熱矯直機(jī)工作輥叉頭拆卸工具的設(shè)計與應(yīng)用

左文杰

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司中板廠，河北 邯鄲056015）

1 引言

邯鋼3000mm 中板生產(chǎn)線現(xiàn)使用的矯直機(jī)為九輥熱矯直機(jī)，其矯直鋼板的最大寬度為2800mm，最大厚度為50mm，矯直溫度600～900℃，矯直速度為0.5～1.3mm/s。矯直機(jī)主傳動部分由主電機(jī)、減速箱及十字萬向接軸等組成（見圖1），兩臺149kW 交流變頻電機(jī)，通過聯(lián)軸器→減速分配箱→萬向接軸→工作輥，帶動輥系轉(zhuǎn)動矯直鋼板。其中，萬向接軸兩端采用的是滑塊式叉頭，即工作輥連接體為叉頭，叉頭通過滑塊銷軸與萬向接軸連接。叉頭和工作輥軸頸為過渡配合，原來拆卸矯直機(jī)工作輥叉頭多數(shù)情況需用氣槍割除叉頭，不但人員勞動強(qiáng)度大，又易損傷工作輥軸頸，而且成本壓力也很大。

2 現(xiàn)狀

圖1 矯直機(jī)主傳動系統(tǒng)示意圖注：1 為主電機(jī)；2 為聯(lián)軸器；3 為減速箱；4 為叉頭；5 為萬向接軸；6 為工作輥。

矯直機(jī)工作輥叉頭和工作輥軸頸為過渡配合，熱裝在工作輥輥端軸頸上，其外徑為φ310mm，與工作輥的配合直徑為φ160mm，配合長度為240mm，材質(zhì)為40Cr，其結(jié)構(gòu)外形如圖2所示。過渡配合是指孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊，是具有間隙或過盈的配合，主要用于孔、軸間的定心聯(lián)接。而實(shí)際情況中，矯直機(jī)工作輥叉頭與工作輥軸頸之間的配合多數(shù)存在過盈量，所以拆卸起來非常困難。

圖2 叉頭外形圖

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，防止鋼板壓痕，矯直機(jī)工作輥每年最少要更換裝配兩次，每次要拆除9 個叉頭。由于矯直機(jī)工作輥叉頭和工作輥軸頸間是過渡配合，其最大過盈量δmax=0.028mm，壓入力F 經(jīng)計算約為150T，所以單靠人力是無法拆除的。原來拆卸叉頭是先用電磁加熱器加熱，然后靠人力用大錘敲擊拆卸叉頭，拆卸過程極其耗時費(fèi)力，甚至有些叉頭拆卸不下來，最后不得不用氣槍割除叉頭，不但人力勞動強(qiáng)度大，且容易損傷工作輥軸頸，無形中增加了成本壓力。因此，拆卸叉頭存在幾個方面問題：①由于裝配過盈量大，配合長度較長，壓出力F 大，單靠人力不易拆卸；②作業(yè)人員勞動強(qiáng)度大，工時效率低；③部分叉頭均需要用氣槍割損，備件浪費(fèi)嚴(yán)重，且容易割傷工作輥軸頸，造成次生耗費(fèi)。

3 液壓拉拔器的設(shè)計應(yīng)用

3.1 液壓拉拔器的設(shè)計

為了解決中板生產(chǎn)線九輥熱矯直機(jī)存在的工作輥用叉頭數(shù)量多、更換困難、易損傷工作輥軸頸、更換成本高等這些弊端，實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)工作輥叉頭快速更換的目的。經(jīng)過研究探討，確定了一種技術(shù)方案：設(shè)計一個功能裝置，功能裝置通過某種連接形式把叉頭和液壓驅(qū)動裝置（液壓缸）連接到一起，液壓缸通過液壓泵站實(shí)現(xiàn)動作，然后驅(qū)動某種頂桿裝置實(shí)現(xiàn)對工作輥叉頭的拉拔作用，進(jìn)而將叉頭從工作輥上拆卸下來。本著這種設(shè)計理念，設(shè)計出如圖3 所示的液壓拉拔器。

圖3 液壓拉拔器示意圖注：1 為移動小車；2 為升降裝置；3 為液壓缸；4 為功能裝置；5 為頂桿裝置；6 為叉頭；7 為矯直機(jī)工作輥。

3.1.1 功能裝置

功能裝置由外圈、拉桿、定位螺母組成，如圖4 所示。整個功能裝置通過外圈上的內(nèi)側(cè)螺紋與液壓缸缸體外側(cè)的螺紋配合，有效連接固定在液壓缸上，拉桿穿過外圈上的通孔與芯軸（頂桿裝置部件）連接，到位后由定位螺母鎖緊固定，且拉桿通過調(diào)節(jié)定位螺母可實(shí)現(xiàn)長度的調(diào)節(jié)。

3.1.2 頂桿裝置

圖4 功能裝置簡圖注：1 為外圈；2 為拉桿；3 為定位螺母。

頂桿裝置是結(jié)合工作輥叉頭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形式及尺寸設(shè)計的，由一個頂桿和一個芯軸組成，如圖5 所示。芯軸主要用于定位叉頭，使之在受力過程中不跑偏。整個芯軸可以看成由三部分組成，中間部分為結(jié)合叉頭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計的圓柱體，穿插在叉頭內(nèi)部；圓柱體上方設(shè)計有定位臺，用于芯軸在叉頭的豎直方向定位；芯軸兩端部分各有一個通孔，通過與拉桿連接使與功能裝置組成一個完整的受力系統(tǒng)[1]。頂桿設(shè)計為一圓軸，穿過芯軸中心孔安裝在整個功能裝置的中心位置，其一側(cè)與液壓缸柱塞端面接觸，另一側(cè)與工作輥軸頸端面接觸，主要作用是傳遞液壓缸的驅(qū)動力。

圖5 頂桿裝置簡圖注：1 為頂桿；2 為芯軸。

3.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計

3.2.1 壓力的計算

理論上最大壓出力為：Fi=fπdlp max；

液壓系統(tǒng)設(shè)計最大壓出力為：F0=(1.3～1.5)Fi；

式中，f 為摩擦系數(shù)，由于工作輥與叉頭為鋼與優(yōu)質(zhì)合金鋼的配合，取f=0.11；d 為配合的直徑，d=φ160mm；l 為配合面長度，l=240mm；D 為叉頭外形直徑，D=φ310mm；i 為實(shí)際過盈量，i=0.028mm。

計算得出：Fi=151.84T；則F0為197.39～227.76T。

因此，設(shè)計的液壓系統(tǒng)至少應(yīng)具備輸出力為230T 的能力。

3.2.2 液壓泵站選型

通過壓力計算和操作要求，得出了液壓泵站的主要技術(shù)參數(shù)，根據(jù)如上示意的液壓系統(tǒng)圖6，然后通過手冊查詢選型配置泵站元器件，完成液壓泵站的設(shè)計裝配。此套液壓系統(tǒng)設(shè)計能力為250T，完全滿足現(xiàn)場的使用需求。

圖6

3.3 液壓拉拔器的應(yīng)用

液壓拉拔器工作原理是：配備好液壓泵站，用高壓管路將之與液壓缸油口連接，功能裝置通過螺紋連接固定在液壓缸缸體上，將芯軸穿插到工作輥叉頭內(nèi)部，然后通過拉桿將液壓缸與叉頭連為一體；啟動液壓泵站，液壓缸柱塞驅(qū)動頂桿把作用力作用在輥?zhàn)虞S端，功能裝置受反作用力實(shí)現(xiàn)對叉頭的拉拔動作，在強(qiáng)大的液壓力作用下把叉頭從工作輥上拆卸下來。其技術(shù)特點(diǎn)為：①整個拉拔器小巧、靈活、移動方便；②控制回路為一個集成閥塊，操作簡單方便；③拆卸下叉頭可以重復(fù)利用，同時不破壞工作輥軸頸，降低設(shè)備維護(hù)成本；④變換功能裝置可以實(shí)現(xiàn)不同零部件的拆卸，包括齒輪、聯(lián)軸器等。

在使用時，先用天車將待拆矯直機(jī)工作輥（裝有叉頭）吊到合適位置（要求叉頭方向2m 以內(nèi)無障礙物），把液壓小車推到叉頭前方，通過高度升降裝置將液壓缸的柱塞中心調(diào)節(jié)到與叉頭中心在同一水平線上。再將功能裝置的外圈組裝到液壓缸的缸體上，把芯軸穿插到叉頭內(nèi)部，頂桿穿過芯軸的中心孔和叉頭上的中心孔安置在液壓缸柱塞和工作輥軸端中間位置，然后通過連桿和定位螺母將外圈與芯軸連接成一個受力整體。操作移動小車上液壓泵站的驅(qū)動按鈕，使液壓缸柱塞動作，柱塞驅(qū)動頂桿把力作用于輥?zhàn)虞S端，功能裝置承受反作用力，通過芯軸實(shí)現(xiàn)對叉頭的拉拔動作，將叉頭從工作輥軸頸上拔出，實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)工作輥叉頭的快速拆卸。

這種拆卸矯直機(jī)工作輥叉頭的工具，可以解決目前中厚板生產(chǎn)線九輥熱矯直機(jī)工作輥用叉頭數(shù)量多、更換困難、易損傷工作輥軸頸等問題，實(shí)現(xiàn)快速拆卸矯直機(jī)工作輥叉頭的目的?？偨Y(jié)其技術(shù)方案，就是通過功能裝置中外圈上內(nèi)側(cè)設(shè)計的螺紋結(jié)構(gòu)把功能裝置和液壓裝置連接在一起，然后又結(jié)合叉頭的結(jié)構(gòu)形式巧妙地將叉頭連接到一起，形成一個完整的受力系統(tǒng)，液壓缸動作驅(qū)動頂桿實(shí)現(xiàn)把叉頭拔出，并且這種裝置可以實(shí)現(xiàn)快速與叉頭組裝在一起，能平穩(wěn)快速地將叉頭拆除，實(shí)用性非常強(qiáng)。

4 結(jié)語

此矯直機(jī)工作輥叉頭拆卸工具是根據(jù)叉頭的結(jié)構(gòu)形式而設(shè)計的專用拆卸裝置，再結(jié)合液壓缸的巧妙利用，是液壓技術(shù)和機(jī)械機(jī)構(gòu)良好結(jié)合的產(chǎn)物。這種矯直機(jī)工作輥叉頭的拆卸工具，可以實(shí)現(xiàn)快速與叉頭組裝在一起，能平穩(wěn)地將叉頭拆除，并且具有不損傷工作輥軸頸、成本低、拆卸方便、施工安全等優(yōu)點(diǎn)，平均拆卸單個叉頭可減少約15 個工時，而且通過調(diào)整改變功能裝置還可以實(shí)現(xiàn)不同場合下輥?zhàn)硬骖^的快速拆卸，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。這種液壓拉拔器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，作用力大，使用效果非常好，實(shí)現(xiàn)了從人力到設(shè)備的過渡，大幅降低了勞動強(qiáng)度，節(jié)省了維護(hù)成本，對其他拆卸困難的部件也有良好的借鑒作用。