熱軋帶鋼精軋機(jī)軋制穩(wěn)定裝置研究

孫 兵

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

熱軋精軋機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性，體現(xiàn)在軋件前端水平的穩(wěn)定性，不會(huì)發(fā)生側(cè)面抖動(dòng)和偏差，并且后端不會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)的現(xiàn)象。根據(jù)在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，主要有三個(gè)因素影響軋機(jī)在工作中的穩(wěn)定性，分別為：胚料的溫度，軋輥機(jī)架的裝配精度和精軋機(jī)入口端導(dǎo)衛(wèi)精度[1]。

1 軋機(jī)穩(wěn)定工作的原理

軋機(jī)的振動(dòng)頻率容易隨著高速、高軋制力和大壓下量軋制而增加。經(jīng)過(guò)詳細(xì)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，軋機(jī)主要在上下工作輥的水平和垂直方向發(fā)生振動(dòng)。如果軋輥穩(wěn)定器安裝在框架和軸承座之間，增加了動(dòng)態(tài)剛性在軋機(jī)機(jī)架和軋輥軸承座水平方向，有效的減少了軋機(jī)的振動(dòng)頻率。在軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，穩(wěn)定裝置中的液壓缸的墊圈與軸承座相接觸，并在工作期間與軸承座一起振動(dòng)[2]。在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)，一定要有阻尼孔，對(duì)軋機(jī)的振動(dòng)有阻礙作用，有利于增強(qiáng)軋機(jī)的動(dòng)態(tài)剛度。試驗(yàn)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行觀察，對(duì)于軋機(jī)的軋制方向（水平方向）和軋件厚度（垂直方向）的加速度信號(hào)，可以利用加速度傳感器來(lái)測(cè)量獲得。當(dāng)鋼帶放入軋機(jī)時(shí)，軋機(jī)就會(huì)開始振動(dòng)[3]。當(dāng)軋機(jī)穩(wěn)定裝置開始工作時(shí)，軋件軋制方向上的加速度信號(hào)減小到穩(wěn)定裝置在開始工作時(shí)的一半。軋機(jī)穩(wěn)定器對(duì)工作輥所處的位置可以一直保持，改善了軋件的磨損。

2 分析穩(wěn)定裝置在生產(chǎn)過(guò)程中的影響

2.1 穩(wěn)定油缸對(duì)軋機(jī)的影響

為了在工作的過(guò)程中，工作人員易于更換軋輥，必須在工作輥，支撐輥和內(nèi)側(cè)襯板之間留下間隙：①在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)發(fā)生摩擦在軋機(jī)的軸承座和襯板之間，致使兩者之間的間隙逐漸變大，最終間隙超出正常值；②隨著時(shí)間的推移立柱和支撐軸承之間的間隙也會(huì)增加，兩只間隙也會(huì)超出正常值。穩(wěn)定油缸的存在使原本的橫向剛度不會(huì)影響立柱和支撐軸承之間的間隙，減少水平?jīng)_擊的影響。但是，軸承座和更換柱的水平?jīng)_擊因素，會(huì)引起很多問(wèn)題，如：穩(wěn)定油缸反應(yīng)速度慢，漏油和使用時(shí)間減少等。因此，對(duì)穩(wěn)定油缸承的壓力問(wèn)題進(jìn)行研究意義很大。

2.2 穩(wěn)定油缸對(duì)水平剛度的影響

在軋機(jī)的實(shí)際工作中，軸承座與立柱之間的間隙能夠引起鋼咬合處水平?jīng)_擊力和工作輥的水平振動(dòng)，只有去除此間隙，才有助于水平?jīng)_擊力和工作輥的水平振動(dòng)的幅度的降低。穩(wěn)定油缸的在生產(chǎn)過(guò)程中的有效利用，大大的增加了軋輥的水平動(dòng)態(tài)剛度，也在一定程度上提高了抗振性能和軋制穩(wěn)定性。機(jī)械結(jié)構(gòu)的抗振能力一般由其動(dòng)態(tài)特性來(lái)決定，測(cè)量的常用方法一般是其動(dòng)態(tài)剛度，其動(dòng)態(tài)剛度增大，表示在一定激振下的振幅就會(huì)變小，抗振能力也隨之變大。

以軋機(jī)機(jī)座為例，分析在水平方向的振動(dòng)情況。計(jì)算水平剛度的公式為：水平總剛度=（出口側(cè)的弧剛度×交叉剛度）/（出口側(cè)的弧剛度+交叉剛度）+（液壓缸的剛性×入口側(cè)牌坊剛度）/（液壓缸的剛性+入口側(cè)牌坊剛度），其中，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及制造過(guò)程中已經(jīng)確定了交叉剛度和出入口側(cè)牌坊剛度，因此，要實(shí)現(xiàn)增加穩(wěn)定油缸中的壓力，就要增加液壓缸的剛性。

根據(jù)上述分析可以得出：穩(wěn)定油缸的有效使用，有助于軋機(jī)在水平方向上的承載力的增加。

2.3 穩(wěn)定油缸對(duì)對(duì)垂直剛度的影響

在軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于軋輥軸承座上的穩(wěn)定油缸，在軋件的厚度變化，輥的偏心率變化和溫度不均勻等因素下引起振動(dòng)時(shí)，軸承座與穩(wěn)定油缸會(huì)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)趨勢(shì)，其相互摩擦也會(huì)在垂直方向上產(chǎn)生。這就是軋機(jī)垂直振動(dòng)方向的干摩擦阻尼的增加，這在一定程度上影響彎曲效應(yīng)和軋制力。

為了便于理論分析，計(jì)算出穩(wěn)定油缸的垂直剛度，在振動(dòng)理論基礎(chǔ)上，其運(yùn)動(dòng)微分方程為[M]{}+[C]{}+[K]{x}={Q}，其中：等效質(zhì)量是M，軋機(jī)的等效阻尼為C，剛度為K。為了便于計(jì)算，假設(shè)0為軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的阻尼，根據(jù)守恒原理分析，其最大勢(shì)能是軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的最大動(dòng)能。根據(jù)軋機(jī)的參數(shù)，振動(dòng)過(guò)程中的等效剛度和質(zhì)量計(jì)算如下：①等效剛度K1到K7的數(shù)據(jù)為：4.87，2.01，5.24，2.30，5.22，3.60，9.89：②等效質(zhì)量M1到M6數(shù)據(jù)為 ：108.97，80.01，12.50，12.50，80.12，31.22，使用計(jì)算機(jī)程序建模，穩(wěn)定缸和軸承箱之間的摩擦系數(shù)為0.1，建模時(shí)施加1000kN的力給輥?zhàn)樱瑱M坐標(biāo)為秒，縱坐標(biāo)為米，其曲線圖就會(huì)產(chǎn)生不同的壓力。

最終得出：要減少軋機(jī)垂直方向的振動(dòng)幅度，就必須增加穩(wěn)定油缸的壓力；增加軋輥在支撐輥的壓力效果明顯低于工作輥。

3 導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)對(duì)軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的影響

以某鋼廠生產(chǎn)線為例，其設(shè)備有七套，主要用于H型鋼的生產(chǎn)。由于增加了熱軋帶，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)軋帶劃痕的情況，對(duì)此，分析生產(chǎn)線軋帶導(dǎo)衛(wèi)的結(jié)構(gòu)，研究導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)對(duì)軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的影響。

3.1 導(dǎo)衛(wèi)裝置設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題

3.1.1 截面不對(duì)稱

在軋機(jī)中，頂孔和底孔的形狀是不同的，頂孔的類型是平板型，底孔的類型是槽孔的類型。為確保精軋機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)裝置能夠平穩(wěn)地引導(dǎo)熱軋帶鋼軋機(jī)的軋制過(guò)程，必須保證它們之間的軋機(jī)接觸點(diǎn)形狀應(yīng)相同，出入口導(dǎo)衛(wèi)的設(shè)計(jì)必須配備兩個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)，在板坯上可以與軋件產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦。在設(shè)計(jì)中，可能會(huì)出現(xiàn)誤差，這會(huì)產(chǎn)生靜摩擦在熱軋帶鋼腿與出口導(dǎo)衛(wèi)之間。隨著熱軋帶鋼的軋制能力增加，靜摩擦引起的摩擦?xí)?dǎo)致導(dǎo)向肋磨損甚至變尖，最終尖肋會(huì)破壞軋件，如果帶鋼軋機(jī)在進(jìn)行軋制，就會(huì)發(fā)生這種情況。因此，關(guān)閉精軋機(jī)的導(dǎo)衛(wèi)裝置，必須進(jìn)行軋機(jī)維護(hù)，以防對(duì)工廠的生產(chǎn)造成不利影響。

3.1.2 熱軋過(guò)程中軋件的不均勻變形

例如，鋼廠在設(shè)計(jì)進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi)時(shí)，設(shè)計(jì)師考慮在運(yùn)輸過(guò)程中，使用導(dǎo)衛(wèi)筋板和輥道側(cè)板穩(wěn)定軋件，以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的路徑使軋件進(jìn)入軋機(jī)，但在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，軋制部件與彎道的不均勻的力碰撞，導(dǎo)致軋件偏離設(shè)計(jì)軌道，最終導(dǎo)致軋件卡鋼現(xiàn)象，這就需要對(duì)精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的改進(jìn)。

3.2 改進(jìn)精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)的有效方法

設(shè)計(jì)師對(duì)精軋導(dǎo)衛(wèi)的原始設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)中兩個(gè)筋板的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題是造成熱軋帶鋼劃痕的主要原因，導(dǎo)致精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)無(wú)法完全掌控軋件的運(yùn)行軌道，使軋件在運(yùn)行中脫離了原始軌跡。在這種情況下，對(duì)精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)行了有效的改進(jìn)。

3.2.1 對(duì)導(dǎo)衛(wèi)準(zhǔn)確的計(jì)算

根據(jù)軋機(jī)的運(yùn)行情況，估算精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)的參數(shù)，包括：選擇間隔a1為5mm～15mm，選擇間隔b在5mm～15mm之間，選擇間隔r在25mm～55mm之間，L是900mm，選擇間隔L1在250mm～305mm 之 間，R1=R4，R5=R2+（25～5）mm，R6=R3+（25～35）mm。不同的是，導(dǎo)向板的保護(hù)間隔在25mm～35mm之間，因?yàn)閷?dǎo)衛(wèi)滑動(dòng)的摩擦和防護(hù)作用，增加過(guò)鋼量時(shí)，導(dǎo)衛(wèi)底板的厚度可以增加到35mm。另外，導(dǎo)衛(wèi)側(cè)板的高度是軋制元件的高度加（25～45）mm之和，側(cè)板前端與輥?zhàn)拥木嚯x在102mm～122mm之間。在公式L3=L-L2+L1和之后，添加相關(guān)參數(shù)，新設(shè)計(jì)的導(dǎo)衛(wèi)大小就可以計(jì)算出來(lái)。

3.2.2 改筋板為平板

取下入口處的兩個(gè)筋板，改為平板。在原設(shè)計(jì)中，兩個(gè)肋條對(duì)軋件較低的控制能力，輸送輥的側(cè)板可以有效地從上方對(duì)軋件的彎曲進(jìn)行控制，因此在新的導(dǎo)衛(wèi)設(shè)計(jì)中，增加兩個(gè)側(cè)板，以達(dá)到軋件軌道運(yùn)行的目的。

3.2.3 出入口導(dǎo)衛(wèi)相同

通過(guò)對(duì)精軋機(jī)的入口和出口導(dǎo)衛(wèi)裝置的改變，使其結(jié)構(gòu)相同，通過(guò)調(diào)整板兩側(cè)之間的距離，使入口和出口導(dǎo)衛(wèi)之間的距離固定，實(shí)現(xiàn)控制軋件軌道運(yùn)行的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

因此，研究用于穩(wěn)定熱軋機(jī)軋制的裝置可以有效地提高熱軋機(jī)的工作效率。根據(jù)本文簡(jiǎn)明分析，對(duì)穩(wěn)定油缸和熱軋帶鋼精軋導(dǎo)衛(wèi)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，有助于生產(chǎn)過(guò)程中軋機(jī)的穩(wěn)定性。