位置，有時(shí)便會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)絲杠、絲母鎖死，平鍵剪斷的故障，必須更換電動(dòng)推桿才能繼續(xù)生產(chǎn)，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

圖1 電動(dòng)推桿圖片

3 事故原因分析

經(jīng)過(guò)多次事故處理、分析，總結(jié)出事故發(fā)生的主要原因有以下幾個(gè)方面:

(1)電動(dòng)推桿工作環(huán)境惡劣，檢測(cè)開關(guān)故障

重軌淬火過(guò)程是軌頭加熱后用風(fēng)、水冷卻，電動(dòng)推桿作業(yè)環(huán)境水多、鐵屑多，導(dǎo)致檢測(cè)開關(guān)損壞，無(wú)法正常檢測(cè)推桿行程。

(2)行程檢測(cè)開關(guān)故障，造成傳動(dòng)絲杠鎖死

電動(dòng)推桿前進(jìn)、后退行程靠電氣兩側(cè)的檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)推桿推頭上的圓環(huán)7 來(lái)控制，行程距離工作前設(shè)定好，行程范圍在電動(dòng)推桿允許范圍之內(nèi)，但電氣檢測(cè)開關(guān)安全性能不可靠，工作中經(jīng)常出現(xiàn)故障。而一旦行程檢測(cè)開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，推桿就會(huì)運(yùn)行到極限位置，便會(huì)造成絲杠3、絲母2 鎖死，電動(dòng)推桿無(wú)法動(dòng)作(見電動(dòng)推桿簡(jiǎn)圖2)。

圖2 電動(dòng)推桿簡(jiǎn)圖

(3)絲杠鎖死，造成平鍵經(jīng)常剪斷

大型廠淬火機(jī)所采用的電動(dòng)推桿是DG500 50M-B普通型電動(dòng)推桿，額定推力為5 000 N，從設(shè)計(jì)能力來(lái)看，完全能滿足淬火重軌正常生產(chǎn)時(shí)的工作需要(某廠淬火重軌為50 kg/m、25 m 長(zhǎng)，所需推力為3 000 N)，從推桿絲杠傳動(dòng)簡(jiǎn)圖(圖3)可以看出:絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲母圓周方向由平鍵4 (鍵寬為8 mm)固定而做直線運(yùn)動(dòng)，平鍵4 受剪切力作用，推桿正常工作時(shí)能滿足工作要求，但由于電動(dòng)推桿極限定位裝置經(jīng)常出現(xiàn)故障，推桿運(yùn)行到極限位置時(shí)受剪切力最大，便常會(huì)造成平鍵剪斷損壞。

圖3 推桿絲杠部分傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

電動(dòng)推桿的頻繁損壞不僅影響重軌的生產(chǎn)速度，對(duì)重軌的淬火質(zhì)量也有較大的影響。電動(dòng)推桿行程檢測(cè)開關(guān)故障時(shí)，推桿推動(dòng)軌頭加熱后的重軌運(yùn)行位置不準(zhǔn)確，偏離工作要求位置，造成淬火機(jī)噴水位置也不準(zhǔn)確，未噴到軌頭加熱處，出現(xiàn)重軌軌頭淬火硬度不符合要求的缺陷。隨著鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展，火車運(yùn)行速度的不斷提高，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，用戶對(duì)重軌質(zhì)量要求也越來(lái)越高，淬火機(jī)電動(dòng)推桿的技術(shù)改進(jìn)已勢(shì)在必行。

4 改進(jìn)方案確定、實(shí)施

通過(guò)查閱資料了解，電動(dòng)推桿廣泛用于輕工行業(yè)，不適合在大型廠現(xiàn)工況使用。對(duì)現(xiàn)存缺陷的分析結(jié)果來(lái)看，采用電液推桿可完全避免電動(dòng)推桿存在的缺陷。電液推桿不僅具有電動(dòng)推桿所具有的結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)形式簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且還具有過(guò)載保護(hù)安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)控制電磁閥帶電時(shí)間控制推桿行程，能夠保證重軌推出位置準(zhǔn)確，完全避免了電動(dòng)推桿存在的缺陷。液壓設(shè)備在大型廠一、二期改造中廣泛使用，通過(guò)對(duì)液壓設(shè)備的使用和維護(hù)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是在液壓設(shè)備的故障處理、點(diǎn)檢和維護(hù)上都有一定的基礎(chǔ)。

通過(guò)以上分析，認(rèn)為將電動(dòng)推桿改為電液推桿可行后，根據(jù)原電動(dòng)推桿的一些技術(shù)參數(shù)、安裝尺寸和生產(chǎn)使用要求，在相關(guān)工程技術(shù)人員的幫助下，設(shè)計(jì)出電液推桿，并由某公司的工程技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，確認(rèn)能滿足大型廠淬火機(jī)工作需要后，定做了一臺(tái)電液推桿。

新設(shè)計(jì)的電液推桿同原電動(dòng)推桿技術(shù)參數(shù)比較見表1。

表1 新設(shè)計(jì)的電液推桿同原電動(dòng)推桿技術(shù)參數(shù)比較

從兩者技術(shù)參數(shù)對(duì)比來(lái)看:電動(dòng)推桿只有兩種速度可供選擇，而電液推桿可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，滿足不同生產(chǎn)節(jié)奏的需要;電液推桿的額定推力大于電動(dòng)推桿，且過(guò)載保護(hù)安全可靠，有20 mm 的緩沖行程。電液推桿同電動(dòng)推桿相比較，各方面優(yōu)勢(shì)明顯，完全能滿足生產(chǎn)需要。

圖4 電液推桿液壓原理圖

5 改進(jìn)效果

在4 月試安裝一臺(tái)電液推桿，使用效果非常理想，完全滿足生產(chǎn)需要，不僅無(wú)事故時(shí)間，還使重軌的淬火質(zhì)量明顯得到提高。

大型廠淬火機(jī)電動(dòng)推桿在線使用6 臺(tái)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明新設(shè)計(jì)的電液推桿無(wú)問(wèn)題后，于6 月份對(duì)在線全部電動(dòng)推桿進(jìn)行了更換。從更換后至年底使用情況良好，取得了明顯的效果，故障事故時(shí)間統(tǒng)計(jì)見圖5，產(chǎn)品質(zhì)量合格率見圖6。為使用電液推桿。

圖5 故障事故時(shí)間統(tǒng)計(jì)

圖6 淬火軌產(chǎn)品質(zhì)量合格率

從事故時(shí)間統(tǒng)計(jì)來(lái)看，事故時(shí)間得到大幅度的下降:改進(jìn)前1 -5 月平均事故時(shí)間148 min，改進(jìn)后7個(gè)月中7、9、10、12 月無(wú)事故時(shí)間，6、9、11 月分別為30、20、10 min，下降幅度明顯。

從淬火質(zhì)量合格率來(lái)看:改進(jìn)前5 個(gè)月平均為95.3%，改進(jìn)后平均為96.7%，合格率提高1.4%，消除了電動(dòng)推桿故障對(duì)淬火質(zhì)量的影響。

大型廠淬火機(jī)電動(dòng)推桿在線使用6 臺(tái)，2008年至2009年上半年統(tǒng)計(jì)月平均損壞12 臺(tái)，每臺(tái)3200元，僅備件費(fèi)一項(xiàng)損失每年就達(dá)46 萬(wàn)元。而電液推桿每臺(tái)1.2 萬(wàn)元，全部改進(jìn)僅投資7.2 萬(wàn)元。備件費(fèi)年節(jié)省38.8 萬(wàn)元。改進(jìn)后事故時(shí)間月平均減少2.3 h，以淬火機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)20 根重軌、重軌的噸鋼效益為200 元來(lái)計(jì)算，改進(jìn)后年產(chǎn)生的效益:

2.3 ×20 ×1.25 ×200 ×12=13.8 萬(wàn)元

電動(dòng)推桿改進(jìn)產(chǎn)生總經(jīng)濟(jì)效益為52.6 萬(wàn)元/年。

淬火機(jī)電動(dòng)推桿成功改進(jìn)后，為企業(yè)節(jié)約了大量的資金，降低了備件消耗，不再頻繁地影響生產(chǎn)，提高了重軌的淬火質(zhì)量，為大型廠生產(chǎn)出高質(zhì)量的重軌提供了有利的技術(shù)保障。

［1］雷天覺(jué).新編液壓工程手冊(cè)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1997.

［2］嵇光國(guó).液壓系統(tǒng)故障診斷與排除［M］.北京:海洋出版社，1992.