中厚軋機(jī)錐形輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

張紅泉

（安陽鋼鐵股份有限公司）

中厚軋機(jī)錐形輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

張紅泉

（安陽鋼鐵股份有限公司）

錐形輥是中厚板軋機(jī)設(shè)備中的重要組成部分，主要介紹了中板廠錐形輥裝置的原理及特點(diǎn)，對(duì)該設(shè)備存在的問題與缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，通過對(duì)錐形輥輥身、軸承座、輥道架及相關(guān)設(shè)備的改造，取得了良好的實(shí)際效果。

錐形輥 輥道架 軸承座 優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 前言

輥道是中厚板生產(chǎn)中不可缺少的部分，完成了加熱爐、軋制設(shè)備以及其他輔助設(shè)備之間的鋼板傳遞。中厚板生產(chǎn)線上，軋機(jī)前后輥道還必須有轉(zhuǎn)鋼功能，用于橫軋過程的轉(zhuǎn)鋼操作。這部分輥道一般有3種形式：圓柱形輥道（單獨(dú)配轉(zhuǎn)鋼機(jī)）、階梯型輥道和錐形輥道，無論哪一種形式，其工作環(huán)境都比較惡劣，需要頻繁正反轉(zhuǎn)，又承受很大沖擊、熱輻射，并且還有氧化鐵皮及油水侵蝕。當(dāng)軋件頭部向下彎曲時(shí)，輥道所承受的沖擊載荷非常大，造成該設(shè)備故障率較高。為了提高設(shè)備的使用壽命，降本增效，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)2 800 mm中板機(jī)組故障率較高錐形輥道進(jìn)行了改造。

1 錐形輥道結(jié)構(gòu)及組成

錐形輥道由直流電機(jī)、齒輪分配箱、輥道架、聯(lián)軸器、輥?zhàn)硬考M成，輥?zhàn)硬扇∠噜徑诲e(cuò)布置，采用集中傳動(dòng)模式（如圖1所示）。

2 錐形輥裝置工作原理

中厚板機(jī)組粗軋機(jī)負(fù)責(zé)鋼坯的開坯、初步延展的工作，錐形輥裝置分別位于粗軋機(jī)的前、后兩側(cè)，緊鄰機(jī)架輥，是中板軋線的關(guān)鍵部位，由于鋼坯在開坯過程中需要調(diào)頭并往復(fù)軋制，錐形輥道利用交錯(cuò)布置的輥?zhàn)臃聪蜣D(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)鋼坯調(diào)頭，再進(jìn)入軋機(jī)進(jìn)行軋制。由于錐形輥長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)常出現(xiàn)輥?zhàn)踊蝿?dòng)嚴(yán)重，造成軸承座內(nèi)軸承部位磨損、聯(lián)軸器損壞、軸徑斷裂、輥道架焊縫開裂等，甚至出現(xiàn)錐形輥斷裂的較大故障，直接造成軋機(jī)停車。錐形輥道參數(shù)見表1。

圖1 錐形輥布置形式

表1 錐形輥道參數(shù)

3 存在問題及分析

1）輥身磨損嚴(yán)重。由于錐形輥輥道是對(duì)向布置的，鋼坯在輥道表面只是線接觸，且因其轉(zhuǎn)速高，在啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)打滑，加速輥?zhàn)咏佑|部位磨損，無法滿足生產(chǎn)需求。

2）聯(lián)軸器頻繁損壞。因錐輥輥身自重大，轉(zhuǎn)速高且頻繁正反轉(zhuǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)齒式聯(lián)軸器斷齒，不耐用，故障過多，處理起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要將輥?zhàn)硬鸪笤龠M(jìn)行聯(lián)軸器更換，十分麻煩，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)需要，每月故障多達(dá)10次以上，嚴(yán)重制約生產(chǎn)順行。

3）輥?zhàn)虞S頸和分配箱齒輪軸軸頸斷裂事故高發(fā)。由于軋機(jī)對(duì)鋼板往復(fù)軋制，致使軋制過程中對(duì)軋機(jī)及輔助設(shè)備沖擊較大，錐形輥是所受沖擊較大的設(shè)備之一。而且隨著品種規(guī)格的變化，以及工藝的更高要求，鋼坯重量增加，造成鋼坯經(jīng)常沖擊錐形輥，在輥?zhàn)虞S頸和分配箱齒輪軸軸頸比較薄弱且應(yīng)力集中的位置發(fā)生斷裂事故，對(duì)生產(chǎn)順行造成嚴(yán)重影響。

4）軸承座固定不牢靠，容易松動(dòng)。由于輥道架止口設(shè)計(jì)不合理，且輥?zhàn)铀軟_擊較大，容易造成軸承座晃動(dòng)，地腳螺栓定位失效。同時(shí)軸承座磨損、沖擊輥道架及止口，長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致惡性循環(huán)，最終致使輥道架止口定位失效，輥道架變形，錐輥蛇簧斷裂及軸承損壞，致使鋼坯軋制時(shí)控制難度增加，并且在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)因錐形輥問題導(dǎo)致的鋼板劃傷、瓢曲缺陷板的軋制等質(zhì)量問題，對(duì)鋼板的成材率影響較大。

4 改進(jìn)方案

根據(jù)錐形輥道出現(xiàn)的問題，結(jié)合實(shí)際情況，提出了以下改進(jìn)方案：

1）結(jié)合原有的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及周邊設(shè)備結(jié)構(gòu)，決定對(duì)原來的錐形輥部件進(jìn)行優(yōu)化改造；在生產(chǎn)過程中，軋機(jī)前后錐形輥輥面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，無法滿足生產(chǎn)需求。為降低新備件采購成本，決定對(duì)錐輥輥面進(jìn)行修復(fù)加工，首先對(duì)待修復(fù)錐形輥輥?zhàn)颖砻胬脵C(jī)械加工的方法清除疲勞層并做表面預(yù)保護(hù)，然后再進(jìn)行補(bǔ)焊，并提出相應(yīng)的技術(shù)要求，根據(jù)輥?zhàn)硬馁|(zhì)進(jìn)行焊絲選擇，堆焊后的輥?zhàn)咏?jīng)熱處理和機(jī)械加工，使錐形輥輥面具有較高的防腐蝕、抗蠕變、耐高溫、防（氧化皮）粘結(jié)的性能。使用過程中不降低強(qiáng)度，并保證輥面硬度均勻化，不出現(xiàn)掉塊、疲勞裂紋、剝落、輥面凹凸不平等影響使用的缺陷［1］。

2）將齒式聯(lián)軸器改為JS蛇簧聯(lián)軸器。JS蛇形彈簧聯(lián)軸器其主要結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)，兩個(gè)半外罩，兩個(gè)密封圈及蛇形彈簧片組成。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，是靠嵌入兩個(gè)半聯(lián)軸節(jié)的齒槽內(nèi)的蛇形彈簧片，將主動(dòng)端齒面對(duì)蛇簧的軸向作用力帶動(dòng)從動(dòng)端，來傳遞扭矩。該聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，承受變動(dòng)載荷范圍大，運(yùn)行可靠，傳動(dòng)效率高.噪聲低，潤(rùn)滑好，裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)；并具有一定的補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移和減振、緩沖性能。改造后杜絕了齒式聯(lián)軸器的斷齒問題，即使蛇簧聯(lián)軸器的蛇簧斷裂后，可以通過打開外殼快速的更換蛇簧，使得維修工作方便快捷、高效省力。大大的提高了聯(lián)軸器的使用壽命，同時(shí)提高了錐形輥?zhàn)拥氖褂脡勖?。改造前、后的齒式連軸器如圖2所示。

圖2 聯(lián)軸器改造

3）為了增強(qiáng)輥?zhàn)虞S頸的強(qiáng)度，將錐形輥輥?zhàn)虞S頭直徑尺寸由原來的Φ90 mm改為Φ120 mm，改造了定距套，去除軸肩位置，消除了應(yīng)力集中點(diǎn)，徹底解決了錐形輥?zhàn)訑噍伿鹿?。同時(shí)將分配箱輸出軸的軸頸也由Φ90 mm改為Φ120 mm，減少了分配箱輸出軸斷軸事故的發(fā)生［2］。改造前、后的輥?zhàn)虞S頭如圖3所示。

圖3 輥?zhàn)虞S頭改造

4）針對(duì)軸承座固定不良問題，將輥道架及軸承座止口改造，加大止口，增加穩(wěn)定性，減少斷軸和接手損壞。將輥道架軸承 座止口寬度由原來的20 mm改為70 mm，止口高度由原來的20 mm改為40 mm，并且將兩側(cè)設(shè)計(jì)成1：10的錐面，錐面配合具有自動(dòng)定心特點(diǎn)，大大提高了錐形輥軸承座在輥道架內(nèi)的可靠性。輥道架立板厚度由原來的60 mm改為170 mm，底座厚度由原來的 55 mm改為70 mm，提高了錐形輥的整體穩(wěn)定性及抗沖擊能力，從根本上解決錐形輥原設(shè)計(jì)存在的缺陷，相關(guān)的檢修工作量、備件消耗量也大幅降低；同時(shí)，因軋機(jī)錐形輥原因造成的鋼板質(zhì)量問題可根本解決，對(duì)于提高軋制成材率提供有效的設(shè)備保證［2］。改造前、后的錐形輥及錐形輥輥道架分別如圖4、圖5所示。

圖4 錐形輥軸承座改造

圖5 錐形輥輥道架改造

5 實(shí)施效果

1）提高設(shè)備壽命，滿足生產(chǎn)需求。自結(jié)構(gòu)優(yōu)化以來，錐形輥裝置適應(yīng)了生產(chǎn)的要求，更換周期由原來的6個(gè)月改為12個(gè)月，錐形輥輥道架更換周期由原來的24個(gè)月改為48個(gè)月，錐形輥分配箱的更換周期由原來的6個(gè)月改為14個(gè)月，故障頻次由改造前的6次／月，減少到現(xiàn)在的1次／月，進(jìn)而解決了錐形輥道故障率高的難題，為2 800軋線的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了設(shè)備保障，改進(jìn)前后設(shè)備壽命周期對(duì)比見表2。

表2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后設(shè)備壽命周期對(duì)比

2）降低了備件消耗。錐形輥?zhàn)右蚬收细鼡Q，每年可減少損失輥?zhàn)?6根，每根輥?zhàn)?.6萬元，則可節(jié)約備件費(fèi)26×0.6＝15.6萬元。聯(lián)軸器消耗每年減少20套，每套0.4萬元，可節(jié)約備件費(fèi)20×0.4＝8萬元。輥道架相當(dāng)于每年減少消耗1套，節(jié)約備件費(fèi)用5.5萬元。

3）提高設(shè)備可靠性，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。通過優(yōu)化改造保證了錐形輥道運(yùn)行的穩(wěn)定性和鋼坯輥道運(yùn)輸過程中的可靠性，降低了該設(shè)備故障的同時(shí)也大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6 結(jié)語

通過對(duì)中厚板軋機(jī)錐形輥裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使錐形輥?zhàn)陨淼难b配精度得到提高；錐形輥實(shí)現(xiàn)快速更換，下線后維修、維護(hù)更方便；提高了錐形輥的整體穩(wěn)定性及抗沖擊能力。解決了原來錐形輥道設(shè)計(jì)使用能力的不足、結(jié)構(gòu)上的缺陷，最大限度的提高了設(shè)備的使用壽命；同時(shí)維護(hù)檢修成本也大大降低，確保了軋制生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、高效。

［1］ 劉寶松.中厚板四輥粗軋機(jī)前后大型錐形輥道的設(shè)計(jì)［J］.山東冶金，1999，21（3）：35－37.

［2］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化工出版杜，2007：235－237.

OPTIMUM DESIGN OF CONICALl ROLL STRUCTURE OF MEDIUM PLATE MILL

Zhang Hongquan
（Anyang Iron and Steel Stork Co.，Ltd）

The conical roll is an important part of the equipment of the plate mill.The principle and characteristics of the tapered roller device in the middle plate are introduced.The problems and shortcomings of the equipment are analyzed，and the corresponding improvement measures are put forward.Through the conical roller， bearing seat， roller frame and re?lated equipment transformation，and achieved good practical results.

conical roller roller stand bearing seat optimal design

2017—3—10