唐鋼3500精軋機竄輥問題的分析與改進

賈 旭，劉志彬，鄭智勇，賈占軍，王 超

（唐鋼中厚板材有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

唐鋼3500四輥可逆式精軋機軸承座，其工作輥和支承輥軸承座與機架窗口間留有一定調(diào)整縫隙，用于日常的更換工作輥以及軋制過程中產(chǎn)生的熱補償。為使輥系的定位可靠，工作輥中心線與支承輥中心線沒有設(shè)計在同一直線上，而是設(shè)計出給定偏移距8 mm，靠軋制力下的輥系平衡力系產(chǎn)生的水平力，將工作輥和支承輥對向推向機架立柱側(cè)面接觸為止。

如圖1所示，Pr、Qs、T1和T0分別為軋制力、支承輥的支反力、前張力和后張力，水平力Fs。

圖1 軋機定位理論示意圖

按照精軋機的設(shè)計理念，由于軋機設(shè)置的偏移距8 mm的力約束作用，輥系的工作輥和支承輥在機架的窗口內(nèi)定位平行，理論上不會產(chǎn)生竄輥現(xiàn)象。

但是在精軋機軋制生產(chǎn)過程中，由于精軋機牌坊滑板安裝基準(zhǔn)面的磨損、窗口尺寸的裝配偏差、中間坯的橫向厚度差、軋輥兩端軸頸及輥身的直徑差、軋制過程中的操作不當(dāng)和軋輥在磨削加工時產(chǎn)生的加工誤差等因素，使得在生產(chǎn)過程中，工作輥形成較大的軸向力，當(dāng)軸向力增大到一定的程度時就會差生竄輥的現(xiàn)象。

1 竄輥因素分析

（1）由于工作輥軸承座與機架窗口之間的配合間隙較大，使得上下輥的軸線呈現(xiàn)成一對空間異面交叉的直線。軋制過程中軋制力和接觸摩擦力在變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生沿軋輥軸線方向的分力即軸向力，在此分力作用下使軋輥產(chǎn)生具有軸向竄動的傾向。

軋輥軸線交叉產(chǎn)生軸向力的大小與工作輥和支承輥間的交叉角度θ有很大關(guān)系。同時研究得出，輥間產(chǎn)生的軸向力的大小約為軋制力的（10～15）%。

由此可見，軋輥軸線的異面交叉是誘發(fā)軋輥軸向竄動的主要原因。如圖2所示。其中，Vb是支承輥輥面的線速度，VW是工作輥輥面的線速度，θ是交叉角。

因此，如果想解決竄輥問題，必須先控制好空間異面交叉角；而想要控制空間異面交叉角，必須先控制好支承輥和工作輥側(cè)隙。

（2） 精軋機主傳動萬向接軸的高頻振動，使得傳動側(cè)機架牌坊窗口襯板的磨損較操作側(cè)的要大，牌坊滑板、滑板安裝面的嚴(yán)重磨損，以及相對襯板間安裝時平行度的超差嚴(yán)重，都會使工作輥與支承輥的軸線交叉，從而導(dǎo)致工作輥竄輥現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）其他影響因素，如軋輥的加工精度及輥身硬度的不均也可導(dǎo)致竄輥。由于磨床本身的加工精度以及操作等因素，加工后的軋輥輥身很難保證原有的圓柱度。從而時軋輥在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生軸向力。

2 針對竄輥事故的解決辦法

（1）修復(fù)牌坊滑板的安裝基準(zhǔn)面。首先需要先將軋機內(nèi)的輥系全部移出后，再將牌坊滑板全部拆下，在這過程中使用換輥減速機將自制鋼板平臺運進牌坊中，待條件準(zhǔn)備就緒后使用二氧化碳保護焊對基準(zhǔn)面進行補焊，補焊完畢后才可將帶有多刀頭可校驗水平度和垂直度的立式銑床運入牌坊內(nèi)準(zhǔn)備加工基準(zhǔn)面，這些工作需要3天時間，因此對于這些檢修維護周期較長的工作必須集中安排在大中修計劃中。在施工作業(yè)中，所需的備件拆出之后的使用立式銑床加工中心找被加工基準(zhǔn)面的水平度和基準(zhǔn)面與板坯生產(chǎn)水平面的垂直度是這道檢修工序的關(guān)鍵，滿足加工后兩片牌坊窗口的不平行度和不對稱度的中心偏差≤0.15 mm；兩片牌坊內(nèi)滑板裝配后，兩窗口的側(cè)面對軌座的水平面的垂直度允差≤0.07 mm/m，全高允差≤0.25 mm，兩窗口側(cè)面的傾斜度允差≤0.5 mm，以防止加工后的牌坊基準(zhǔn)面水平度、垂直度超所造成的無法彌補的必然形成的空間異面交叉角。

圖2 工作輥與支承輥交叉速度矢量圖

（2）著重加強對滑板磨損量的控制。對于起到能夠保證工作輥窗口尺寸的壓緊缸滑板來說，4種壓緊缸的滑板厚度均不相同（厚度分別為 20 mm、24 mm、25 mm、29 mm），但油槽深度均為4 mm。當(dāng)磨損量δ≤4 mm時，可采用在滑板后加調(diào)整墊的方式來彌補；當(dāng)磨損量δ＞4 mm時，油槽幾乎起不到給油脂的導(dǎo)向作用，此時如果繼續(xù)在滑板安裝面加調(diào)整墊片組，就可能影響到滑板的潤滑效果，可在下次定修過程中直接更換滑板，以保證窗口尺寸。

對于安裝在上支承輥上的上壓緊缸滑板，由于其厚度較下滑板薄5 mm，因此更換標(biāo)準(zhǔn)較下滑板也略有不同，當(dāng)δ＞3 mm時，對于操作側(cè)上滑板厚度僅為17 mm，而且螺栓的安裝位處的沉孔尺寸變小，螺栓帽的高度漸漸高出滑板表面，反過來很可能磨損工作輥上的滑板，甚至有可能在換輥時卡入工作輥滑板的螺栓孔中卡住，抽不出上工作輥，這是很危險的。因此當(dāng)δ＞3 mm時，滑板則需要更換。對于上滑板，其更換方式比較下滑板也略有不同，因為下滑板是安裝在牌坊上，而上滑板則是安裝在上支承輥上，所以可以在更換支承輥后在生產(chǎn)線下再更換上滑板，而不必占用定修時間。壓緊缸滑板的更換標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖3 3500精軋機輥系現(xiàn)場

表1 壓緊缸滑板的更換標(biāo)準(zhǔn)

而牌坊滑板由于更換周期較長，牽扯到的拆裝工序較多，一般不在定修時進行更換，所以對于牌坊滑板，較上面所述的壓緊缸滑板的更換標(biāo)準(zhǔn)有所不同，呈現(xiàn)其特征的不是更換標(biāo)準(zhǔn)，而是更換周期。壓緊缸滑板的更換周期見表2。牌坊滑板4柱共計16塊，根據(jù)3500 mm精軋機主傳動及軋輥的運動特點，牌坊滑板的磨損趨勢呈向下的喇叭形，見圖1，位于牌坊下側(cè)的滑板較易磨損，因此在多次的大中修過程中，只需更換下側(cè)的01089204、01089205、01089207、01089208共 8塊滑板。

表2 牌坊滑板的更換周期

（3）對窗口尺寸的控制。窗口尺寸分為牌坊窗口尺寸和工作輥窗口尺寸兩種。牌坊窗口是指同一側(cè)（同是操作側(cè)或同是傳動側(cè)）的兩塊滑板間的間距。他很大程度上對兩件支承輥各自的自轉(zhuǎn)起到約束的作用，保證支承輥圍繞自身的軸線自轉(zhuǎn)而不使其工作軸線發(fā)生偏移。如果牌坊窗口尺寸超差，不僅破壞整個輥系的穩(wěn)定，而且會對板型造成影響。一方面為使支承輥能夠?qū)崿F(xiàn)順利的自動更換，另一方面需要對支承輥的工作軌跡進行約束，因此給牌坊窗口尺寸加了公差，見表3。

表3 牌坊和工作輥窗口尺寸公差

工作輥窗口主要起到對上下工作輥工作軌跡的約束作用，保證上下兩工作輥在自身的軸線工作轉(zhuǎn)動而不使工作軸線發(fā)生偏移。因此，一方面為了使工作輥順利的進行自動更換，另一面還需要對工作輥的軌跡進行約束，同理也給工作輥窗口尺寸加了相應(yīng)的公差，同見表3。

由于牌坊窗口和工作輥窗口都是正差，故相對的支承輥裝配和工作輥裝配便賦予了負(fù)差，見表4。

表4 支承輥裝配和工作輥尺寸公差

經(jīng)測量后如果發(fā)現(xiàn)公差超差，在牌坊滑板磨損量δ＜4 mm、壓緊缸滑板磨損量δ＜3 mm時，可適當(dāng)考慮在滑板后方的安裝面加調(diào)整墊片進行調(diào)整。如果磨損量δ參數(shù)值過大，則可以考慮更換滑板。

3 結(jié)束語

通過合理制定具有針對性的維護計劃，竄輥事故的發(fā)生率大大降低，達到事半功倍的效果，提高生產(chǎn)節(jié)奏的穩(wěn)定性和板材的成材率，并在探索中不斷地總結(jié)出一套自己的經(jīng)驗和方法。為進一步保證軋輥工作時的穩(wěn)定性、更嚴(yán)密的控制竄輥，徹底根治竄輥問題打下堅實的基礎(chǔ)。