2150精軋機工作輥擋板缸改造實踐

張海安，王海峰，董喜榮，陳曉楠，高光河

（鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠2150熱連軋機組承擔(dān)著寬、厚、硬等難軋帶鋼品種的生產(chǎn)任務(wù)，設(shè)計年產(chǎn)量500萬t。該產(chǎn)線精軋區(qū)共有6架軋機，其設(shè)備穩(wěn)定性對整條生產(chǎn)線的產(chǎn)量有直接影響［1］。精軋工作輥擋板系統(tǒng)的作用是把上下工作輥鎖在精軋機機架內(nèi)，使其在軋鋼過程中不會因軸向力發(fā)生軸向竄動，以保證軋制的穩(wěn)定。在每架軋機上，工作輥擋板系統(tǒng)由操作側(cè)傳動側(cè)上下共8個擋板缸組成，通過液壓驅(qū)動擋板動作。自投產(chǎn)以來，工作側(cè)擋板缸故障率居高不下，造成油品的大量浪費，并且制約工作輥換輥時間及生產(chǎn)節(jié)奏，成為困擾生產(chǎn)的難題。為解決此難題，對造成2150精軋機工作輥擋板缸缺陷的原因進行了分析，制定出有針對性的具體改造方案并加以實施。

1 工作輥擋板工作原理及故障概述

2150精軋機操作側(cè)工作輥擋板的關(guān)閉和打開是靠一個雙柱塞液壓缸的往復(fù)運動實現(xiàn)的，每個液壓缸后部安裝一個機械彈簧極限裝置，原工作輥擋板缸結(jié)構(gòu)見圖1。

擋板打開時，尾部柱塞克服彈簧力將機械檢測桿向后頂，觸發(fā)打開位置的金屬檢測極限開關(guān)，表明擋板缸打開到位；擋板關(guān)閉時，液壓缸柱塞縮回，彈簧自動復(fù)位，機械檢測桿向前移動，觸動關(guān)閉位置的金屬檢測極限開關(guān)，表明擋板缸關(guān)閉到位。

在生產(chǎn)過程中，該套擋板缸裝置經(jīng)常產(chǎn)生設(shè)備故障，主要表現(xiàn)為：后壓蓋密封損壞漏油、前透蓋螺栓斷裂導(dǎo)致液壓油泄漏、前透蓋密封損壞泄漏。經(jīng)常出現(xiàn)工作輥更換時擋板打不開的問題，延長了工作輥更換時間。2011年下半年至2012年上半年，對這些擋板缸發(fā)生的漏油事故頻次和擋板打不開的頻次進行了統(tǒng)計，具體情況見表1。擋板缸故障時泄漏的液壓油量約為2000 L/月，直接經(jīng)濟損失約3萬元/月。

表1 各架軋機擋板缸損壞頻次統(tǒng)計 次

2 缺陷分析及改進措施

2.1 后壓蓋密封易損壞原因及改進措施

因工作輥擋板缸原設(shè)計為雙柱塞活塞桿，當(dāng)竄輥回零位、擋板打開時，后柱塞桿移動至固定塊圓孔內(nèi)。圓孔直徑為72 mm，活塞桿直徑為70 mm，活塞桿與圓孔配合間隙為2 mm。但實際當(dāng)竄輥回零時，由于回零誤差及各部間隙積累，2個月左右擋板缸柱塞與這個固定塊圓孔之間的位置偏差就能達到6～7 mm，易造成后活塞桿與圓孔邊緣之間出現(xiàn)干涉、刮劃，引起活塞桿表面研傷、變形，進而刮傷密封、刮壞壓蓋密封槽，造成嚴重漏油。當(dāng)泄漏量太大時，就會導(dǎo)致?lián)醢骞δ苁?，影響生產(chǎn)。另外，此部位設(shè)備集成度很高，維修時需拆卸竄輥缸及移動塊，極不方便。這些問題嚴重影響工作輥更換效率，制約2150線達到更高的產(chǎn)量。

為解決此問題，曾將后柱塞桿直徑減小至65 mm，使其與固定塊孔的配合間隙最終達到7 mm，雖有一定效果，但沒有從根本上消除缺陷。進一步?jīng)Q定將原有雙活塞桿設(shè)計改為單活塞桿，并在活塞內(nèi)安裝檢測磁環(huán)，改制后的擋板缸結(jié)構(gòu)見圖2。

后壓蓋由透蓋改為悶蓋，并在其上安裝檢測桿。檢測數(shù)據(jù)線由移動塊上新設(shè)計的孔內(nèi)引出，在檢測桿內(nèi)設(shè)有擋板缸打開和關(guān)閉兩個位置的檢測開關(guān)，開關(guān)容量24 V DC/0.1 A。帶限位開關(guān)的壓蓋結(jié)構(gòu)見圖3（a）；在活塞上安裝了磁鋼，使其與限位開關(guān)配合使用，帶磁鋼的活塞桿結(jié)構(gòu)見圖3（b）。

擋板缸柱塞改成單桿活塞后，關(guān)閉狀態(tài)時的工作載荷增加，為確保現(xiàn)有設(shè)計滿足新要求，對相關(guān)螺栓進行了校核。

壓蓋螺栓的規(guī)格為8.8級M12螺栓，前壓蓋為6顆，而后壓蓋為8顆，液壓缸承受的最大工作壓力為18 MPa，液壓缸柱塞半徑為70 mm。

擋板缸的最大工作載荷為：

通過查詢機械設(shè)計手冊可知：8.8級M12螺栓螺紋應(yīng)力截面積為84.3 mm2，其最小拉力載荷為67 400 N，安全因數(shù)選擇1.3，則前壓蓋螺栓的最小拉力載荷為：

經(jīng)過實際校核驗算，原有的6顆M12螺栓完全可以滿足實際工作載荷要求，不需更改配置。

2.2 前壓蓋螺栓易斷原因及改進措施

精軋機操作側(cè)工作輥擋板缸前壓蓋原設(shè)計結(jié)構(gòu)形式如圖4（a）所示。導(dǎo)套、前壓蓋貫穿在一起，擋板鑲嵌在導(dǎo)套內(nèi)。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，前壓蓋把合螺栓經(jīng)常斷，并且斷口部位大部分都在壓蓋與移動塊的結(jié)合面處，致使前壓蓋密封漏油，造成擋板打開功能失效，影響工作輥更換。

經(jīng)過對故障現(xiàn)象的研究分析，判斷引起螺栓斷裂的原因為：在工作輥上下動作過程中及軋鋼時，外部負載對工作輥擋板導(dǎo)套造成圓周向的旋轉(zhuǎn)力，進而造成擋板缸前壓蓋螺栓被剪切斷。

針對前壓蓋擋板螺栓失效的原因，決定采用單獨固定、功能分開的方案：將擋板缸前壓蓋及導(dǎo)套獨自固定，即將壓蓋直接固定在移動塊擋板缸上，承受軸向力，只是起到液壓缸密封作用。在導(dǎo)套和移動塊配合的圓周上設(shè)計了加強鍵，克服擋板所受的圓周力，同時將加強鍵用螺栓固定在移動塊上，對導(dǎo)套起到軸向固定，克服擋板運動時產(chǎn)生的軸向摩擦力。其結(jié)構(gòu)如圖4（b）所示，這種功能分開的做法，可避免螺栓被切斷導(dǎo)致?lián)醢迨Ъ奥┯汀?/p>

改制后的擋板缸裝置與原有裝置的主要區(qū)別為：前壓蓋7與導(dǎo)套2的固定方式發(fā)生改變，原有設(shè)計用六根螺栓貫穿二者并將其固定在移動塊上，改制后將二者分別固定。前壓蓋7上加工沉頭孔，用螺栓6單獨固定；在導(dǎo)套2與移動塊1上加工三個鍵槽及螺紋孔，用三塊鍵5將導(dǎo)套2固定在移動塊1上，限制其圓周向和軸向自由度。這種變化實質(zhì)上是將擋板的功能與液壓缸功能分開，消除了原有缺陷。

3 應(yīng)用效果

2012年末改造完成后，1年多的生產(chǎn)實踐證明，改進效果良好，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）通過對操作側(cè)工作輥擋板缸位置極限檢測方式缺陷原因分析及技術(shù)改進，彌補了因竄輥歸零不準、誤操作、灰塵顆粒等因素造成的由于缸桿劃傷、密封損壞導(dǎo)致的擋板無法關(guān)閉、液壓油泄漏等缺陷，保證了換輥時間，降低了大量液壓油品消耗及環(huán)境污染，既減少了設(shè)備維護人員的工作量，又提高了生產(chǎn)效率，達到了預(yù)期目標。

（2）通過對擋板缸前壓蓋及導(dǎo)套裝置結(jié)構(gòu)形式的改進，彌補了原結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足，使擋板缸工作的可靠性大幅度提高，避免了因前壓蓋螺栓被剪切斷而導(dǎo)致液壓油泄漏、擋板打不開、無法換輥等缺陷，同樣降低了油品消耗，節(jié)約了修復(fù)及維護成本，提高了設(shè)備作業(yè)率。

（3）改造前的擋板缸故障頻次為48次/年，改造后降低為8次/年，而相應(yīng)的因該擋板缸故障所損失的液壓油量由原來的2000 L/月降低為現(xiàn)在的50 L/月，節(jié)省油品所帶來的直接經(jīng)濟效益約36萬元/年。改造前因工作側(cè)擋板缸故障打不開引起的故障頻次是41次/年，改造后一年多再沒有發(fā)生過類似故障。

4 結(jié)語

在對故障原因進行深入分析后，制定了改造方案，對擋板缸的結(jié)構(gòu)形式和位置極限檢測方式從根本上進行了改進，實施后彌補了原有設(shè)計的不足，降低了油品和備件消耗，減少了維護人員的工作量，同時提高了設(shè)備作業(yè)率。

［1］ 高光河，張海安.2150 mm精軋機入口導(dǎo)衛(wèi)標高裝置的改進［J］.鞍鋼技術(shù)，2011（2）：59-62.